JP2001517334A

JP2001517334A - 定電流およびｐｔａｔ電流のためのデュアル源

Info

Publication number: JP2001517334A
Application number: JP52050797A
Authority: JP
Inventors: グロウ，ジョン・ビィ
Original assignee: コネクサント・システムズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: WO1997020262A1; US5774013A; JP3647468B2

Abstract

(57)【要約】多目的電流（１００）源はＰＴＡＴ電流源（１０５）および定電流源（１０３）を与え、１つの精密外部抵抗またはレーザトリミング抵抗（Ｒ２）のみを必要とする。ＰＴＡＴ定電流回路は、一方入力がＶ_PTAT基準電圧に結合され、他方入力がＶ_bgスケーリング回路（ＯＰ２、Ｎ３、Ｒ３、Ｒ７）に結合される差動増幅器（Ｎ４、Ｎ５）を含む。差動増幅器のテール電流（Ｎ６）はＶ_bgに基づいて、関連する定電流源の電流レベルで一定に保たれる。したがって、ＰＴＡＴ電流源から出力される電流（１５）の量は抵抗値よりも、定電流源の電流に依存する。スケーリング回路を適切に設定することにより、周囲温度が２５℃であるときにＰＴＡＴ電流源の差動増幅器の出力脚（Ｎ５）を流れる電流は、差動増幅器のテール電流の半分に等しく、したがって定電流源の電流出力の半分である。ＰＴＡＴ電流源はスケーリング回路における抵抗のみを必要とし、かつこれらのスケーリング回路抵抗の各々の値は互いに対してのみ制御する必要があるので、ＰＴＡＴ電流源内において精密な抵抗は必要ない。

Description

【発明の詳細な説明】定電流およびＰＴＡＴ電流のためのデュアル源技術分野本発明はアナログ電子回路に関し、より特定的に制御電流を電子装置に供給するための電流源に関する。背景技術電子回路によっては、一定の電流出力を維持するために調整される電流源を有することが望ましいまたは必要である。たとえば、アナログ信号処理集積回路において、アナログ−デジタル変換器およびデジタル−アナログ変換器のようなデータコンバータ回路は、負荷または温度の変化に伴って変化しない固定電流基準を必要とする。固定電流基準に何らかの変化があれば、データ変換処理は不正確なものとなる。このような定電流源を与えるために現在使われている回路の１つが図１に示されている。図１において、従来のバイアスサーボネットワークが提供する定電流源は、基準バンドギャップ電圧Ｖ_bgに等しい、抵抗器３０に係る電圧を保つために、演算増幅器２０でバイポーラトランジスタ１０を駆動する。正確な量の出力電流を設定するためには、抵抗器３０は精密に制御されなければならない。しかし、集積回路に製造されている抵抗器はその製造処理における変動により、１５−２０％の精度以上には制御できない。したがって、電流出力レベルを正確に設定するためには、抵抗器３０は外部抵抗器でなければならない。または、代替的に、抵抗器３０はレーザトリミングされなければならない。外部抵抗器はより大きなスペースを必要とし、さらに別々の処理で取付けられなければならないのでその分労力が必要である。同様に、抵抗器をトリミングすることは経費および時間がかかる。温度が変化しても一定である電流源の要件の他に、温度によって回路内に起こる変化を補償する電流源を必要とする回路もある。たとえば、バイポーラ増幅器が用いられているアナログ信号処理集積回路は、絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流源と呼ばれる電流源で典型的にバイアスされる。ＰＴＡＴ電流源はその名前のとおり、温度の変化に比例してその電流出力を変化させる。バイポーラ増幅器は典型的にはゲインｇ_mＲ_Lを有し、ここでＲ_Lは負荷抵抗であり、ｇ_mは（ｑＩ_c）／（ｋＴ）に等しく、ｑ＝１．６×１０^-19クーロン（すなわち電荷）、Ｉ_c はソース電流であり、ｋ＝１．３８×１０^-23ジュール／Ｋ（すなわちボルツマン定数）、およびＴは℃での電流温度である。周囲温度の変化による増幅器のコンポーネントの性能における変動は、電流源によって供給される電流に起こる変化によって補償される。図２は従来のＰＴＡＴ電流源を示す。バンドギャップ電圧基準Ｖ_bgが用いられて基準電圧を生成し、これがバイポーラトランジスタ５０のベースに与えられる。トランジスタは抵抗器６０によってバイアスされて、基準電圧に比例する電流を維持する。図１に示される源のような温度に依存しない電流源の場合、精密な電流出力を有するためには、抵抗器６０は精密抵抗器でなければならない。さらに、同じ集積回路内において１つ以上の定電流源および１つ以上のＰＴＡＴ電流源を設けなければならない場合がしばしばある。たとえば、アナログ信号処理集積回路は典型的に異なるクラスの回路を含み得る：（１）バイポーラ増幅器；（２）ＣＭＯＳ増幅器；（３）電力増幅器；および（４）データ変換回路。バイポーラ増幅器は、出力電流と周囲温度との間に知られている第１の関係を有するＰＴＡＴ電流源を必要とする。出力電流と周囲温度との間に知られている第２の関係を有する第２のＰＴＡＴ電流回路が電流をＣＭＯＳ増幅器に供給するのに必要である。電力増幅器が一定の出力電力を達成するために、定電流源が必要である。