JP2002098595A - バイポーラ・トランジスタのカーバチャと温度関数を補償する回路 - Google Patents

バイポーラ・トランジスタのカーバチャと温度関数を補償する回路

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JP2002098595A
JP2002098595A JP2001142048A JP2001142048A JP2002098595A JP 2002098595 A JP2002098595 A JP 2002098595A JP 2001142048 A JP2001142048 A JP 2001142048A JP 2001142048 A JP2001142048 A JP 2001142048A JP 2002098595 A JP2002098595 A JP 2002098595A
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ブルース・マイケル・ファーマン
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    • 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
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    • 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
    • G05F3/225—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 producing a current or voltage as a predetermined function of the temperature

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度センサなどの温度が影響する製品におけ
る回路の温度の変化に対するリニア特性を改善する。 【解決手段】 動作範囲にわたってカーバチャがオフセ
ットである回路を用いてバイポーラ接合ベース・エミッ
タの温度関数におけるカーバチャをキャンセルさせる

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に電子回路に
関し、より詳細には本発明はアナログ電子回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アナログ回路は、例えば温度、圧力、音
及び広い範囲にわたる値が連続的に変わる実世界現象を
現すリニア信号又はアナログ信号で動作する。これはバ
イナリ演算の「１」又は「０」で現されるデジタル信号
とは明確に区別される。
【０００３】温度センサ製品においては、絶対温度に比
例的な信号（ＰＴＡＴ）及び絶対温度にコンプリメント
な信号（ＣＴＡＴ：相補的な信号）を得て操作する。Ｐ
ＴＡＴ信号すなわち電流は、一般的に異なった電流密度
で動作している二つのバイポーラ接合（トランジスタや
ダイオード）の電圧差を抵抗の両端に加えることで発生
する。バイポーラ接合を通して流れる電流は一定又は指
数関数的であるべきである。ＣＴＡＴ電流は単一のバイ
ポーラ接合（トランジスタやダイオード）からの電圧を
抵抗の両端に加えることで発生する。
【０００４】電流が一定か温度の指数関数であるバイポ
ーラ接合ダイオード又はトランジスタの接合電圧は温度
にほぼ比例する。温度の関数でリニアでない部分はカー
バチャ(curvature)と呼ばれている。この負の温度係数
はバンドギャップ・レファレンス(reference)、温度セ
ンサ及びその他の製品にとって好ましくない。多くの場
合、カーバチャがキャンセルされた厳密なリニア応答が
理想的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、バイポーラ
接合ベース−エミッタ電圧の温度関数におけるカーバチ
ャをキャンセルすることに向けられている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明よれば、バイポー
ラ接合ベース・エミッタの温度関数におけるカーバチャ
が、動作範囲にわたってカーバチャが相殺された回路を
用いてキャンセルされる。
【０００７】２つのカドラント（すなわち低温カーバチ
ャと高温カーバチャ）に対するカーバチャが接合電圧に
対する電流対温度の非リニア部分を相殺するために組み
