ES2293476T3 - Dispositivo de generacion de una tension electrica de referencia de precision mejorada y circuito electronico integrado correspondiente. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia que comprende un primero y un segundo generadores de corriente que entregan, respectivamente, una corriente proporcional a la temperatura y una corriente complementaria de ella, y medios para sumar dichas corrientes, con el fin de obtener una tensión independiente de dicha temperatura, comprendiendo dicho primer generador de corriente, al menos, un amplificador operacional (14) y dos ramas en paralelo, comprendiendo una primera rama (31) una primera fuente de corriente y un primer transistor bipolar, y comprendiendo una segunda rama (32) una segunda fuente de corriente, una primera resistencia (R1) y un segundo transistor bipolar, caracterizado porque comprende medios de reducción de la dependencia del valor de dicha primera resistencia (R1) en relación con la corriente que circule por dicha primera rama (31), comprendiendo dichos medios de reducción, al menos, una segunda resistencia (R4) de valor no regulable, montada en serie en dicha segunda rama (32), entre dicha segunda fuente de corriente y una fuente de alimentación de dicho dispositivo.

Description

Dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia de precisión mejorada y circuito electrónico integrado correspondiente.

1. Campo de la invención

El campo de la invención es el del diseño de circuitos electrónicos y microelectrónicos. De modo más preciso, la invención se refiere al campo de la generación de tensiones eléctricas de referencia, utilizadas en todas las aplicaciones que necesiten poder disponer de una tensión controlada que presente variaciones muy pequeñas en función de la temperatura, de las variaciones de la tensión de alimentación o de las variaciones de los parámetros tecnológicos de fabricación de los diferentes componentes.

Tales tensiones eléctricas de referencia son necesarias, particularmente, en los equipos portátiles alimentados mediante baterías (radioteléfonos, ordenadores portátiles, etc.), así como en los sistemas que utilicen circuitos electrónicos complejos de altas prestaciones, y de modo más general, en los circuitos integrados a base de microcontroladores.

2. Soluciones de la técnica anterior

Con el fin de poder generar una tensión de referencia que dependa lo menos posible de las variaciones de la temperatura, se utilizan, generalmente, dos fuentes de corriente que dependan de modos opuestos de la temperatura:

- una primera fuente de corriente denominada PTAT (proportional to absolute temperature/proporcional a la temperatura absoluta), que dependa, positivamente, de las variaciones de la temperatura;

- una segunda fuente de corriente, denominada CTAT (complementary to absolute temperature/complementaria de la temperatura absoluta), que dependa, negativamente, de las variaciones de temperatura.

Una fuente de tensión de referencia de este tipo basada en las corrientes PTAT/CTAT se describe, también, en un artículo de la revista IEEE Journal of Solid-State Circuits, publicada en mayo de 1.999, titulado "A CMOS bandgap reference circuit with sub-1-V operation" ("Circuito de referencia de semiconductor de óxido de metal complementario de banda prohibida que funciona a tensión inferior a 1V"), de Hiromeri Bomba et al.

De modo más preciso, el coeficiente de temperatura positivo de la fuente de corriente PTAT se obtiene, generalmente, a partir de una diferencia de tensión entre dos diodos, o entre dos uniones base-emisor de transistores bipolares polarizadas en sentido directo, y el coeficiente de temperatura negativo de la fuente de corriente CTAT se obtiene a partir de la tensión en los terminales de un diodo o de la unión base-emisor de un transistor bipolar polarizado en directo.

Para hacer la tensión de referencia generada independiente de las variaciones de la tensión de alimentación, se procede, clásicamente, por montaje en cascada o por regulación.

Por ejemplo, el documento de patente norteamericana US 2002/125938 (Kim Young Hee et al.) presenta un generador de tensión de referencia que comprende un primer generador de corriente, que entrega una primera corriente proporcional a una tensión emisor-base, y un segundo generador de corriente, que entrega una segunda corriente proporcional a una tensión térmica. Entonces, el generador de tensión de referencia suma estas dos corrientes y genera una tensión de referencia estable.

Un generador de tensión de referencia de este tipo utiliza un espejo de corriente que presenta una impedancia de salida grande y una desviación máxima considerable con el fin de reducir las variaciones de la tensión de referencia, pero no tiene por objeto reducir la sensibilidad de la tensión de salida a las variaciones de los valores de los componentes resistivos del dispositivo.

Además, un generador de este tipo no se basa en una estructura con amplificadores operacionales.

