EP1132793A1 - Bias-Schaltung - Google Patents

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EP1132793A1
EP1132793A1 EP01105553A EP01105553A EP1132793A1 EP 1132793 A1 EP1132793 A1 EP 1132793A1 EP 01105553 A EP01105553 A EP 01105553A EP 01105553 A EP01105553 A EP 01105553A EP 1132793 A1 EP1132793 A1 EP 1132793A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
circuit arrangement
vcc
supply voltage
transistor
Prior art date
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EP01105553A
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EP1132793B1 (de
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Wilhelm Dr. Wilhelm
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Publication of EP1132793A1 publication Critical patent/EP1132793A1/de
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Publication of EP1132793B1 publication Critical patent/EP1132793B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/22—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only
    • G05F3/222—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement, in particular a bias circuit for generating a useful voltage (VO).
  • VO useful voltage
  • Circuit arrangements of the type mentioned are usually used to generate a certain, defined useful voltage, which are then made available to other useful circuit circuits becomes. It is often desirable that the generated Useful voltage as independent of external conditions as possible, such as for example the temperature, various technology parameters and also of the value of the circuit arrangement available set supply voltage.
  • a circuit arrangement for generating a useful voltage (V0), the regardless of the actual value of the supply voltage (VCC) is provided with an apparatus for generating a Reference voltage and with one or more collector current source (s), which are / are each formed from a transistor, the base of the transistor being connected to the output of the device is connected to generate a reference voltage, the emitter of the transistor is connected to ground and the collector of Transistor with a voltage source for the supply voltage (VCC) v is connected.
  • V0 useful voltage
  • VCC supply voltage
  • the circuit arrangement according to the invention makes it possible that the full useful voltage (V0) is always provided can be.
  • the useful voltage (V0) generated in this way can be, for example, 3 volts.
  • the invention is not to a certain level of the generated useful voltage (V0) limited so that useful voltages due to the circuit arrangement (V0) can be generated with any other values.
  • circuit arrangement according to the invention requires no pnp transistors, resulting in those described above Disadvantages can be avoided.
  • the circuit arrangement initially has one Device for generating a reference voltage. Examples suitable devices will be described later in the description explained in more detail.
  • one or more collector power source (s) is connected to the is / are each formed from a transistor.
  • the connection of the at least one transistor with the output of the device to generate the reference voltage is done on its basis.
  • the emitter of the at least one transistor is connected Ground connected.
  • the supply voltage can advantageously be used as ground (VEE) can be used.
  • the collector of at least one The transistor has a voltage source for the Supply voltage (VCC) connected.
  • This connection of the collector to the voltage source for the Supply voltage (VCC) can be done in different ways.
  • the collector directly, for example as an emitter follower, with the voltage source for the supply voltage (VCC) is connected.
  • VCC supply voltage
  • the Circuit arrangement can be designed in a very simple manner, since the supply voltage is below the breakdown voltage (VCC) no longer have a significant influence on the function of the circuit arrangement.
  • the at least one, the collector current source forming transistor, through a resistor is connected. This can be done between the collector of at least a transistor and the voltage source for the supply voltage (VCC) a resistor must be connected.
  • This resistance can, for example, as a load resistor, voltage divider or the like.
  • Such from the transistor forming the collector current source and the resistance of the circuit part formed behaves like a voltage source independent of the supply voltage (VCC) to generate the useful voltage (V0), which has a corresponding R has internal resistance.
  • the resistors used can have a different size. For this you need different collector power sources, each with one corresponding adaptation of the emitter areas of the respective transistor can be realized.
  • Transistors may be provided.
  • Each collector can each of the transistors its own resistor with the voltage source for the supply voltage (VCC) connected.
  • VCC supply voltage
  • collector current sources forming transistors are controlled together.
  • the device for generating a reference voltage can different ways are formed.
  • the device for generating a reference voltage has an operational amplifier.
  • the device for generating a reference voltage can be advantageous also have a so-called bandgap circuit.
  • a such circuit makes it possible to have a temperature independent Generate useful voltage (V0).