さらに、データ変換回路は、温度、処理の変動、ならびに供給電圧の変動および変化に依存しない固定基準を必要とする。バンドギャップ基準電圧Ｖ_bgは図３に示されるような従来のバンドギャップ基準回路によって与えられ、この回路は２対のバイポーラトランジスタＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、およびＱ₄を含む。一方の対Ｑ₁およびＱ₂において、一方のバイポーラトランジスタＱ₂は好ましくは他方のＱ₁より実質的に大きい。２つのトランジスタＱ₁ およびＱ₂の大きさが異なることにより、各トランジスタ内に等しい電流が流れても異なる電流密度をもたらす。等しい電流の流れを備えた異なる電流密度は、各トランジスタのベースからエミッタにかかる電圧降下Ｖ_be1、Ｖ_be2において差異をもたらす。より大きいトランジスタＱ₂のエミッタおよび接地の間に接続される抵抗器Ｒ₆は抵抗をもたらし、その抵抗により電圧Δｖ_beが下がる。さらなる抵抗器Ｒ₅がＱ₂のコレクタに結合される。バンドギャップ基準電圧は以下のようになる：Ｖ_bg＝Ｖ_be2＋Δｖ_be（Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆ したがって、基準は温度に依存しないよう設計することができる。ただし、Ｖ_be1 の温度係数はΔｖ_beの温度係数をキャンセルしなければならない。これはＲ₅ の値を設定することによってスケーリングすることができる。さらに、定電流源を発生するのに用いられるＰＴＡＴ基準電圧は、同じ２つのトランジスタおよび各々同じ抵抗を用いたバンドギャップ基準回路によって典型的に与えられる。さらに、第３の抵抗器がＱ₄のエミッタに結合されている。ＰＴＡＴ基準電圧Ｖ_PTATはＱ₄のエミッタで得られる。ＰＴＡＴ基準電圧は以下に等しい。Ｖ_PTAT＝Ｖ_be2＋Δｖ_be（Ｒ₄＋Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆ したがって、抵抗器Ｒ₄、Ｒ₅、およびＲ₆の各々を互いに対して所望の値に設定することにより、温度によるＶ_PTATの変化は所望の値に設定することができ、それによりＰＴＡＴ電流が供給される回路における温度変化を正しく補償するＰＴＡＴ電流源となる。図１の定電流源回路および図２のＰＴＡＴ電流源回路を図３の基準電圧回路とともに用いることにより、合理的に優れた電流源をもたらす。しかし、各電流源が独立しているのなら、従来のアナログ信号処理集積回路は各電流源に対して少なくとも１つの外部または内部抵抗を必要とする。このような抵抗の各々は電流レベルを十分な精度に設定するためにはレーザトリミングされるまたは較正されなければならない。外部抵抗器は集積された抵抗器と比べて比較的大きく、取付けるのにさらなる労力を必要とする。したがって、１つの外部またはレーザトリミングされた抵抗器だけで、１つ以上の定電流源および１つ以上のＰＴＡＴ電流源をもたらすことができる電流源を提供することが望ましい。本発明はこのような電流源を提供する。発明の開示本発明は、ＰＴＡＴ電流源および定電流源の両方をもたらし、さらに１つの精密外部抵抗またはレーザトリミングされた抵抗のみを要する多目的電流源である。本発明に従って、ＰＴＡＴ定電流回路は、一方入力がＶ_PTAT基準電圧に結合され、他方入力がＶ_bgスケーリング回路に結合される差動増幅器を含む。代替的に、他方入力はＶ_bgに直接結合されてもよい。差動増幅器のテール電流は、Ｖ_bgに基づく関連する定電流源の電流レベルで一定に保たれる。したがって、ＰＴＡＴ電流源から出力される電流量は、抵抗値よりも、定電流源の電流およびＶ_PTAT対Ｖ_bgの比率に依存する。スケーリング回路を適切に設定することにより、周囲温度が２５℃である場合にＰＴＡＴ電流源の差動増幅器の出力脚を流れる電流は、差動増幅器を流れるテール電流の半分に等しく、したがって定電流源の電流出力の半分である。ＰＴＡＴ電流源はスケーリング回路において抵抗のみを必要とするので、これらスケーリング回路抵抗器の各々の値は互いに対してのみ制御する必要があり、ＰＴＡＴ電流源内で精密な抵抗は必要ない。本発明の好ましい実施例の詳細は添付の図面および以下の記載に示される。本発明の詳細を知れば、当業者にとって種々のさらなる変形および変更が自明となる。図面の簡単な説明本発明の目的、利点および特徴は添付の図面と関連して、以下の詳細な説明によって理解しやすくなるだろう。図１は従来の定電流源回路を示す図である。図２は従来のＰＴＡＴ電流源を示す図である。図３は従来のバンドギャップ電圧基準回路を示す図である。図４は本発明の一実施例に係る、多目的電流源回路を示す図である。図５は温度、Ｖ_be1、Ｖ_be2、およびΔｖ_be間の関係を示す。図６は電流源の代替の実施例を示し、カレントミラー回路がＮチャネルＦＥＴのソースに結合されて、図４に示されるような電流吸込みではなく、電流源を与える。図７は本発明の実施例を示し、異なる温度特性を有するさらなるＰＴＡＴ電圧を生成するためにさらなる抵抗が用いられている。図面における同じ参照番号および符号は同じエレメントを示す。本発明を実施するための最良モード本明細書において、好ましい実施例および例示は本発明を限定するのではなく、模範例であると考えられるべきである。