Puede hacerse referencia a la solicitud de patente francesa nº FR 2842317 titulada "Source de tension de référence, capteur de température, détecteur de seuil de température, puce et système correspondant" ("Fuente de tensión de referencia, sensor de temperatura, detector de umbral de temperatura, microchip y sistema correspondiente"), a nombre del mismo solicitante que la presente solicitud de patente, para una descripción más detallada de un ejemplo de dispositivo de generación de tensión de referencia de la técnica anterior.

La figura 1 presenta, de acuerdo con la técnica anterior, un ejemplo de dispositivo de generación de una tensión de referencia de tipo de "banda prohibida", susceptible de funcionar con una tensión de alimentación pequeña, con una corriente de reposo pequeña. Un dispositivo de este tipo comprende:

- una fuente de corriente 10 de tipo PTAT que comprende dos transistores bipolares Q_{2} y Q_{1}, cuya relación entre las superficies de emisor vale S_{2}/S_{1};

- una fuente de corriente 11 de tipo CTAT;

- una fuente de corriente de polarización 12, no ilustrada en la figura 1;

- una resistencia R_{s} 13 de suma de las corrientes.

Un primer amplificador operacional 14 permite polarizar los componentes bipolares del circuito y generar una corriente proporcional a la temperatura (PTAT), cuyo valor puede ser ajustado modificando el valor de la resistencia R_{1}.

Un segundo amplificador operacional 15 se utiliza con montaje seguidor, y se conecta con el transistor bipolar más pequeño Q_{1}: se usa para generar una corriente complementaria de la temperatura (PTAT), cuyo valor puede ser ajustado modificando la resistencia R_{2}.

Estas dos corrientes, respectivamente, proporcional a la temperatura (PTAT) y complementaria de ella (CTAT), son sumadas en una tercera resistencia R_{s} 13 para generar una tensión ajustable, que puede hacerse independiente de la temperatura por ajuste de las corrientes PTAT y CTAT.

Un circuito de este tipo comprende, también, una fuente de corriente, no representada en la figura 1, que comprende un circuito de arranque, activo a la puesta en tensión, y que alimenta la corriente de polarización de los dos amplificadores operacionales 14 y 15.

El dispositivo de la figura 1 entrega una tensión de referencia V_{REF}, cuya expresión viene dada por V_{REF}-R_{s}(I_{1}+I_{2}).

Se tiene, para cada uno de los transistores bipolares Q_{1} y Q_{2}, una tensión base-emisor, V_{BE} = \frac{KT}{q}ln\frac{I_{E}}{I_{S}}, (es decir, para Q_{1}, V_{BE1} = \frac{KT}{q}ln\frac{I_{E1}}{I_{S1}}, y para Q_{2}, V_{BE2} = \frac{KT}{q}ln\frac{I_{E2}}{I_{S2}}), representando I_{E} e I_{S}, respectivamente, las corrientes de emisor y de saturación de los transistores Q_{1} y Q_{2}, y siendo T la temperatura absoluta.

Cuando las tensiones en los puntos A y B de entrada en el amplificador operacional 14 sean idénticas, es decir,
v(A) = v(B), puede expresarse \DeltaV_{BE} = V_{BE1}-V_{BE2} de la forma siguiente: \DeltaV_{BE} = \frac{KT}{q}ln\frac{I_{S2}}{I_{S1}}, siendo las corrientes I_{S2} e I_{S1} proporcionales al tamaño de los emisores de los transistores bipolares Q_{2} y Q_{1}.

Se deducen, entonces, las expresiones siguientes:

I_{1} = \frac{DV_{BE}}{R_{1}}=\frac{kT}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}, proporcional a la temperatura absoluta T, con k y q constantes, y expresando S_{2}/S_{1} la relación de las superficies de los emisores de los dos transistores bipolares Q_{2} y Q_{1}, e I_{2}=\frac{V_{BE1}}{R_{2}}, que es inversamente proporcional a la temperatura T.

La tensión de referencia V_{REF} se expresa, entonces, mediante:

V_{REF} = R_{S}\left(\frac{kT}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}+ \frac{V_{BE1}}{R_{2}}\right) = \frac{kTR_{S}}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}+ \frac{R_{S}V_{BE1}}{R_{2}}

El primer término \frac{kTR_{S}}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}} de esta ecuación es proporcional a la temperatura absoluta T, y el segundo término \frac{R_{S}V_{BE1}}{R_{2}} es inversamente proporcional a ella. Así, si se llegan a igualar, en valor absoluto, los coeficientes de temperatura de cada uno de estos dos términos, la tensión V_{REF} entregada a la salida del dispositivo de la figura 1, teóricamente, puede hacerse independiente de las variaciones de la temperatura T.