  • Bandgap circuits are based on the basic principle that a voltage with negative temperature coefficient to a voltage with a positive temperature coefficient is added such that the temperature coefficient Becomes zero. With integrated bandgap circuits This creates, for example, a tension that corresponds to the band gap distance (Band gap) of the semiconductor material corresponds.
  • the Bandgap voltage for silicon is around 1.2 volts.
  • a advantageous embodiment for such a bandgap circuit is, for example, in that of the applicant patent application (GR 00 P 8030 DE), the disclosure content in this regard in the description of the present Invention is included.
  • VCC supply voltage
  • the circuit arrangement according to the invention can preferably be integrated Be designed bipolar circuit.
  • V0 useful voltage
  • VCC supply voltage
  • the circuit arrangement 10 initially has a device 11 for generating a reference voltage, which in the present Example is designed as an operational amplifier 50. That in Operational amplifier 50 generated voltage signal is via a Output 14 of the device 11 for generating the reference voltage passed on to further components of the circuit arrangement 10.
  • VCC supply voltage
  • the circuit arrangement 10 includes a or multiple collector power sources are provided, each consisting of a transistor is / are formed.
  • a total of three collector current sources are shown according to FIG. 1, each formed from a transistor 20, 30, 40 are.
  • the number of collector power sources can vary vary according to the application.
  • the base 21, 31, 41 of each transistor 20, 30, 40 is with the Output 14 of the device 11 for generating the reference voltage connected.
  • the emitter 22, 32, 42 of each transistor 20, 30, 40 is connected to Ground 13, which in the present embodiment is the supply voltage (VEE).
  • Collectors 23, 33, 43 of transistors 20, 30, 40 are each with a voltage source 12 connected for the supply voltage (VCC).
  • the voltage parts formed from the respective transistors 20, 30, 40 and the resistors 25, 35, 45 behave like a voltage source for the useful voltage (V0) which is independent of the supply voltage (VCC) and has an internal resistance of the value R.
  • V0 useful voltage
  • VCC supply voltage
  • R internal resistance of the value R.
  • differently dimensioned voltage sources are required. This can be done by adapting the transistors 20, 30, 40 via their respective emitter areas A. As shown with regard to the transistor 40 and the resistor 45, as the emitter areas A * x increase, the required values of the resistors R / x become ever smaller.
  • the individual transistors designed as collector current sources 20, 30, 40 are advantageously controlled together.
  • At the resistor 25 can be a so-called "dummy resistor” act that serves to regulate.
  • FIG 2 is another embodiment of the circuit arrangement 10 shown, in which the individual elements for simulation purposes have concrete values.
  • the resistor 65 has a size of 2 k ⁇ , the resistor 66 a size of 1 k ⁇ , the resistor 67 a size of 10 k ⁇ and the resistor 68 a size of 3 k ⁇ .
  • the voltage source 12 provides a supply voltage (VCC) in 3 - 5 volts are available.
  • VCC supply voltage
  • the emitter base path serves in the present exemplary embodiment of the transistor (T1) 63 and the voltage source (V2) with a value of 2.13 volts, which together is a reference voltage of 3 volts.
  • the resistor 25 has in the exemplary embodiment according to FIG. 2 has a value of 2 k ⁇ , while the resistor 35 has a value of 1,120 ⁇ and the resistor 45 has a value of 2k ⁇ .
  • V0 the generated useful voltage
  • VCC supply voltage
  • V0 the generated useful voltage
  • VCC supply voltage
  • V0 stable useful voltage
  • the circuit arrangement 10 is thus suitable for a stable and full useful voltage (V0) for a large supply voltage range, the required range of CMOS circuits corresponds to provide.
  • a circuit arrangement 10 is shown in FIG the reference voltage is generated by a bandgap voltage source 80 becomes.
  • Bandgap circuit 80 has a number of transistors 81, 82, 83, 84, 85 and a number of resistors 86, 87, 88.
  • the resistor 86 has a value of 2 k ⁇
  • resistor 87 has a value of 1,400 ⁇
  • the resistor 88 has a value of 2 k ⁇ .
  • Via the bandgap circuit 80 becomes a temperature independent reference voltage UB generated when using silicon as a semiconductor material for example, has a value of about 1.2 volts.
