JP2003007837A - 基準電圧回路 - Google Patents

基準電圧回路

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JP2003007837A
JP2003007837A JP2001194722A JP2001194722A JP2003007837A JP 2003007837 A JP2003007837 A JP 2003007837A JP 2001194722 A JP2001194722 A JP 2001194722A JP 2001194722 A JP2001194722 A JP 2001194722A JP 2003007837 A JP2003007837 A JP 2003007837A
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voltage
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Takuya Harada
卓哉 原田
Masumi Horie
真清 堀江
Tetsuya Makihara
哲哉 牧原
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電源の電圧変動に対して安定した基準電
圧を生成する。 【解決手段】 レギュレータ7は、バッテリ4から電源
電圧Vcc1 の供給を受けて動作し、バンドギャップ回路
6が生成する基準電圧Vref を電圧基準(電圧指令)と
して一定の電圧Vcc2 を生成する。バンドギャップ回路
6は、この電圧Vcc2 を電源電圧として動作する。基準
電圧Vref に現れる電圧変動は、電圧Vcc2 の変動に対
してさらに数百分の一程度に抑圧される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部から電源電圧
の供給を受けて動作する基準電圧回路に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】基準電圧回路には、バ
ンドギャップ基準電圧回路、MOSトランジスタのしき
い値電圧Vtを利用したもの、バイポーラトランジスタ
のベース・エミッタ間電圧VBEを利用したものなどがあ
る。これら各回路方式においては、高精度化のために種
々の工夫がなされている。
【0003】すなわち、製造プロセスに起因して生じる
基準電圧の初期のばらつきに対しては、抵抗値のレーザ
トリミング、不揮発性メモリと抵抗分圧型のD/Aコン
バータとを用いた電気的トリミングなどにより、基準電
圧を所定の規格値内に調整する方法が用いられている。
また、温度変化による基準電圧の変動に対しては、その
変動を抑制する温度補償回路および調整方法が提案され
ている。
【0004】しかし、こうした従来の基準電圧回路は、
電源電圧の変動に対して基準電圧が変動し易いという特
性を持っている。例えば、バンドギャップ基準電圧回路
を構成するオペアンプの電源電圧としてバッテリ電圧を
用いた場合、オペアンプのオフセット電圧はその電源電
圧の変動により変化するため、バンドギャップ基準電圧
回路はバッテリ電圧に依存する固有の電圧特性を持って
しまい、基準電圧の安定性が低下してしまう。
【0005】特に、基準電圧回路に供給される電源電圧
の変動範囲が広い場合、例えばバッテリ(電池)を用い
た車載システム、携帯システムに基準電圧回路を適用す
る場合には、その広い変動範囲の全域において安定した
高精度の基準電圧を得ることは難しかった。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、外部から与えられる電源電圧が変動す
る場合でも安定した基準電圧を生成できる基準電圧回路
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載した手段
によれば、定電圧発生回路は、外部から電源電圧例えば
バッテリ電圧の供給を受けて動作し、基準電圧に基づい
た定電圧を生成する。この定電圧において、外部電源電
圧の変動は例えば数百分の一程度に抑圧されている。し
かし、定電圧発生回路には種々の能動素子が用いられて
おり、能動素子は一般に電源電圧に依存した特性を有し
ていることから、外部電源電圧の変動に対する上記定電
圧の変動を0にすることは難しく、若干の電圧変動が残
る。
【0008】一方、基準電圧発生回路も定電圧発生回路
と同様に、当該基準電圧発生回路に与えられる電源電圧
の変動を例えば数百分の一程度に抑圧した基準電圧を生