La figura 2, que no se describirá con más detalle, presenta un ejemplo de realización del dispositivo representado, esquemáticamente, en la figura 1. En las figuras 1 y 2, los mismos elementos funcionales se designan mediante las mismas referencias numéricas.

La fuente de corriente (que comprende un circuito de arranque, activo a la puesta en tensión, y que alimenta la corriente de polarización de los dos amplificadores operacionales 14 y 15), no representada en la figura 1, se ilustra en la figura 2 con la referencia numérica 12.

Igualmente, el documento "Predicting the effects of error sources in bandgap reference circuits and evaluating their design implications" (Predicción de los efectos de fuentes de error en circuitos de referencia de banda prohibida y evaluación de sus implicaciones de diseño) de V. Gupta et al., 45th Midwest Symposium on Circuits and Systems (XLV Simposio del Midwest de circuitos y sistemas, Actas de la Conferencia, volumen 3, año 2.002), propone añadir a los dispositivos de generación de tensiones de referencia existentes una resistencia adicional regulable, en serie con el generador PTAT, que permita ajustar el valor de la corriente proporcional a la temperatura entregada por el generador. Se habla, entonces, de "ajuste fino".

3. Inconvenientes de la técnica anterior

Los dispositivos de generación de tensiones de referencia de la técnica anterior, tales como los ilustrados en las figuras 1 y 2, por ejemplo, comprenden componentes integrados, tales como resistencias de polisilicio.

Un inconveniente de estos componentes consiste en que su valor puede variar en, más o menos, un 20%, aproximadamente, en función de los parámetros de la tecnología con la que estén hechos (típicamente, en función de la oblea (wafer) de silicio en el que estén hechos). Por tanto, estos componentes presentan una precisión absoluta mediocre, lo que tiene como consecuencia inducir una dispersión de la tensión de referencia entregada a la salida, tanto en función de la temperatura como de los parámetros tecnológicos (variaciones de "proceso").

Por tanto, un inconveniente de las técnicas de generación de tensiones de referencia de tipo de "banda prohibida" de la técnica anterior es la imprecisión de la tensión generada, en función de las variaciones de la temperatura y de los parámetros tecnológicos.

La adición de otra resistencia, regulable en serie con el generador PTAT (resistencia de "ajuste fino"), permite ajustar el valor de la corriente proporcional a la temperatura entregada por el generador, pero requiere una regulación de la resistencia cuando se produzcan variaciones de proceso.

Por tanto, es necesario intervenir en cada dispositivo con el fin de ajustar el valor de la resistencia de "ajuste fino" en función de las variaciones del proceso, lo que es particularmente engorroso.

4. Objetivos de la invención

La invención tiene por objeto, en particular, paliar estos inconvenientes de la técnica anterior.

Más concretamente, un objetivo de la invención consiste en ofrecer una técnica de generación de una tensión eléctrica de referencia que presente una precisión aumentada en relación con las tensiones de referencia generadas de acuerdo con la técnica anterior. En particular, la invención tiene por objeto mejorar la precisión de la tensión de referencia generada en relación con las variaciones de la temperatura y/o de los parámetros tecnológicos de fabricación de los componentes (en particular, en el marco de la utilización de componentes del tipo de resistencias de polisilicio).

En otros términos, la invención tiene por objeto ofrecer una técnica de generación de una tensión eléctrica de referencia que permita reducir la dispersión de la tensión de salida de un dispositivo de tipo de "banda prohibida".

Otro objeto de la invención consiste en proponer una técnica de este tipo cuya puesta en práctica sea sencilla y poco costosa, y que no requiera la regulación de componentes específicos.

En particular, la invención tiene por objeto ofrecer una técnica de este tipo que limite las intervenciones de ajuste del valor de los componentes, una vez montados, cuando se modifiquen sus condiciones de funcionamiento.

La invención tiene por objeto, también, ofrecer una técnica de este tipo que no aumente de manera sensible la complejidad de los dispositivos de generación de tensión de referencia en relación con la técnica anterior.

La invención tiene por objeto, igualmente, ofrecer una técnica de este tipo muy apropiada para los dispositivos de generación de tensiones eléctricas de referencia pequeñas que funcionen por suma de corrientes.