  • the bandgap voltage UB generated in this way is in one Controller 90, which consists of a transistor 91, 92 and resistors 93, 94, 95 is formed, readjusted as necessary.
  • Resistor 93 has a value of 2 k ⁇ , the resistance 94 a value of 240 ⁇ and the resistor 95 a value from 5 k ⁇ .
  • Both the controller 90 and the bandgap circuit 80 are part of it the device 11 for generating a reference voltage.
  • a multiplier 100 provided for the band gap voltage UB, which consists of a number of transistors 101, 102, 103, 104 and various resistors 105, 106, 107 is constructed.
  • Resistor 105 has one Value of 2 k ⁇
  • resistor 106 has a value of 2 k ⁇
  • the resistor 107 has a value of 5 k ⁇ .
  • the Multiplier 100 occurs that generated in bandgap circuit 80 Bandgap voltage UB again, whereby it is about the Factor (1 + R12 / R14) is increased, the resistance R12 around resistor 105 and at resistor R14 is resistor 106. In this way, a total reference voltage reached, for example, 3 volts.
  • the reference voltage generated in this way is the Output 14 of the device 11 for generating the reference voltage to the transistors 20, 30 forming the collector current sources forwarded.
  • the embodiment shown in Figure 4 are only two transistors 20, 30 shown in their basic structure however correspond to the transistors described in FIGS. 1 and 2, so that with regard to their structure and how they work refer to the explanations for Figures 1 and 2 becomes.
  • the collectors of the two transistors 20, 30 are corresponding Resistors 25, 35 with the voltage source 12 for the supply voltage (VCC) connected.
  • the two resistors 25, 35 each have a value of 2 k ⁇ .
  • the circuit arrangement 10 illustrates that the number of the transistors forming the collector current sources depending on The need and application can be varied.
  • the invention is not on a certain number of such transistors, respectively Power sources limited.
  • V0 Useful voltage
  • VCC supply voltage
  • the voltage curve diagram shown in FIG. 5 shows the value of the useful voltage (V0) both depending on the Supply voltage (VCC) as well as depending on different Temperatures, in the present case 0 ° C, 50 ° C as well 100 ° C.
  • VCC Supply voltage
  • V0 full useful voltage

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Bias-Schaltung, (10) beschrieben, die zum Erzeugen einer Nutzspannung (V0) dient, die unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist. Die Schaltungsanordnung (10) weist eine Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Referenzspannung und eine oder mehrere Kollektor-Stromquelle(n) auf, die jeweils aus einem Transistor (20, 30, 40) gebildet ist/sind. Die Basis (21, 31, 41) jedes Transistors (20, 30, 40) ist mit dem Ausgang (14) der Vorrichtung (11) zum Erzeugen der Referenzspannung verbunden. Der Emitter (22, 32, 42) jedes Transistors (20, 30, 40) ist mit Ground (13) verbunden und der Kollektor (23, 33, 43) jedes Transistors (20, 30, 40) ist mit einer Spannungsquelle (11) für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Bias-Schaltung, zum Erzeugen einer Nutzspannung (VO) .
Von derartigen Schaltungen, die beispielsweise in Form integrierter Bipolarschaltungen vorliegen, wird in vielen Fällen gewünscht, daß sie mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden können. In der Regel bewegen sich diese Versorgungsspannungswerte in einem Bereich von etwa 3,3 Volt bis etwa 5 Volt, wobei jeweils ein Toleranzbereich von ± 10% berücksichtigt werden muß. Daraus folgt, daß ein Versorgungsspannungsbereich zwischen etwa 3 Volt und etwa 5,5 Volt abgedeckt werden muß.
Schaltungsanordnungen der genannten Art werden in der Regel dazu verwendet, eine bestimmte, definierte Nutzspannung zu erzeugen, die dann weiteren Nutzkreisschaltungen zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist es oftmals erwünscht, daß die erzeugte Nutzspannung möglichst unabhängig von äußeren Bedingungen, wie beispielsweise der Temperatur, verschiedenen Technologieparametern und auch vom Wert der der Schaltungsanordnung zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung ist.