全体的考察本発明は、温度に依存しない１つ以上の電流源（以降「定」電流源と呼ぶ）および温度に依存する１つ以上の電流源（以降「ＰＴＡＴ」電流源と呼ぶ）を与えることができる電流源である。複数の定電流源およびＰＴＡＴ電流源の電圧レベルを正確に設定するために１つの精密抵抗が必要である。図４は本発明の一実施例に従って、多目的電流源回路１００を示す。図４の回路は、バンドギャップ基準回路１０１、定電流制御回路１０３、およびＰＴＡＴ電流制御回路１０５を含む。本発明の中心は、ＰＴＡＴ電流制御回路への定電流回路の結合およびＰＴＡＴ電流制御回路のアーキテクチャにある。バンドギャップ基準回路１０１は本質的に従来のものであり、本発明の動作を完全に理解するために詳細に説明する。バンドギャップ基準回路１０１は定電流制御回路１０３に定電流基準電圧またはバンドギャップ基準電圧Ｖ_bgを与え、ＰＴＡＴ電流制御回路１０５にＰＴＡＴ基準電圧Ｖ_PTATを与える。Ｖ_bgおよびＶ_PTATはバンドギャップ電圧降下の和から得られ、この降下は３端子バンドギャップ素子の第１の端子と第２の端子との間、たとえば２つのバイボーラトランジスタＱ₁およびＱ₂のベースおよびエミッタの間に起こる。バイポーラトランジスのベースおよびエミッタ間に起こる電圧降下は３つの要因に影響される：（１）装置が動作している周囲温度、（２）トランジスタの物理的寸法、および（３）エミッタから出力される電流量。トランジスタの物理的寸法および流れる電流量の組合せにより、電流密度が決定される。同じ周囲温度で動作する、同じ電流密度を有するトランジスタは、ベースおよびエミッタ間に等しい電圧降下を有する。電流密度が大きければ大きいほど電圧降下は大きくなる。本発明の好ましい実施例において、Ｑ₂はＱ₁の８倍である。したがって、Ｑ₁ およびＱ₂に同じ量の電流が流れる場合、Ｑ₂のバンドギャップ内の電流密度はＱ₁ のバンドギャップ内の電流密度の８分の１である。これにより、Ｑ₁のベース・エミッタ接合にかかる電圧Ｖ_be1より小さい電圧Ｖ_be2がＱ₂のベース・エミッタ接合にかかる。この差は以下の態様においてＶ_bgおよびＶ_PTATを生成するのに用いられる。Ｑ₁およびＱ₂の各コレクタは抵抗器Ｒ₈およびＲ₉ならびにＲ₄およびＲ₅のような２つの直列接続抵抗素子に結合される。各直列抵抗器の対は別のバイポーラトランジスタ対Ｑ₃およびＱ₄のエミッタに結合される。トランジスタＱ₃、およびＱ₄はカレントミラー構成においてベースおよびコレクタが結合されて、Ｑ₃およびＱ₄の両方に同じ量の電流が流れるようにする。したがって、同じ量の電流がカレントミラーの各脚に流れる。すなわち、同じ電流量がトランジスタ対Ｑ₈およびＱ₉ならびにＲ₄およびＲ₅、さらにＱ₁およびＱ₂のコレクタおよびエミッタに流れる。抵抗Ｒ₆はＱ₁およびＱ₂のエミッタの間に結合される。Ｑ₁のエミッタは接地される（すなわち、電源の負のポートに接続）。したがって、電圧Ｖ_be1 およびＶ_be2の間の差Δｖ_beはＲ₆で下がる。電圧Ｖ_bgはＲ₄およびＲ₅間の接続点から得られる。したがって：Ｖ_bg＝Ｖ_be2＋Δｖ_be［（Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆］式１これは以下により理解することができる：Ｖ_bg＝Ｖ_ce2＋Ｉ_bg（Ｒ₆＋Ｒ₅）式２ここで、Ｉ_bgはＱ₂を流れる電流である。本発明の好ましい実施例において、それぞれの対Ｒ₈およびＲ₉ならびにＲ₄およびＲ₅の値は等しい。したがって、Ｑ₁およびＱ₂のコレクタでの電圧は等しくなければならない。したがって：Ｖ_be1＝Ｖ_ce2＋Δｖ_be 式３さらに、前に述べたように以下となる： Δｖ_be＝Ｖ_be1−Ｖ_be2 式４Ｖ_ce2を解くために式４を式３に代入する：Ｖ_ce2＝Ｖ_be2 式５式５を式２に代入すると次のようになる：Ｖ_bg＝Ｖ_be2＋Ｉ_bg（Ｒ₆＋Ｒ₅）式６さらに次のようになる：Ｉ_bg＝Δｖ_be／Ｒ₆ 式７式７を式５に代入すると、式１となる。本発明の好ましい実施例において、Ｖ_be1に対する温度の影響はΔｖ_beの温度の影響によって補償されるようＱ₁およびＱ₂の大きさが選択される。図５は温度、Ｖ_be1、Ｖ_be2、およびΔｖ_be間の関係を示す。温度が上がると、Ｖ_be1およびＶ_be2の両方が下がることがわかる。しかし、Ｖ_be1はＶ_be2より小さい割合で下がる。したがって、Δｖ_beの変化はそのまま温度に比例する。すなわち、温度が上がると、Δｖ_beも増加する。したがって、Ｑ₁およびＱ₂の大きさならびにＲ₅ およびＲ₅の相対的大きさを正しく選択することにより、Δｖ_beへの温度の影響はＶ_be2に対する温度の影響をちょうど相殺する。ファクタ［（Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆ ］は、Ｖ_bgの全体の値に対するΔｖ_beが有する影響を増加させる。したがって、 Δｖ_beへの温度の影響がＶ_be2に対する温度の影響ほど大きくなくても、ファクタ（Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆］はその影響をキャンセルさせる重みを有ずる。各抵抗器Ｒ₄、Ｒ₅およびＲ₆の値は互いに対してのみ重要であることに注意しなければならない。したがって、処理の変動は本回路の精度に影響しない。図４に示されるように、抵抗Ｒ₅に抵抗Ｒ₄が結合され、Ｖ_PTATが生成される負荷に対してさらなる抵抗を与える。