5. Características esenciales de la invención

Estos objetivos, así como otros que se pondrán de manifiesto en lo que sigue, se consiguen merced a un dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia de acuerdo con la reivindicación 1.

Así, la invención se basa en un enfoque ciertamente nuevo e inventivo de generación de una tensión de referencia, independiente de la temperatura y de las variaciones de los procedimientos de fabricación de los componentes que constituyen un dispositivo de este tipo. En efecto, la invención propone una técnica de generación de una tensión de referencia que presenta una precisión mejorada en relación con la técnica anterior, merced a la reducción de la sensibilidad a los valores de las resistencias utilizadas.

Esta técnica se basa en un dispositivo de tipo de "banda prohibida" con amplificadores operacionales.

En particular, este tipo de banda prohibida permite entregar una tensión de salida ajustable comprendida entre 0 V y la tensión de alimentación. Puede funcionar, también, a tensiones inferiores a 1 V.

La introducción nueva de medios de reducción de la dependencia del valor de las resistencias permite evitar la gran dispersión de la tensión de referencia generada a la salida, inducida por las variaciones en, más o menos, un 20% de los valores de las resistencias (de polisilicio, por ejemplo), en función de los parámetros tecnológicos de su fabricación.

Si esta segunda resistencia se realiza de acuerdo con el mismo procedimiento tecnológico que la primera resistencia, la evolución de su valor será similar a la de la primera resistencia, lo que permite una compensación precisa de la dependencia del valor de la primera resistencia de la corriente que circule por la primera rama.

En particular, la utilización de una resistencia de valor no regulable de este tipo permite evitar los problemas de ajuste de los componentes, puesto que el valor de la resistencia está regulado desde el momento de su integración en el dispositivo de generación de tensión de referencia.

La invención permite así la supresión de una etapa de regulación de los componentes, necesaria con la técnica anterior, cuando se producía una variación de la resistividad.

Ventajosamente, dichos medios de reducción están destinados a aumentar/reducir la corriente que circule por dicha primera rama cuando la resistividad de dicha primera resistencia sea superior/inferior a un valor de referencia.

De ese modo se mantiene un equilibrio relativo entre las corrientes generadas por cada uno, primero y segundo, de los generadores de corriente del dispositivo, cuando los parámetros tecnológicos se modifiquen, lo que permite reducir la dispersión de la tensión de referencia generada a la salida.

De manera ventajosa, dicha segunda resistencia está posicionada en dicha segunda rama, en una conexión establecida entre dichas primera y segunda fuentes de corriente.

Así, esta segunda resistencia está puesta en serie con el transistor bipolar de la segunda rama.

En particular, la segunda resistencia puede estar montada en serie entre la segunda fuente de corriente y una alimentación del dispositivo de generación de tensión.

De manera preferida, dicha segunda resistencia se selecciona de manera que la relación entre dichas corrientes, proporcional a la temperatura y complementaria de ella, esté comprendida en un intervalo de valores predeterminado cuando el valor de dicha primera resistencia varíe.

Este intervalo de valores tiene que ser lo más reducido posible, con el fin de asegurar que la relación entre las corrientes generadas por cada uno de dichos primero y segundo generadores sea lo más constante posible, en función de la evolución de los parámetros tecnológicos.

Ventajosamente, la primera y la segunda resistencias están hechas con una misma tecnología, de manera que presenten un mismo comportamiento en relación con las variaciones de las condiciones de funcionamiento de dicho dispositivo.

En particular, la primera y la segunda resistencias pueden ser resistencias de polisilicio hechas en una misma oblea.

La invención se refiere, también, a un circuito electrónico integrado que comprende un dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia que comprende un primero y un segundo generadores de corriente que entregan, respectivamente, una corriente proporcional a la temperatura y una corriente complementaria de ella, y medios de suma de dichas corrientes, con el fin de obtener una tensión independiente de dicha temperatura. El primer generador de corriente comprende, al menos, un amplificador operacional y dos ramas en paralelo, a saber, una primera rama que comprende una primera fuente de corriente, controlada mediante el amplificador operacional, y un primer transistor bipolar, y una segunda rama que comprende una segunda fuente de corriente, controlada mediante el amplificador operacional, una primera resistencia y un segundo transistor bipolar.

Un dispositivo de generación de este tipo comprende medios de reducción de la dependencia del valor de dicha primera resistencia en relación con la corriente que circule por dicha primera rama, comprendiendo dichos medios de reducción, al menos, una segunda resistencia de valor no regulable.