Dazu sind bisher eine ganze Reihe von unterschiedlichen Schaltungstypen entwickelt worden. In der US-A-5,859,560 ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung beschrieben, mit der eine temperaturkompensierte Stromquelle erzeugt werden kann. Diese Schaltung weist dazu unter anderem eine Bias-Schaltung auf.
Bekannte Schaltungskonzepte weisen in der Praxis jedoch häufig eine Reihe von Nachteilen auf. So ist es beispielsweise oftmals erforderlich, daß die in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung erzeugte Referenzspannung über eine Regeleinrichtung geregelt werden muß, bevor sie als Nutzspannung an einen Nutzschaltkreis abgegeben werden kann. Die Regeleinrichtung benötigt jedoch üblicherweise eine Regelstrecke von mehreren hundert Millivolt, nicht selten sogar von bis zu 0,5 Volt, so daß dem Nutzschaltkreis anschließend nur noch eine um diesen Betrag verminderte Nutzspannung (V0) zur Verfügung steht. Wenn beispielsweise eine Nutzspannung (V0) von 3 Volt erzeugt werden soll und die Regeleinrichtung eine Regelstrecke von 0,5 Volt benötigt, steht dem Nutzschaltkreis somit nur noch eine verringerte Nutzspannung (V0) von je nach Schaltungsanordnungstyp 2 bis 2,5 Volt zur Verfügung.
Andere Schaltungsstypen verwenden für ihren Aufbau pnp-Transistoren, die in vielen Fällen nachteilig sind, da sie oftmals für die genannten Anwendungsfälle keine ausreichende Stromergiebigkeit aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung bereitzustellen, mit der unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung immer eine stabile, volle Nutzspannung (= untere Versorgungsspannungsgrenze) (V0) zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Bias-Schaltung, zum Erzeugen einer Nutzspannung (V0), die unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist, bereitgestellt, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung und mit einer oder mehreren Kollektor-Stromquelle(n), die jeweils aus einem Transistor gebildet ist/sind, wobei die Basis des Transistors mit dem Ausgang der Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung verbunden ist, der Emitter des Transistors mit Ground verbunden ist und der Kollektor des Transistors mit einer Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC)v verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird es möglich, daß immer die volle Nutzspannung (V0) zur Verfügung gestellt werden kann. Die auf diese Weise erzeugte Nutzspannung (V0) kann beispielsweise 3 Volt betragen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Höhe der erzeugten Nutzspannung (V0) beschränkt, so daß durch die Schaltungsanordnung auch Nutzspannungen (V0) mit beliebig anderen Werten erzeugt werden können.
Weiterhin benötigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung keine pnp-Transistoren, wodurch die weiter oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung zunächst eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung auf. Beispiele für geeignete Vorrichtungen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Mit dem Ausgang dieser Vorrichtung ist eine oder mehrere Kollektor-Stromquelle(n) verbunden, die jeweils aus einem Transistor gebildet ist/sind. Die Verbindung des wenigstens einen Transistors mit dem Ausgang der Vorrichtung zum Erzeugen der Referenzspannung erfolgt über dessen Basis. Der Emitter des wenigstens einen Transistors ist mit Ground verbunden. Als Ground kann vorteilhaft die Versorgungsspannung (VEE) benutzt werden. Der Kollektor des wenigstens einen Transistors hingegen ist mit einer Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden.
Diese Verbindung des Kollektors mit der Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC) kann auf verschiedene Weise erfolgen.
So ist es beispielsweise denkbar, daß der Kollektor direkt, etwa als Emitterfolger, mit der Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung auf sehr einfache Weise ausgestaltet werden, da unterhalb der Durchbruchspannung die Versorgungsspannung (VCC) keinen wesentlichen Einfluß mehr auf die Funktion der Schaltungsanordnung hat.
Es ist jedoch auch denkbar, daß der wenigstens eine, die Kollektor-Stromquelle bildende Transistor, über einen Widerstand angeschlossen wird. Dazu kann zwischen dem Kollektor des wenigstens einen Transistors und der Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC) ein Widerstand geschaltet sein. Dieser Widerstand kann beispielsweise als Arbeitswiderstand, Spannungsteiler oder dergleichen ausgebildet sein.