したがって、以下のことが明らかである：Ｖ_PTAT＝Ｖ_be2＋Δｖ_be［（Ｒ₄＋Ｒ₅＋Ｒ₆）／Ｒ₆］式にＲ，を加えることにより、Ｖ_PTATへのΔｖ_beの影響が大きくなり、したがってΔｖ_beの影響がＶ_be2の影響より顕著となる。したがって、Ｖ_PTATは温度と直接比例する（すなわち、温度が上がると増加する）。Ｖ_PTATおよび温度間の関係は、Ｒ₅およびＲ₆に対するＲ₄の値の関数である。バンドギャップ基準回路１０１から出力されるＶ_bgは定電流制御回路１０３の入力に結合される。定電流制御回路１０３は入力演算増幅器ＯＰ₁を含む。Ｖ_bg はＯＰ₁の非反転入力端子に結合される。ＯＰ₁の出力はＮチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｎ₁のゲートに結合される。Ｎ₁のドレインはＰチャネルＦＥＴＰ₁のドレインに結合され、このトランジスタはカレントミラー構成において他の３つのＰチャネルＦＥＴのＰ₂−Ｐ₄に結合される。すなわち、Ｐ₂−Ｐ₄にゲートは互いに結合され、ソースは互いに結合される。したがって、１つを流れる電流と同じ量の電流が他のすべてで流れなければならない。負荷抵抗Ｒ₁はＮ₁ のソースに結合される。抵抗Ｒ₂はＰ₂のドレインに結合され、これはＯＰ₁の反転入力である。したがって、ＯＰ₁は非反転入力での電圧を維持するために、Ｐ₂ −Ｐ₄を含むカレントミラーを駆動しようとするが、これはＶ_bgと等しい（すなわち非反転入力に結合されている）。Ｐ₄を流れる電流は定電流制御回路１０３から出力される電流であると考えられる。この電流は、温度に依存しない電流源を必要とする素子の源として用いることができる。当業者にとって、Ｒ₂の値を精密に制御することにより、この出力電流は精密に制御できることは理解できる。他の抵抗器の各々は互いに対してのみ制御されればよい。たとえば、Ｒ₄の抵抗はＲ₅およびＲ₆の値に対してのみ制御する必要がある。したがって、Ｒ₄への処理変動の影響は他の抵抗器の各々と同じである。したがって、出力電流はＲ₄ −Ｒ₆の抵抗に影響する処理変動に影響されない。当業者は集積回路内における抵抗の相対的値は非常に精密に制御できることは理解できる。しかし、抵抗の絶対値を制御するのはより困難である。前に述べたように、本発明の核は、ＰＴＡＴ電流制御回路１０５への定電流制御回路１０３の結合にある。Ｐ３を流れる電流はＰＴＡＴ電流制御回路１０５に結合され、Ｎチャネル素子Ｎ₂を介して流れる電流は定電流制御回路１０３をＰＴＡＴ電流制御回路１０５に結合する。Ｎチャネル素子Ｎ₂は差動増幅器のテール電流を設定するカレントミラーの半分である。たとえば、図４に示される本発明の実施例において、２つのＮチャネルＦＥＴのＮ₄およびＮ₅は差動増幅器として構成される。これらの２つのＦＥＴを流れる電流の和は、Ｎ₂およびＮ₆を含むカレントミラーによって一定に保持される。さらに、バンドギャップ基準回路１０１からのＶ_PTAT電圧およびＶ_bg電圧出力がＰＴＡＴ電流制御回路１０５に結合される。電圧Ｖ_PTATは差動増幅器の第１の入力（すなわち、Ｎ₅のゲート）に結合される。電圧Ｖ_bgはスケーリング回路に結合され、１つの実施例においてこれは図４に示されるように第２の差動増幅器ＯＰ₂を含む。スケーリング回路の出力は差動増幅器の第２の入力に結合される。スケーリング回路はＮ₆を流れる電流の量がＮ₄を流れるように、したがってＮ₅ を流れるよう調整する手段を提供する。電圧Ｖ_bgは差動増幅器ＯＰ₂の非反転入力端子に結合される。ＯＰ₂の出力は、２つの抵抗Ｒ₃およびＲ₇を流れる電流を設定するＮチャネルＦＥＴのＮ₃を駆動する。Ｒ₃およびＲ₇間の接続点はＯＰ₂の反転入力に結合される。したがって、Ｒ₃およびＲ₇を流れる電流はＯＰ₂によって、Ｒ₇にかかる電圧が一定のままとなるようなレベルで保持される。抵抗器Ｒ₃の相対的値を抵抗器Ｒ₇に対して設定することにより、Ｎ₄のゲートに与えられる電圧は好ましくは特定の周囲動作温度で起こる電圧Ｖ_PTATに等しく設定される。図４に示されるスケーリング回路では、Ｎ₄のゲートに出力されるスケーリング回路からの電圧はバンドギャップ基準電圧Ｖ_bgより大きい。しかし、代替の実施例では、差動増幅器の入力に与えられる電圧は、（１＋Ｒ₃／Ｒ₇）Ｖ_bgに等しくかつ差動増幅器から所望の電流出力を与えるどのような電圧でもあり得る。Ｒ₃またはＲ₇の絶対値に対立するものとして、Ｒ₃対Ｒ₇の比率はＮ₄のゲートの電圧を決定するので、処理の変動はＮ₄のゲートでの電圧が設定できる精度に影響しないことは当業者にとって明らかである。本発明の１つの実施例において、ＯＰ₂はＶ_bgをスケーリングして２５℃でのＶ_PTATと整合するようにする。したがって、２５℃では、Ｎ₂を流れる電流の約半分が差動対のＦＥＴの各々を流れる。本発明の１つの実施例に従って、ＰＴＡＴ電流制御回路１０５の出力はＮ₅を介して電流吸込みとして取られる。代替的に、図６に示されるように、カレントミラー回路をＮ₅のソースに結合することにより電流源を設けることができる。温度が上がるにつれ、Ｖ_bgは一定のままであり、Ｖ_PTATは増加し、さらなるテール電流はＮ₅を通って進む。この進行は線形であり、Ｖ_PTATの変化ならびにＮ₄およびＮ₅の素子特性にのみ依存する。素子Ｎ₅を流れる電流は絶対温度に比例し、Ｐ₃を流れる定電流と非常に関連していることがわかる。