6. Lista de figuras

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto más claramente a partir de la lectura de la descripción que sigue de un modo de realización preferido, ofrecido a título de sencillo ejemplo ilustrativo, y no limitativo, y de los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1, ya descrita en lo que antecede en relación con la técnica anterior, presenta un esquema de un dispositivo de generación de una tensión de referencia de tipo de "banda prohibida";

- la figura 2, también descrita anteriormente en relación con la técnica anterior, ilustra un ejemplo de realización del dispositivo de la figura 1;

- la figura 3 ilustra los transistores bipolares y los espejos de corriente utilizados para generar una corriente PTAT en el dispositivo de la figura 2;

- la figura 4 presenta las curvas de las tensiones de entrada del amplificador operacional 14 de la figura 2 en función de la corriente I_{1};

- la figura 5 ilustra el desplazamiento de la curva de tensión de entrada V(IN-M) de la figura 4, por efecto del cambio de resistividad de los componentes del dispositivo de la figura 2;

- la figura 6 presenta el esquema general de un dispositivo de generación de tensión de referencia de "banda prohibida" de acuerdo con la invención, en el que una resistencia R_{4} adicional ha sido añadida, en el generador PTAT, para compensar las variaciones de resistividad de los componentes;

la figura 7 describe, con más detalle, el generador PTAT del dispositivo de la figura 6;

- la figura 8 presenta las curvas representativas de la tensión de referencia generada a la salida de un dispositivo de "banda prohibida" de la técnica anterior y de un dispositivo de "banda prohibida" de la invención, en función de la resistividad nominal de los componentes resistivos utilizados en tales dispositivos;

- la figura 9 presenta las curvas representativas de la tensión de referencia generada a la salida de un dispositivo de "banda prohibida" de la técnica anterior y de un dispositivo de "banda prohibida" de la invención, en función de la temperatura;

- la figura 10 presenta un histograma de mediciones de tensiones de referencia V_{REF} a la salida de un dispositivo conforme a la invención, realizadas a partir de 7 obleas (wafers) de silicio distintas.

7. Descripción de un modo de realización de la invención

El principio general de la invención se basa en la introducción de medios que permitan reducir la dependencia del valor de las resistencias de la corriente de tipo PTAT en un dispositivo de generación de tensión de referencia por suma de corrientes.

Se presenta, en relación con las figuras 3 a 5, el problema de la técnica anterior que la invención permite resolver.

Para ello, la figura 3 ilustra con detalle el generador de corriente de tipo PTAT, con referencia 10 en las figuras 1 y 2. Un generador 10 de este tipo comprende dos ramas 31 y 32 en paralelo:

- la primera rama, 31, comprende un primer transistor bipolar Q_{1} de tipo pnp y una fuente de corriente constituida por el transistor pmos M_{1} montado a modo de espejo de corriente;

- la segunda rama 32 comprende un segundo transistor bipolar Q_{2} de tipo pnp, una fuente de corriente constituida por el transistor pmos M_{2} montado a modo de espejo de corriente y una primera resistencia R_{1}.

Se han añadido un transistor pmos M_{0} adicional y una fuente de corriente 10 para alimentar con corriente los transistores bipolares Q_{1} y Q_{2}.

Las tensiones en los puntos in_p e in_m, designadas V(in_p) y V(in_m), representan las dos tensiones de entrada en los puntos A y B del amplificador operacional 14 de las figuras 1 y 2, en función de la corriente (idéntica) inyectada en estos puntos A y B. Como se muestra en la figura 4, que representa la evolución de estas dos tensiones V(in_p) y V(in_m) en función de la corriente I_{1} en las ramas 31 y 32, se tiene V(in_p) = V(in_m) en el punto de regulación P ("regulating point"). Se apreciará que, en la figura 4, la abcisa de las dos curvas corresponde a la corriente (idéntica) inyectada en los puntos A y B (expresada en decenas de microamperios \muA, es decir, 10^{-5} A). La ordenada de estas curvas corresponde a la tensión, expresada en voltios V, en los puntos A y B.

Cuando el valor de la resistencia R_{1} disminuya (como consecuencia de las variaciones de los parámetros tecnológicos de su fabricación, denominadas, también, "variaciones de proceso"), la corriente I_{1} = \frac{\Delta V_{BE}}{R_{1}} en la segunda rama 32 aumenta, conforme a la ecuación: I_{1} = \frac{\Delta V_{BE}}{R_{1}} = \frac{kT}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}, de acuerdo con una variante lineal.