Bei Verwendung eines derartigen Widerstands wird ein von der Versorgungsspannung (VCC) gesteuerter Strom I eingespeist, der den Wert I=(VCC-V0)/R aufweist, mit VCC gleich der Versorgungsspannung, V0 der Nutzspannung und R gleich dem verwendeten Widerstand.
Ein solcher aus dem die Kollektor-Stromquelle bildenden Transistor und dem Widerstand gebildeter Schaltungsteil verhält sich wie eine von der Versorgungsspannung (VCC) unabhängige Spannungsquelle zur Erzeugung der Nutzspannung (V0), die einen entsprechenden Innenwiderstand vom Wert R aufweist.
Je nach Bedarf und Anwendungsfall können die verwendeten Widerstände eine unterschiedliche Größe aufweisen. Dazu benötigt man unterschiedliche Kollektor-Stromquellen, die jeweils über eine entsprechende Anpassung der Emitterflächen des jeweiligen Transistors realisiert werden können.
Vorzugsweise können zwei oder mehr Kollektor-Stromquellen bildende Transistoren vorgesehen sein.
Dabei kann jeder Kollektor jedes der Transistoren über jeweils einen eigenen Widerstand mit der Spannungsquelle für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden sein.
In weiterer Ausgestaltung können die die Kollektor-Stromquellen bildenden Transistoren gemeinsam gesteuert werden.
Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung kann auf verschiedene Art und Weise gebildet werden.
So ist es beispielsweise denkbar, daß die Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung einen Operationsverstärker aufweist.
Vorteilhaft kann die Vorrichtung zum Erzeugen einer Referenzspannung auch eine sogenannte Bandgap-Schaltung aufweisen. Eine derartige Schaltung macht es möglich, eine temperaturunabhängige Nutzspannung (V0) zu erzeugen. Bandgap-Schaltungen basieren auf dem Grundprinzip, das eine Spannung mit negativem Temperaturkoeffizienten zu einer Spannung mit positivem Temperaturkoeffizienten derart hinzu addiert wird, daß der Temperaturkoeffizient Null wird. Bei integrierten Bandgap-Schaltungen entsteht dabei beispielsweise eine Spannung, die dem Bandlükkenabstand (Bandgap) des Halbleitermaterials entspricht. Die Bandgap-Spannung für Silizium liegt bei etwa 1.2 Volt. Eine vorteilhafte Ausführungsform für eine derartige Bandgap-Schaltung ist beispielsweise in der von der Anmelderin ebenfalls eingereichten Patentanmeldung (GR 00 P 8030 DE) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.
Vorteilhaft kann der Wert der Versorgungsspannung (VCC) in einem Bereich zwischen 3 Volt und 5,5 Volt liegen. Dieser Bereich entspricht in etwa dem Bereich der Versorgungsspannung (VCC), die bei CMOS-Schaltungen gefordert werden.
Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als integrierte Bipolarschaltung ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 3 ein simuliertes Spannungs-Verlaufsdiagramm der in einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 erzeugten Nutzspannung (V0) bei Variation der Versorgungsspannung (VCC) ;
  • Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; und
  • Figur 5 ein simuliertes Spannungs-Verlaufsdiagramm der in einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 erzeugten Nutzspannung (V0) bei Variation der Versorgungsspannung (VCC) sowie bei unterschiedlichen Temperaturwerten.
    • In Figur 1 ist eine als Bias-Schaltung ausgebildete Schaltungsanordnung 10 dargestellt, mit eine Nutzspannung (V0) erzeugt werden kann, die unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist.
    Die Schaltungsanordnung 10 weist zunächst eine Vorrichtung 11 zum Erzeugen einer Referenzspannung auf, die im vorliegenden Beispiel als Operationsverstärker 50 ausgebildet ist. Das im Operationsverstärker 50 erzeugte Spannungssignal wird über einen Ausgang 14 der Vorrichtung 11 zum Erzeugen der Referenzspannung an weitere Bauelemente der Schaltungsanordnung 10 weitergegeben.