概要本発明は１つの精密抵抗（すなわち、図４に示される実施例におけるＲ₂）のみを必要とする、ＰＴＡＴ電流源および温度に依存しない定電流源の両方を提供することは当業者にとって明らかである。バンドギャップ基準回路１０１によってさらなるＰＴＡＴ電圧およびバンドギャップ電圧を生成して、さらなるＰＴＡＴ電流制御回路または定電流制御回路に与えてさらなる電流源を生成することができる。たとえば、図７に示されるように、さらなる抵抗Ｒ₄を用いて異なる温度特性（すなわち温度および電圧間の関係）を有するさらなるＰＴＡＴ電圧を生成することができる。このようなさらなるＰＴＡＴ電圧は、図４に示される回路と本質的に同一であるさらなるＰＴＡＴ電流制御回路に与えることができる。抵抗器Ｒ₃およびＲ₇の比率を変えることにより、差動増幅器の各部分を流れる相対的電流量を変化させて、他のＰＴＡＴ電流源と独立した動作温度で差動増幅器をバイアスすることができる。すなわち、差動増幅器への第２の入力は、実質的にはいかなる動作温度でも差動増幅器の各脚に等しい電流が流れるよう設定できる。本発明のいくつかの実施例が記載されている。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱することなくさまざまな変形ができることは理解される。たとえば、本発明の差動増幅器は２つの入力の各々に与えられる電圧の比率に比例した出力電流を出力することができ、かつ差動増幅器を流れる総電流が調整された電流に等しい差動型増幅器であり得る。さらに、スケーリング回路はバンドギャップ基準電圧Ｖ_bgに基づく有用な範囲の電圧レベルをもたらすことができる分圧回路であり得る。さらに、本発明はバイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタを用いて実現されるよう記載されているが、これらの素子の代わりに広い範囲の能動素子を用いることができる。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、真空管などを用いることができる。さらに、上記で示しかつ記載した抵抗器の代わりに、抵抗を与えるものならどのような素子を用いることもできる。さらに、本発明の抵抗器は巻線抵抗器、炭素複合抵抗器、炭素膜抵抗器、基板に生成される集積回路抵抗器などのようないかなる抵抗素子であってもよい。したがって、本発明は特定の示された実施例に限定されるのではなく、添付の請求の範囲によってのみ限定されることは理解されるべきである。

【手続補正書】【提出日】平成１０年６月２日（１９９８．６．２）【補正内容】（１）請求の範囲を別紙のとおり補正する。（２）明細書第８頁２１行〜２８行を下記のとおり訂正する。記前に述べたように、本発明の核は、ＰＴＡＴ電流制御回路１０５への定電流制御回路１０３の結合にある。Ｐ３を流れる電流はＰＴＡＴ電流制御回路１０５に結合され、Ｎチャネル素子Ｎ₂を介して定電流制御回路１０３をＰＴＡＴ電流制御回路１０５に結合する。Ｎチャネル素子Ｎ₂は差動増幅器のテール電流を設定するカレントミラーの半分である。たとえば、図４に示される本発明の実施例において、２つのＮチャネルＦＥＴのＮ₄およびＮ₅は差動増幅器として構成される。これらの２つのＦＥＴを流れる電流の和は、Ｎ₂およびＮ₆を含むカレントミラーによって一定に保持される。さらなる脚をＰ₃からＮ₂間、またはＮ₂からＮ₆間に加えてもよい。請求の範囲１．絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流源であって、ａ）温度に依存しない電圧出力および温度に依存する電圧出力を有する基準電圧回路と、ｂ）温度に依存しない電圧出力に結合され、温度に依存しない電流出力を有する、温度に依存しない電流源と、ｃ）温度に依存する電流制御回路とを含み、前記温度に依存する電流制御回路は１）少なくとも２つの脚を有するカレントミラーを含み、前記第１の脚は温度に依存しない電流源からの出力に結合され、カレントミラーの各脚は温度に依存しない電流源から出力される電流と同じ量を運び、２）前記カレントミラーの第２の脚が差動増幅器からのテール電流を吸込むよう、カレントミラーの第２の脚に結合される差動増幅器を含み、差動入力の第１の入力は温度に依存する電圧出力に結合され、差動入力の第２の入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、前記差動増幅器は温度に依存する電圧出力に比例し、かつ温度に依存しない電圧出力によって設定される電流吸込みを与える、ＰＴＡＴ電流源。２．絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流源であって、ａ温度に依存しない電圧出力および温度に依存する電圧出力を有する基準電圧回路と、ｂ温度に依存しない電圧出力に結合され、温度に依存しない電流出力を有する、温度に依存しない電流源と、ｃ温度に依存する電流制御回路とを含み、前記温度に依存する電流制御回路はｉ．出力、非反転入力、および反転入力を有する演算増幅器を含み、非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、 ii．少なくとも２つの脚を有するカレントミラーを含み、第１の脚は温度に依存しない電流源からの出力に結合され、カレントミラーの各脚は温度に依存しない電流源から出力される電流と同じ量の電流を運び、 iii．