El punto de regulación P del dispositivo de generación de tipo de "banda prohibida" (es decir, el punto en que V(in_p) = V(in_m)), se desplaza, entonces, desde el punto P al punto P', por efecto del desplazamiento de la curva representativa de la tensión V(in_m), como se ilustra mediante la figura 5. De nuevo, la abcisa de las dos curvas corresponde a la corriente (idéntica) inyectada en los puntos A y B (expresada en decenas de microamperios \muA, es decir, 10^{-5} A). La ordenada de estas curvas corresponde a la tensión, expresada en voltios V, en los puntos A y B.

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El punto de regulación P corresponde a un valor inicial de la resistencia R_{1}, y el nuevo punto de regulación P' corresponde a una disminución de un 20% del valor de R_{1} en relación con el punto P.

Paralelamente, la corriente que atraviesa la resistencia R_{2} del generador 11 de corriente CTAT de las figuras 1 y 2 aumenta, pues la tensión V_{BE1}, que es la tensión base-emisor del transistor bipolar Q_{1}, aumenta, también. En efecto, se tiene:

V_{R2} = V_{BE1} = log\left(\frac{I_{1}}{IS_{1}}\right),

siendo IS_{1} una constante y V_{R2} la tensión en los terminales de la resistencia R_{2}; e

I_{2} = \frac{V_{R2}}{R_{2}} = \frac{V_{BE1}}{R_{2}}.

En consecuencia, cuando el valor de la resistencia R_{1} disminuya como consecuencia de variaciones de proceso (típicamente, en una proporción de, aproximadamente, un 20%), ambas corrientes I_{1} e I_{2} aumentan, conforme al desplazamiento del punto de regulación P ilustrado en la figura 5, y la tensión entregada a la salida del dispositivo de generación de tensión de referencia (de tipo de "banda prohibida") aumenta, entonces, de acuerdo con la ecuación:

V_{REF} = R_{S}(I_{1}+I_{2}).

Pero, como se ha indicado en lo que antecede, la corriente I_{1} aumenta linealmente con R_{1} de acuerdo con la relación K/R_{1}, siendo K una constante (pues, I_{1} = \frac{kT}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}), mientras que la corriente I_{2} aumenta, por una parte, de manera lineal con R_{2}, de acuerdo con la relación K'/R_{2}, siendo K' una constante, y, por otra, de manera logarítmica, de acuerdo con la relación ln(1/R_{1}).

En la expresión V_{REF} = \frac{kTR_{S}}{qR_{1}}ln\frac{S_{2}}{S_{1}}+\frac{R_{S}V_{BE1}}{R_{2}}, el primer término de la ecuación, con R_{s}/R_{1}, se mantiene constante cuando la resistividad de los componentes de polisilicio varíe, mientras que el segundo término varía en función del valor absoluto de la resistividad p de estos componentes.

Por tanto, el efecto global resultante es doble:

- por una parte, se constata un aumento de la dispersión de la tensión de salida V_{REF};

- por otra, el coeficiente de temperatura de la tensión V_{REF} se desajusta, pues la corriente I_{2} (de tipo CTAT, que depende negativamente de la temperatura) aumenta más rápidamente que la corriente I_{1} (de tipo PTAT, que depende positivamente de la temperatura).

Con el fin de paliar estos problemas los inventores de la presente solicitud de patente proponen un nuevo tipo de dispositivo de generación de tensión de referencia, del que se ilustra, en la figura 6, un modo de realización particular.

El montaje de la figura 6 corresponde al montaje de las figuras 1 y 2, con un transistor adicional R_{4} en serie en la segunda rama de corriente 32 del espejo de corriente del generador PTAT de corriente 10. Una resistencia adicional R_{4} de valor no regulable de este tipo, tiene como objetivo reducir la sensibilidad de la tensión de salida V_{REF} a las variaciones de los valores de los componentes resistivos del dispositivo.

Más concretamente, el efecto de la resistencia R_{4} puede ilustrarse a partir del esquema de la figura 7. Se designa por I_{M1} la corriente que circula en la primera rama 31 del generador PTAT y por I_{M2} la corriente que circula en la segunda rama 32 del generador PTAT.

La relación entre los valores de las corrientes I_{M1} e I_{M2} puede expresarse de la forma:

\frac{I_{M1}}{I_{M2}} = \frac{(V_{gS_{M1}} - V_{T})^{2}}{(V_{gS_{M2}} - V_{T})^{2}}

y

(V_{gS_{M1}} - V_{gS_{M2}}) = R4*I_{M2},

representando V_{gS_{M1}} y V_{gS_{M2}}, respectivamente, la tensión entre la puerta y la fuente de los transistores M_{1} y M_{2}, y V_{T} la tensión de umbral de estos transistores.