    Die Versorgungsspannung (VCC) soll in einem Bereich zwischen 3 und 5 Volt variieren können, wobei dennoch immer eine stabile volle Nutzspannung (V0) von 3 Volt erzeugt werden soll, die dann einem der Schaltungsanordnung 10 nachgeschalteten Nutzschaltkreis (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt werden kann.
    Um dies zu erreichen, sind in der Schaltungsanordnung 10 ein oder mehrere Kollektor-Stromquellen vorgesehen, die jeweils aus einem Transistor gebildet ist/sind. In der Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 1 sind insgesamt drei Kollektor-Stromquellen gezeigt, die jeweils aus einem Transistor 20, 30, 40 gebildet sind. Natürlich kann die Zahl der Kollektor-Stromquellen je nach Anwendungsfall beliebig variieren.
    Die Basis 21, 31, 41 jedes Transistors 20, 30, 40 ist mit dem Ausgang 14 der Vorrichtung 11 zum Erzeugen der Referenzspannung verbunden. Der Emitter 22, 32, 42 jedes Transistors 20, 30, 40 ist mit Ground 13 verbunden, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung (VEE) ist. Die Kollektoren 23, 33, 43 der Transistoren 20, 30, 40 sind jeweils mit einer Spannungsquelle 12 für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden.
    Zwischen den Kollektoren 23, 33, 43 und der Spannungsquelle 12 für die Versorgungsspannung (VCC) ist jeweils ein Widerstand 25, 35, 45 zwischengeschaltet. Bei Verwendung solcher Widerstände 25, 35, 45 mit dem jeweiligen Wert R wird ein von der Versorgungsspannung (VCC) gesteuerter Strom I erzeugt und eingespeist, der den Wert I=(VCC-V0)/R hat.
    Die aus den jeweiligen Transistoren 20, 30, 40 sowie den Widerständen 25, 35, 45 gebildeten Spannungsteile verhalten sich wie eine von der Versorgungsspannung (VCC) unabhängige Spannungsquelle für die Nutzspannung (V0) mit einem Innenwiderstand vom Wert R. Für unterschiedlich große Widerstände R werden unterschiedlich dimensionierte Spannungsquellen benötigt. Dies kann durch eine Anpassung der Transistoren 20, 30, 40 über deren jeweilige Emitterflächen A erfolgen. Wie im Hinblick auf den Transistor 40 und den Widerstand 45 dargestellt ist, wird bei größer werdenden Emitterflächen A*x die erforderlichen Werte der Widerstände R/x immer geringer.
    Die einzelnen als Kollektor-Stromquellen ausgebildeten Transistoren 20, 30, 40 werden vorteilhaft gemeinsam gesteuert. Bei dem Widerstand 25 kann es sich um einen sogenannten "Dummy-Widerstand" handeln, der zur Regelung dient. Ebenso übernimmt der Operationsverstärker 50 auch Regelfunktionen, indem er den ausgegebenen Referenzspannungswert auf den gewünschten Wert regelt.
    In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung 10 dargestellt, in der die einzelnen Elemente zu Simulationszwecken konkrete Werte aufweisen.
    Wiederum ist eine Vorrichtung 11 zum Erzeugen einer Referenzspannung vorgesehen, die diesmal aus einer Anzahl von Transistoren 60, 61, 62, 63, 64 sowie einer Anzahl von Widerständen 65, 66, 67, 68 aufgebaut ist. Der Widerstand 65 hat eine Größe von 2 kΩ, der Widerstand 66 eine Größe von 1 kΩ, der Widerstand 67 eine Größe von 10 kΩ und der Widerstand 68 eine Größe von 3 kΩ.
    Die Spannungsquelle 12 stellt eine Versorgungsspannung (VCC) in der Höhe von 3 - 5 Volt zur Verfügung. Als erzeugte Referenzspannung dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Emitter-Basisstrecke des Transistors (T1) 63 sowie der Spannungsquelle (V2) mit einem Wert von 2,13 Volt, was zusammen eine Referenzspannung von 3 Volt ausmacht.