前記演算増幅器に結合されかつその出力に応答する電流制御素子と、 iv．前記電流制御素子を通る電流は直列接続２端子抵抗素子への接続の各々において接地に対して電圧を生成するよう、前記電流制御素子の一方端に結合される複数個の直列接続２端子抵抗素子を含み、このような接続の１つで生成された電圧は演算増幅器の反転入力に与えられて、演算増幅器が温度に依存しない電圧出力に比例する、直列接続２端子抵抗を通る電流を維持させ、さらにｖ．前記カレントミラーの第２の脚は差動増幅器からのテール電流を吸込むよう、カレントミラーの第２の脚に結合される差動増幅器を含み、差動入力の第１の入力は温度に依存する電圧出力に結合され、差動入力の第２の入力は直列接続２端子抵抗素子に結合され、少なくとも１つの抵抗への接続において接地に対して生成された電圧が第２の差動入力に与えられるようにし、前記差動増幅器は温度に依存する電圧出力に比例し、がつ温度に依存しない電圧出力にスケーリングされる電流吸込みを与える、ＰＴＡＴ電流源。３．前記電圧基準回路は、ａ）第１および第２の端子間に電圧Ｖ_be1を有する第１の３端子バンドキャップ素子を含み、第１の端子は第３の端子に結合され、ｂ）第１および第２の端子間に電圧Ｖ_be2を有する第２の３端子バンドギャップ素子を含み、第１のバンドギャップ素子の第１の端子は第２のバンドギャップ素子の第１の端子に結合され、各バンドギャップ素子の第２の端子から同じ量の電流が流れ出して、Ｖ_be2がＶ_be1より小さいよう、第２のバンドギャップ素子の大きさが定められ、ｃ）第１の２端子抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第１のバンドキャップ素子の第２の端子に結合され、第２の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第２の端子に結合され、ｄ）第１の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第３の端子に結合され、ｅ）第２の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は第１の負荷抵抗素子の第２の端子に結合され、温度に依存しない電圧出力を与え、第２の端子は温度に依存する電圧出力を与え、ｆ）第３の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第１の端子および第３の端子に結合され、さらにｇ）２出力カレントミラーを含み、その出力端子の各々は本質的に等しい出力電流を与え、その第１の出力端子は第２の負荷抵抗素子の第２の端子に結合され、その第２の出力端子は第３の負荷抵抗素子の第２の端子に結合される、請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源。４．前記第１および第２の３端子バンドギャップ素子の各々はバイポーラトランジスタであり、各バイポーラトランジスタの第１の端子はベースであり、第２の端子はエミッタであり、第３の端子はコレクタである、請求項３に記載のＰＴＡＴ電流源。５．前記カレントミラーは第２のバイポーラトランジスタに結合されるベースおよびコレクタの第１のバイポーラトランジスタを含み、各バイポーラトランジスタのエミッタはカレントミラーからの出力端子である、請求項４に記載のＰＴＡＴ電流源。６．２端子抵抗素子の各々は抵抗器である、請求項４に記載のＰＴＡＴ電流源。７．素子の各々は集積回路基板上に製造される、請求項３に記載のＰＴＡＴ電流源。８．前記基準電圧回路は、ａ．第１および第２の端子間にある電圧であって、少なくとも（ｉ）素子の物理的寸法、（ii）素子の第２の端子から流れ出す電流による素子の電流密度、および（iii）素子が動作している周囲温度に依存する電圧を有する第１の３端子素子と、ｂ．前記第１の３端子素子に類似した第２の３端子素子とを含み、その第１の端子は第１の３端子素子の第１の端子に結合され、第２の３端子素子は所定の温度でかつ第２の端子から所定の電流が流れている時の第１および第２の端子間の電圧が、所定の温度で動作しかつ第２の端子から所定の電流が流れ出している第１の３端子素子の第１および第２の端子間の電圧より小さいよう大きさが定められ、ｃ．素子を介して流れる電流量と素子の２つの端子間に生成される電圧電位との間に予測され得る関係を有する２端子素子を含み、前記２端子素子は第１の３端子素子の第２の端子と第２の３端子素子の第２の端子との間に結合され、前記第１の３端子素子の第１の端子から第２の端子間の電圧と前記第２の３端子素子の第１の端子から第２の端子への電圧との電圧の差は前記２端子素子の前記２つの端子間で生成される差分電圧であり、さらにｄ．前記第２の３端子素子の第３の端子に結合され、温度に依存しない電圧出力および少なくとも１つの温度に依存する電圧出力を生成する、複数個の直列接続コンポーネントを含み、前記温度に依存しない電流制御回路はｅ．出力、非反転入力、および反転入力を有する第２の演算増幅器を含み、第２の演算増幅器の非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、ｆ．少なくとも２つの脚を有する第２のカレントミラーと、ｇ．前記第２の演算増幅器に結合されかつその出力に応答する、第２の電流制御素子と、ｈ．