合わされる。１実施態様においては、第１電流源、すな
わちＰＴＡＴ−ＣＴＡＴをダイオード接続されたトラン
ジスタを２つ直列に接続したものに接続することによっ
て１カドラントが形成される。第２電流源、すなわちＰ
ＴＡＴ＋βＣＴＡＴが第３トランジスタに接続される。
第３トランジスタの制御電極（ベース又はゲート）に第
１と第２の直列接続トランジスタによる電圧が加えられ
る。第３トランジスタのエミッタ（ソース）電圧は制御
電極電圧からベース−エミッタ（ゲート−ソース）電圧
を引いたものであり、その電圧が第４トランジスタのベ
ース−エミッタ（ゲート−ソース）間に加えられる。回
路出力は第４トランジスタを通る電流である。
【０００８】他のカドラントが第１電流源をＣＴＡＴ−
ＰＴＡＴで置き換えた同様の回路で得られる。２つのカ
ドラントの出力電流が電流のカーバチャを相殺するため
に組み合わされる。
【０００９】回路はバイポーラ・トランジスタ又はＭＯ
ＳＦＥＴのいずれかで実装することができる。
【００１０】発明及びその目的と特徴は添付図面ととも
に以下の詳細な説明と特許請求の範囲からより明らかに
なるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の回路は温度の関数である
バイポーラ・ダイオード又はトランジスタの接合電圧に
対してカーバチャを相殺する。その回路の出力は以下の
通りである。
【数１】 ３つの定数Ａ、Ｔ0 及びベータはバイポーラ接合特性の
非リニア部分に一致するように選択される。ベータが１
に対してはこの式は：Ａ（Ｔ／Ｔ0−１）2の放物線にな
る。Ｔ0 は典型的には修正されないていない電流が室温
で修正されずにトリムされるように室温に近い。
【００１２】ベータは修正されるべき接合の非リニア特
性に一致するように選択される。Ａは全体的なスケーリ
ング因子である。本発明は２つのカドラント(quadrant)
動作を達成するために２つの単一カドラント電流マルチ
プライアを使用することによって動作する。
【００１３】図１は本発明の回路を用いた接合電圧対温
度の２つのカドラントに対するカーバチャ相殺を示して
いる。この図において、ＰＴＡＴとＣＴＡＴ電流の差が
直列に接続された２つの接合に加えられる。そこでＰＴ
ＡＴ＋βＣＴＡＴ電流で動作しているデバイスから接合
電位が差し引かれる。得られた電位が第４の接合に加え
られ、１０、１２として示されたような電流を生成す
る。曲線１０の電流差はＰＴＡＴ−ＣＴＡＴで、曲線１
２の電流差はＣＴＡＴ−ＰＴＡＴである。それによっ
て、カーバチャに対する相殺が基準温度Ｔ0(すなわち室
温）の上下双方で生じる。１０，１２の２つの電流が１
４で加算され、１６として示される組み合わされた補償
電流が与えられる。
【００１４】図１のカドラント１０を生成する図２の回
路について検討する。第１電流源である（ＰＴＡＴ−Ｃ
ＴＡＴ）電流源２４が直列に接続された第１、題２半導
体デバイスであるＮＰＮバイポーラ・トランジスタから
なる接合デバイスＱ１、Ｑ２に直列に接続されている。
第２電流源である（ＰＴＡＴ＋βＣＴＡＴ）電流源２６
がＮＰＮバイポーラ・トランジスタＱ３に接続されてい
る。トランジスタＱ１、Ｑ２によって生じる電圧が第３
の電圧であるトランジスタＱ３のベースに加えられ、か
つトランジスタＱ３のエミッタ電圧（ベース電圧−
Ｖbe）がトランジスタＱ４のベースに加えられる。第４
トランジスタＱ４を通る電流が出力ＩOUTである。
【００１５】温度Ｔ0でＰＴＡＴとＣＴＡＴが等しくＩ
OUTは零である。温度がＴ0以上ではＰＴＡＴがＣＴＡＴ
より大きいので出力電流を生成する。温度がＴ0以下で
は出力がない。
【００１６】図２の回路は電流補償の１つのカドラント
（高温）であり、２つの回路が組み合わされて図１の曲
線１６が得られる。図３は２つのカドラント補償を行う
回路で図２の回路に等しい回路３０、３２を含んでい
る。ただし、回路３２は上側の電流源が反対、すなわち
ＣＴＡＴ−ＰＴＡＴであり、低温度における補償を行っ
ている点が異なっている。回路３０、３２は図１の１６
で示される組み合わされた電流出力を提供するように二
つの回路によって駆動される共通電流源２６と共通トラ
ンジスタＱ４を共有する。
【００１７】図４は図３のＮＰＮバイポーラ・トランジ
スタを動作のサブスレッショルド条件の範囲で動作する
ＮＭＯＳトランジスタで置き換えた図３の等価回路であ
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明によるバイポーラ接合ベース−エ
ミッタ電圧の温度関数におけるカーバチャの補償によっ