    Diese Referenzspannung von 3 Volt wird über den Ausgang 14 der Vorrichtung 11 an die nachgeschalteten Kollektor-Stromquellen abgegeben. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 entspricht der Aufbau dieser Spannungsquellen mit den Transistoren 20, 30, 40 sowie den jeweils dazugeschalteten Widerständen 25, 35, 45 demjenigen Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, so daß gleiche Bauelemente mit identischen Bezugsziffern versehen sind und auf eine erneute Beschreibung des Grundaufbaus verzichtet wird.
    Der Widerstand 25 weist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 einen Wert von 2 kΩ auf, während der Widerstand 35 einen Wert von 1.120 Ω und der Widerstand 45 einen Wert von 2kΩ hat.
    Über die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung 10 wird es möglich, eine Nutzspannung (V0) zu erzeugen, die unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist, die zwischen 3 und 5 Volt liegen kann. Dies wird aus dem simulierten Spannungs-Verlaufsdiagramm ersichtlich, das in Figur 3 dargestellt ist.
    In Figur 3 ist der Verlauf der erzeugten Nutzspannung (V0) in Abhängigkeit von verschiedenen Versorgungsspannungen (VCC) aufgetragen. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, stellt sich ab einer Versorgungsspannung (VCC) von 3 Volt eine stabile Nutzspannung (V0) in Höhe von 3 Volt ein, und zwar unabhängig davon, ob die Versorgungsspannung (VCC) 3 Volt, 5 Volt oder mehr beträgt. Die Schaltungsanordnung 10 ist somit geeignet, eine stabile und volle Nutzspannung (V0) für einen großen Versorgungsspannungsbereich, der dem erforderlichen Bereich von CMOS-Schaltungen entspricht, bereitzustellen.
    In Figur 4 ist eine Schaltungsanordnung 10 dargestellt, in der die Referenzspannung durch eine Bandgap-Spannungsquelle 80 erzeugt wird. Die Bandgap-Schaltung 80 weist eine Reihe von Transistoren 81, 82, 83, 84, 85 sowie eine Anzahl von Widerständen 86, 87, 88 auf. Der Widerstand 86 hat einen Wert von 2 kΩ, während der Widerstand 87 einen Wert von 1.400 Ω und der Widerstand 88 einen Wert von 2 kΩ aufweist. Über die Bandgap-Schaltung 80 wird eine temperaturunabhängige Referenzspannung UB erzeugt, die bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial beispielsweise einen Wert von etwa 1.2 Volt aufweist.
    Die auf diese Weise erzeugte Bandgap-Spannung UB wird in einem Regler 90, der aus einem Transistor 91, 92 sowie Widerständen 93, 94, 95 gebildet ist, in erforderlicher Weise nachgeregelt. Dabei weist der Widerstand 93 einen Wert von 2 kΩ, der Widerstand 94 einen Wert von 240 Ω und der Widerstand 95 einen Wert von 5 kΩ auf.
    Sowohl der Regler 90 als auch die Bandgap-Schaltung 80 sind Bestandteil der Vorrichtung 11 zum Erzeugen einer Referenzspannung.
    Auf der rechten Seite des Reglers 90 ist ein Vervielfacher 100 für die Bandgap-Spannung UB vorgesehen, der aus einer Anzahl von Transistoren 101, 102, 103, 104 sowie verschiedenen Widerständen 105, 106, 107 aufgebaut ist. Der Widerstand 105 hat einen Wert von 2 kΩ, während der Widerstand 106 einen Wert von 2 kΩ und der Widerstand 107 einen Wert von 5 kΩ aufweist. Im Vervielfacher 100 tritt die in der Bandgap-Schaltung 80 erzeugte Bandgap-Spannung UB noch einmal auf, wobei sie hier um den Faktor (1+R12/R14) vergrößert wird, wobei es sich bei dem Widerstand R12 um den widerstand 105 und bei dem Widerstand R14 um den Widerstand 106 handelt. Auf diese Weise wird eine Gesamtreferenzspannung von beispielsweise 3 Volt erreicht.