前記第２のカレントミラーの第１の脚に直列な２端子負荷抵抗とを含み、負荷抵抗器の第１の端子は非反転第２の演算増幅器に結合されて前記２端子負荷抵抗を通る一定の電流を維持し、前記第２のカレントミラーの第２の脚は電流出力を与える、請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源。９．請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源であって、温度に依存しない電流制御回路をさらに含み、これはａ．出力、非反転入力、および反転入力を有する第２の演算増幅器を含み、非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、ｂ．少なくとも２つの脚を有する第２のカレントミラーを含み、ｃ．前記第２の演算増幅器に結合され、その出力に応答する第２の電流制御素子を含み、さらにｄ．前記第２のカレントミラーの第１の脚に直列の２端子負荷抵抗を含み、前記負荷抵抗の第１の端子は前記第２の演算増幅器の反転入力に結合されて前記２端子負荷抵抗を介して定電流を維持する、ＰＴＡＴ電流源。

Claims

【特許請求の範囲】１．絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流源であって、ａ）温度に依存しない電圧出力および温度に依存する電圧出力を有する基準電圧回路と、ｂ）温度に依存しない電圧出力に結合され、温度に依存しない電流出力を有する、温度に依存しない電流源と、ｃ）温度に依存する電流制御回路とを含み、前記温度に依存する電流制御回路は１）少なくとも２つの脚を有するカレントミラーを含み、前記第１の脚は温度に依存しない電流源からの出力に結合され、カレントミラーの各脚は温度に依存しない電流源から出力される電流と同じ量を運び、２）前記カレントミラーの第２の脚が差動増幅器からのテール電流を吸込むよう、カレントミラーの第２の脚に結合される差動増幅器を含み、差動入力の第１の入力は温度に依存する電圧出力に結合され、差動入力の第２の入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、前記差動増幅器は温度に依存する電圧出力に比例し、かつ温度に依存しない電圧出力によって設定される電流吸込みを与える、ＰＴＡＴ電流源。２．絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流源であって、ａ）温度に依存しない電圧出力および温度に依存する電圧出力を有する基準電圧回路と、ｂ）温度に依存しない電圧出力に結合され、温度に依存しない電流出力を有する、温度に依存しない電流源と、ｃ）温度に依存する電流制御回路とを含み、前記温度に依存する電流制御回路は１）出力、非反転入力、および反転入力を有する演算増幅器を含み、非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、２）少なくとも２つの脚を有するカレントミラーを含み、第１の脚は温度に依存しない電流源からの出力に結合され、カレントミラーの各脚は温度に依存しない電流源から出力される電流と同じ量の電流を運び、３）前記演算増幅器に結合されかつその出力に応答する電流制御素子と、４）前記電流制御素子を通る電流は直列接続２端子抵抗素子の各々にかかる電圧電位を生成するよう、前記電流制御素子の一方端に結合される複数個の直列接続２端子抵抗素子を含み、少なくとも１つにかかる生成された電圧は演算増幅器の反転入力に与えられて、演算増幅器が温度に依存しない電圧出力に比例する、直列接続２端子抵抗を通る電流を維持させ、さらに５）前記カレントミラーの第２の脚は差動増幅器からのテール電流を吸込むよう、カレントミラーの第２の脚に結合される差動増幅器を含み、差動入力の第１の入力は温度に依存する電圧出力に結合され、差動入力の第２の入力は直列接続２端子抵抗素子に結合され、少なくとも１つの抵抗にかかる生成された電圧が第２の差動入力に与えられるようにし、前記差動増幅器は温度に依存する電圧出力に比例し、かつ温度に依存しない電圧出力にスケーリングされる電流吸込みを与える、ＰＴＡＴ電流源。３．前記電圧基準回路は、ａ）第１および第２の端子間に電圧Ｖ_be1を有する第１の３端子バンドギャップ素子を含み、第１の端子は第３の端子に結合され、ｂ）第１および第２の端子間に電圧Ｖ_be2を有する第２の３端子バンドギャップ素子を含み、第１のバンドギャップ素子の第１の端子は第２のバンドギャップ素子の第１の端子に結合され、各バンドギャップ素子の第２の端子から同じ量の電流が流れ出して、Ｖ_be2がＶ_be1より小さいよう、第２のバンドギャップ素子の大きさが定められ、ｃ）第１の２端子抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第１のバンドギャップ素子の第２の端子に結合され、第２の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第２の端子に結合され、ｄ）第１の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第３の端子に結合され、ｅ）第２の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は第１の負荷抵抗素子の第２の端子に結合され、温度に依存しない電圧出力を与え、第２の端子は温度に依存する電圧出力を与え、ｆ）第３の２端子負荷抵抗素子を含み、その第１の端子は前記第２のバンドギャップ素子の第１の端子および第３の端子に結合され、さらにｇ）２出力カレントミラーを含み、その出力端子の各々は本質的に等しい出力電流を与え、その第１の出力端子は第２の負荷抵抗素子の第２の端子に結合され、その第２の出力端子は第３の負荷抵抗素子の第２の端子に結合される、請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源。