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Cuando el valor de R_{1} disminuya, la corriente I_{M2} a través del transistor M_{2} aumenta, como se ha descrito en lo que antecede en relación con la figura 3. Al mismo tiempo, el valor de la resistencia R_{4} disminuye también, pues las resistencias R_{1} y R_{4} están fabricadas con la misma tecnología: por ejemplo, R_{1} y R_{4} son dos resistencias de polisilicio hechas en la misma oblea.

Conviene precisar que la resistencia R_{4} presenta un valor no ajustable. En este caso, las propias variaciones de proceso modifican, ligeramente, el valor de esta resistencia. No se requiere intervención alguna para ajustar ("de modo fino") el valor de R_{4}.

Cuando R_{4} disminuye, disminuyen, también, (V_{gS_{M1}} - V_{gS_{M2}}) y la relación I_{M1}/I_{M2}.

- por una parte, el valor de la corriente I_{M2} aumenta, como consecuencia de la disminución de R_{1};

- por otra parte, la relación I_{M1}/I_{M2} disminuye, como consecuencia de la disminución del valor de R_{4}.

Por tanto, al ajustar la relación R_{4}/R_{1}, es posible mantener la corriente I_{M1} casi constante cuando la resistividad de los componentes varíe, en función de las variaciones de los parámetros tecnológicos. La tensión V_{BE1} se mantiene entonces constante y la corriente CTAT I_{2} = \frac{V_{BE1}}{R_{2}} sólo depende de R_{2}.

Así, la invención propone una técnica de generación de una tensión de referencia que presenta una precisión mejorada en relación con la técnica anterior, merced a una reducción de la sensibilidad a los valores de las resistencias, y que no requiere el reajuste del valor de los componentes en caso de variaciones de la temperatura, de la alimentación, etc.

Utilizando de nuevo las notaciones de la figura 3, la corriente I_{1} = I_{M2} varía, en función de la resistividad de los componentes, de acuerdo con una relación lineal K/R (siendo R un valor de resistencia y K una constante), y la corriente I_{2} varía, también, en función de la resistividad de los componentes, de acuerdo con una relación casi lineal. Así, la tensión de referencia entregada a la salida del dispositivo V_{REF} = R_{s}(I_{1}+I_{2}) puede presentar un coeficiente de temperatura más preciso, pues la dispersión de la relación I_{1}/I_{2} es reducida.

Ello se ilustra en la figura 8, en la que se ha representado la evolución de la tensión de referencia V_{REF} en función de las variaciones de la resistividad de los componentes de un dispositivo de generación de tensión de referencia:

- tal como se ilustra en la figura 2, es decir, sin resistencia R_{4} adicional (curva 81);

- tal como se ilustra en la figura 7, es decir, con una resistencia R_{4} adicional de acuerdo con la invención (curva 82).

La abcisa de las curvas de la figura 8 representa la resistividad del polisilicio en relación con la resistividad nominal (así, una abcisa 1,2 corresponde, por ejemplo, a un aumento del 20% de la resistividad), y la ordenada V_{REF} corresponde a la tensión de salida de la "banda prohibida", expresada en voltios.

Como puede constatarse, la tensión de referencia V_{REF} entregada a la salida del dispositivo de "banda prohibida" de la invención ya casi no depende de las variaciones de proceso: en efecto, cuando la resistividad de los componentes del dispositivo evoluciona, la tensión V_{REF} se mantiene casi constante (curva de referencia 82). En cambio, con la técnica anterior (curva 81), la tensión V_{REF} disminuye mucho cuando aumenta la resistividad de los componentes.

La figura 9 presenta la evolución de la tensión de referencia V_{REF} en función de la temperatura para cada uno de estos dos casos, con resistencia R_{4} adicional (curva 91) o sin ella (curva 92), para una resistividad de los componentes de polisilicio igual a 1,2 veces su resistividad nominal.

En la figura 9, la abcisa de las curvas representa la temperatura, expresada en grados Celsius (ºC), y su ordenada representa la tensión de salida V_{REF} de la "banda prohibida", expresada en voltios (V). En los dos casos, para una resistividad del polisilicio igual a 1, la variación de la V_{REF} con la temperatura es casi nula.