て温度センサ及び他の温度に関連する製品において要求
される応答のリニア性が改善される。本発明を特殊な実
施形態に関して説明したが、この説明は発明を説明する
だけであって、発明を限定するものではない。特許請求
の範囲で定義された発明の精神と範囲から離れずに当業
者にとっては多くの変形と応用が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態による接合電圧対温度の２つ
のカドラントのカーバチャ相殺の図である。
【図２】 本発明実施形態による１つのカドラント・オ
フセットの回路図である。
【図３】 図２のカドラント回路の２つを組み合わせて
図１の温度オフセット機能を実現した回路図である。
【図４】 ＭＯＳトランジスタで実装した図３の回路図
である。
【符号の説明】
２０：回路、２４：電流源、２６：電流源、３０：回
路、３２：回路。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ） デバイスを通る絶対温度に比例的
    な電流（ＰＴＡＴ）から絶対温度にコンプリメントな電
    流（ＣＴＡＴ）を引いた電流の第１電流源と、 ｂ） ＰＴＡＴにＣＴＡＴのβ倍を加えた第２電流源
    と、 ｃ） 第１と第２の半導体接合と直列に接続された第１
    電流源を含む２つの電位レベル（ＶccＧnd）の間の第１
    電流経路と、 ｄ） 制御電極を含む３端子の第１トランジスタと直列
    に接続された第２電流源を含む２つの電位レベルの間の
    第２電流経路と、 ｅ） 第１と第２の半導体接合デバイスの間の電圧を第
    １トランジスタの制御電極に連結する手段と、 ｆ） 制御電極を有する３端子の第２トランジスタと、 ｇ） 第１トランジスタからの電圧を第２トランジスタ
    を通る電圧を制御するために第２トランジスタの制御電
    極に結合させる手段とを有する半導体デバイスの接合電
    圧の温度応答におけるカーバチャを補償する回路。
  2. 【請求項２】 第１と第２の半導体接合がダイオードで
    ある請求項１記載の回路。
  3. 【請求項３】 第１と第２の半導体接合がダイオード接
    続されたトランジスタである請求項１記載の回路。
  4. 【請求項４】 ダイオード接続されたトランジスタがコ
    レクタにベースを接続したバイポーラ・トランジスタで
    ある請求項３１記載の回路。
  5. 【請求項５】 ３端子の第１と第２のトランジスタがバ
    イポーラ・トランジスタである請求項４記載の回路。
  6. 【請求項６】 バイポーラ・ダイオードがＮＰＮである
    請求項５１記載の回路。
  7. 【請求項７】 ダイオード接続されたトランジスタがＭ
    ＯＳトランジスタである請求項３記載の回路。
  8. 【請求項８】 ３端子の第１と第２トランジスタがＭＯ
    Ｓトランジスタである請求項７記載の回路。
  9. 【請求項９】 全てのＭＯＳがＮチャネルである請求項
    ８記載の回路。
  10. 【請求項１０】 絶対温度にコンプリメントな電流（Ｃ
    ＴＡＴ）から絶対温度に比例する電流（ＰＴＡＴ）を引
    いた電流の第３の電流源を含み、さらに請求項１のａ）
    〜ｆ）の要素中の要素ａ）とｇ）の第１電流源を第３電
    流源に置き換えた請求項１記載の回路。
  11. 【請求項１１】 第１と第２の半導体接合がダイオード
    である請求項１記０載の回路。
  12. 【請求項１２】 第１と第２の半導体接合がダイオード
    接続されたトランジスタである請求項１０記載の回路。
  13. 【請求項１３】 ダイオード接続されたトランジスタが
    コレクタにベースを接続したバイポーラ・トランジスタ
    である請求項１２記載の回路。
  14. 【請求項１４】 ３端子の第１と第２のトランジスタが
    バイポーラ・トランジスタである請求項１３記載の回
    路。
  15. 【請求項１５】 バイポーラ・ダイオードがＮＰＮであ
    る請求項１３記載の回路。
  16. 【請求項１６】 ダイオード接続されたトランジスタが
    ＭＯＳトランジスタである請求項１２記載の回路。
  17. 【請求項１７】 ３端子の第１と第２トランジスタがＭ
    ＯＳトランジスタである請求項１６記載の回路。
  18. 【請求項１８】 全てのＭＯＳがＮチャネルである請求
    項１７記載の回路。
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