４．前記第１および第２の３端子バンドギャップ素子の各々はバイポーラトランジスタであり、各バイポーラトランジスタの第１の端子はベースであり、第２の端子はエミッタであり、第３の端子はコレクタである、請求項３に記載のＰＴＡＴ電流源。５．前記カレントミラーは第２のバイポーラトランジスタに結合されるベースおよびコレクタの第１のバイポーラトランジスタを含み、各バイポーラトランジスタのエミッタはカレントミラーからの出力端子である、請求項４に記載のＰＴＡＴ電流源。６．２端子抵抗素子の各々は抵抗器である、請求項４に記載のＰＴＡＴ電流源。７．素子の各々は集積回路基板上に製造される、請求項３に記載のＰＴＡＴ電流源。８．前記基準電圧回路は、ａ）第１および第２の端子間にある電圧であって、少なくとも（ｉ）素子の物理的寸法、（ii）素子の第２の端子から流れ出す電流による素子の電流密度、および（iii）素子が動作している周囲温度に依存する電圧を有する第１の３端子素子と、ｂ）前記第１の３端子素子に類似した第２の３端子素子とを含み、その第１の端子は第１の３端子素子の第１の端子に結合され、第２の３端子素子は所定の温度でかつ第２の端子から所定の電流が流れている時の第１および第２の端子間の電圧が、所定の温度で動作しかつ第２の端子がら所定の電流が流れ出している第１の３端子素子の第１および第２の端子間の電圧より小さいよう大きさが定められ、ｃ）素子を介して流れる電流量と素子にかかる生成される電圧電位との間に予測され得る関係を有する２端子素子を含み、前記２端子素子は第１の３端子素子の第２の端子と第２の３端子素子の第２の端子との間に結合され、前記第１の３端子素子の第１および第２の端子にかかる電圧と前記第２の３端子素子の第１および第２の端子間にかかる電圧との電圧の差は前記２端子素子で生成される差分電圧であり、さらにｄ）前記第２の３端子素子の第３の端子に結合され、温度に依存しない電圧出力および少なくとも１つの温度に依存する電圧出力を生成する、複数個の直列接続コンポーネントを含み、前記温度に依存しない電流制御回路はｅ）出力、非反転入力、および反転入力を有する第２の演算増幅器を含み、第２の演算増幅器の非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、ｆ）少なくとも２つの脚を有する第２のカレントミラーと、ｇ）前記第２の演算増幅器に結合されかつその出力に応答する、第２の電流制御素子と、ｈ）前記第２のカレントミラーの第１の脚に直列な２端子負荷抵抗とを含み、負荷抵抗器の第１の端子は非反転第２の演算増幅器に結合されて前記２端子負荷抵抗を通る一定の電流を維持し、前記第２のカレントミラーの第２の脚は電流出力を与える、請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源。９．請求項２に記載のＰＴＡＴ電流源であって、温度に依存する電流制御回路をさらに含み、これはａ）出力、非反転入力、および反転入力を有する第２の演算増幅器を含み、非反転入力は温度に依存しない電圧出力に結合され、ｂ）少なくとも２つの脚を有する第２のカレントミラーを含み、第１の脚は第１のカレントミラーの第３の脚に結合されて第２のカレントミラーの各脚は第１のカレントミラーの各脚の電流と同じ量の電流を運び、ｃ）前記第２の演算増幅器に結合され、その出力に応答する第２の電流制御素子を含み、ｄ）前記電流制御素子を通る電流は直列接続２端子抵抗素子の各々にかかる電圧電位を生成するよう、前記第２の電流制御素子の一方端に結合される複数個の直列接続２端子抵抗素子を含み、少なくとも１つの２端子抵抗素子にかかる電圧電位は前記第２の演算増幅器の反転入力に与えられて、演算増幅器が温度に依存しない電圧出力に比例する、直列接続２端子抵抗を通る電流を維持させ、さらにｅ）前記第２のカレントミラーの第２の脚が差動増幅器からのテール電流を吸込むよう、第２のカレントミラーの第２の脚に結合される差動増幅器を含み、差動入力の第１の入力は温度に依存する電圧出力に結合され、差動入力の第２の入力は直列接続２端子抵抗素子に結合され、抵抗の少なくとも１つにかかる生成される電圧電圧が第２の差動入力に与えられ、前記差動増幅器からの出力は温度に依存する電圧出力に比例し、温度に依存しない電圧出力にスケーリングされる電流である、ＰＴＡＴ電流源。１０．電流源であって、ａ）第１の電圧に比例する定電流出力を有する第１の電流制御回路と、ｂ）第２の電流制御回路とを含み、前記第２の電流制御回路は１）前記第１の電流制御回路に結合され、そこから出力される定電流によって制御される定電流回路と、２）２つの差動入力ポートおよびテール電流を有する差動増幅器とを含み、第１の差動入力ポートは第１の電圧源に結合され、第２の差動入力ポートは第２の電圧源に結合され、テール電流は前記定電流制御回路によって制御される、電流源。