Como puede constatarse, la estabilidad, en función de la temperatura, de la tensión V_{REF} generada a la salida del dispositivo de "banda prohibida" es mejor en el caso en que, conforme a la invención, se haya añadido, en serie, una resistencia R_{4} en la rama 32 del espejo de corriente del generador PTAT 10.

La figura 10 presenta un histograma de diferentes mediciones de tensiones de referencia V_{REF} de "banda prohibida" obtenidas a partir de 7 obleas distintas. Más concretamente, este histograma corresponde a las mediciones de la tensión de salida de la "banda prohibida", para una solución en la que se haya añadido una resistencia R_{4}. Estas mediciones han sido realizadas a 25ºC. La abcisa del histograma corresponde a los valores de tensión V_{REF} diferentes medidos (en voltios), y la ordenada de cada barra del histograma representa la frecuencia (es decir, el número de piezas) para cada valor de tensión V_{REF} en abcisas (por tanto, ninguna unidad de medida está asociada con los valores de ordenadas obtenidos).

Podrían preverse otros modos de realización de la invención. En efecto, en el ejemplo presentado en lo que antecede en relación con la figura 6, los medios de reducción de la dependencia del valor de la resistencia R_{1} en relación con la corriente que circule por la primera rama 31 del generador de corriente PTAT consisten en una resistencia R_{4} posicionada en serie en esta rama.

Pero estos medios podrían consistir, también, en una corriente adicional inyectada en la primera rama 31 del generador de corriente PTAT que compense las variaciones de la corriente I_{M1} debidas al cambio de resistividad de R_{1}. En particular, estos medios podrían consistir en una fuente de corriente adicional y proporcional a la corriente I_{1}, posicionada en derivación en el transistor bipolar Q_{1}.

Estos medios podrían consistir, también, en una o varias resistencias adicionales, externas en relación con el circuito del generador PTAT de corriente 10.

Se apreciará, por otro lado, que la utilización de resistencias R_{1}, R_{2} y R_{S}, externas en relación con el circuito, y precisas, permitirían mejorar la estabilidad de la resistencia, también, pero aumentarían tanto el número de entradas/salidas como el número de componentes utilizados, y, por tanto, llevarían consigo un aumento global del coste del dispositivo de tipo de "banda prohibida" de la invención.

Claims (7)

1. Dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia que comprende un primero y un segundo generadores de corriente que entregan, respectivamente, una corriente proporcional a la temperatura y una corriente complementaria de ella, y medios para sumar dichas corrientes, con el fin de obtener una tensión independiente de dicha temperatura, comprendiendo dicho primer generador de corriente, al menos, un amplificador operacional (14) y dos ramas en paralelo, comprendiendo una primera rama (31) una primera fuente de corriente y un primer transistor bipolar, y comprendiendo una segunda rama (32) una segunda fuente de corriente, una primera resistencia (R_{1}) y un segundo transistor bipolar,

caracterizado porque comprende medios de reducción de la dependencia del valor de dicha primera resistencia (R_{1}) en relación con la corriente que circule por dicha primera rama (31), comprendiendo dichos medios de reducción, al menos, una segunda resistencia (R_{4}) de valor no regulable, montada en serie en dicha segunda rama (32), entre dicha segunda fuente de corriente y una fuente de alimentación de dicho dispositivo.

2. Dispositivo de generación según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de reducción están destinados a aumentar/reducir, la corriente que circule por dicha primera rama (31) cuando la resistividad de dicha primera resistencia (R_{1}) sea superior/inferior, a un valor de referencia.

3. Dispositivo de generación según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha segunda resistencia (R_{4}) está posicionada en dicha segunda rama (32), en una conexión establecida entre dichas primera y segunda fuentes de corriente.

4. Dispositivo de generación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha segunda resistencia (R_{4}) se selecciona de manera que la relación entre dichas corrientes proporcional a la temperatura y complementaria de ella esté comprendida en un intervalo de valores predeterminado cuando el valor de dicha primera resistencia (R_{1}) varíe.

5. Dispositivo de generación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichas primera y segunda resistencias están hechas con la misma tecnología, de manera que presenten el mismo comportamiento en relación con las variaciones de las condiciones de funcionamiento de dicho dispositivo.

6. Dispositivo de generación según la reivindicación 5, caracterizado porque dichas primera y segunda resistencias consisten en resistencias de polisilicio hechas en una misma oblea.

7. Circuito electrónico integrado, caracterizado porque comprende un dispositivo de generación de una tensión eléctrica de referencia según la reivindicación 1.