    Die auf diese Weise erzeugte Referenzspannung wird über den Ausgang 14 der Vorrichtung 11 zum Erzeugen der Referenzspannung an die die Kollektor-Stromquellen bildenden Transistoren 20, 30 weitergeleitet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 sind nur zwei Transistoren 20, 30 dargestellt, die in ihrem Grundaufbau jedoch den in Figur 1 und 2 beschriebenen Transistoren entsprechen, so daß im Hinblick auf deren Aufbau sowie deren Funktionsweise auf die Ausführungen zu den Figuren 1 und 2 verwiesen wird.
    Die Kollektoren der beiden Transistoren 20, 30 sind über entsprechende Widerstände 25, 35 mit der Spannungsquelle 12 für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden. Die beiden Widerstände 25, 35 weisen dabei jeweils einen Wert von 2 kΩ auf.
    Durch die Bezeichnung "weitere Stromquellen" am rechten Rand der Schaltungsanordnung 10 wird verdeutlicht, daß die Anzahl der die Kollektor-Stromquellen bildenden Transistoren je nach Bedarf und Anwendungsfall variiert werden kann. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl derartiger Transistoren beziehungsweise Stromquellen beschränkt.
    Durch die in Figur 4 dargestellte Schaltungsanordnung kann eine Nutzspannung (V0) erzeugt werden, die nicht nur unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist, sondern die gleichzeitig auch unabhängig von der jeweils vorherrschenden Temperatur ist. Dies wird aus dem simulierten Spannungs-Verlaufsdiagramm in Figur 5 ersichtlich.
    Das in Figur 5 dargestellte Spannungs-Verlaufsdiagramm zeigt den Wert der Nutzspannung (V0) sowohl in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung (VCC) als auch in Abhängigkeit von unterschiedlichen Temperaturen, im vorliegenden Fall 0°C, 50°C sowie 100°C. Wie aus der simulierten Spannungskurve für die Nutzspannung (V0) ersichtlich wird, stellt sich ab einer Versorgungsspannung (VCC) von 3 Volt eine stabile, volle Nutzspannung (V0) von 3 Volt ein, die auch bei zunehmender Größe der Versorgungsspannung (VCC) bis hinauf zu mehr als 5 Volt stabil bleibt. Gleichzeitig ist die durch die in Figur 4 dargestellte Schaltungsanordnung 10 erzeugte Nutzspannung (V0) auch unabhängig von der vorherrschenden Temperatur.

    Claims (9)

    1. Schaltungsanordnung, insbesondere Bias-Schaltung (10), zum Erzeugen einer Nutzspannung (V0), die unabhängig vom tatsächlichen Wert der Versorgungsspannung (VCC) ist, mit einer Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Referenzspannung und mit einer oder mehreren Kollektor-Stromquelle(n), die jeweils aus einem Transistor (20;30;40) gebildet ist/sind, wobei die Basis (21; 31; 41) des Transistors (20; 30; 40) mit dem Ausgang (14) der Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Referenzspannung verbunden ist, der Emitter (22; 32; 42) des Transistors (20; 30; 40) mit Ground (13) verbunden ist und der Kollektor (23; 33; 43) des Transistors (20; 30; 40) mit einer Spannungsquelle (12) für die Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor (23; 33; 43) des wenigstens einen Transistors (20; 30; 40) und der Spannungsquelle (12) für die Versorgungsspannung (VCC) ein Widerstand (25; 35; 45) geschaltet ist.
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Kollektor-Stromquellen bildende Transistoren (20; 30; 40) vorgesehen sind.
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kollektor (23, 33, 43) jedes der Transistoren (20; 30; 40) über jeweils einen Widerstand (25, 35, 45) mit der Spannungsquelle (12) für Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist.
    5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kollektor-Stromquellen bildenden Transistoren (20, 30, 40) gemeinsam gesteuert werden.
    6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Referenzspannung einen Operationsverstärker (50) aufweist.
    7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Referenzspannung eine Bandgap-Schaltung (80) aufweist.
    8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Versorgungsspannung (VCC) in einem Bereich zwischen 3 Volt und 5,5 Volt liegt.
    9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese als integrierte Bipolarschaltung ausgebildet ist.
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