成する。そして、この基準電圧発生回路は上記定電圧発
生回路により生成された定電圧を電源電圧として動作す
るので、基準電圧に現れる電圧変動は上記定電圧の変動
に対してさらに数百分の一程度に抑圧される。その結
果、変動の極めて小さい安定した高精度の基準電圧が得
られる。
【0009】そして、この安定した高精度の基準電圧
は、上記定電圧発生回路の電圧基準(電圧指令)として
用いられるので、定電圧発生回路が生成する定電圧には
電圧基準に起因する変動成分がほとんど現れない。つま
り、基準電圧発生回路と定電圧発生回路とが互いに相手
の生成した安定した電圧を利用し合うことにより、定電
圧ひいては基準電圧の変動を一層小さく抑制できる。
【0010】請求項2に記載した手段によれば、基準電
圧発生回路はバンドギャップ基準電圧回路であるため、
外部電源電圧に対する変動が小さく、且つ温度依存性の
ほとんどない高精度の基準電圧を得ることができる。
【0011】請求項3に記載した手段によれば、定電圧
発生回路はリニアレギュレータ(シリーズレギュレータ
またはシャントレギュレータ)であるため、外部電源電
圧の変動が十分に抑圧された定電圧を生成できる。
【0012】請求項4に記載した手段によれば、定電圧
発生回路は車載システム、携帯システムなどにおけるバ
ッテリから電源電圧の供給を受けて動作する。バッテリ
電圧は一般に変動範囲が広いが、本発明の基準電圧回路
によれば、変動の極めて小さい安定した高精度の基準電
圧が得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態について図1を参照しながら説明す
る。図1は、基準電圧回路の電気的構成を示している。
この図1に示す基準電圧回路1は、例えば車両駆動用エ
ンジンを制御する電子制御装置(ECU)内で使用され
るICとして構成されている。ICの電源端子2、3は
それぞれバッテリ4(外部電源に相当)の正極端子、負
極端子に接続されており、基準電圧回路1はこのバッテ
リ4から電源電圧Vcc1 の供給を受けて動作するように
なっている。ICの出力端子5は、基準電圧回路1で生
成された基準電圧Vref を出力するための端子である。
なお、本ICは、電源電圧Vcc1 よりも高い耐圧を有す
るMOSトランジスタまたはバイポーラトランジスタに
より構成されている。
【0014】基準電圧回路1は、基準電圧発生回路に相
当するバンドギャップ基準電圧回路6(以下、バンドギ
ャップ回路6と称す)と、定電圧発生回路に相当するシ
リーズレギュレータ7(以下、レギュレータ7と称す)
とが縦続に接続された回路形態を備えている。本実施形
態の場合、バンドギャップ回路6とレギュレータ7とを
起動するための起動回路(図示せず)が必要である。
【0015】バンドギャップ回路6は以下のように構成
されている。すなわち、オペアンプOP1は、レギュレ
ータ7から出力される一定の電圧Vcc2を電源電圧とし
て動作し、その出力端子は基準電圧線8を介して出力端
子5に接続されている。基準電圧線8と電源端子3に接
続されたグランド線9との間には、抵抗R1と図示極性
のダイオードD1との直列回路、および抵抗R2とR3
と図示極性のダイオードD2との直列回路がそれぞれ接
続されている。オペアンプOP1の非反転入力端子は抵
抗R1とダイオードD1との共通接続点に接続され、オ
ペアンプOP1の反転入力端子は抵抗R2とR3との共
通接続点に接続されている。
【0016】一方、レギュレータ7は以下のように構成
されている。すなわち、オペアンプOP2は、上記電源
電圧Vcc1 の供給を受けて動作し、その出力端子とグラ
ンド線9との間には抵抗R5とR4とが直列に接続され
ている。オペアンプOP2の非反転入力端子は基準電圧
線8に接続され、オペアンプOP2の反転入力端子は抵
抗R5とR4との共通接続点に接続されている。オペア
ンプOP2の出力端子からは上記一定の電圧Vcc2 が出
力されるようになっている。
【0017】次に、基準電圧回路1の動作について説明
する。バッテリ4からICの電源端子2、3に電源電圧
Vcc1 が与えられると、図示しない起動回路がバンドギ
ャップ回路6とレギュレータ7とを起動する。抵抗R
1、R2、R3の各抵抗値をそれぞれ符号と同じR1、
R2、R3で表し、ダイオードD1の順方向電圧をVF
(D1)で表せば、バンドギャップ回路6は、基準電圧線8
に対し次の(1)式で示される基準電圧Vref を出力す
る。 Vref =VF(D1)+(R2/R3)・VT ・ln(R2/R1)…(1) ただし、VT =kT/q
【0018】この基準電圧Vref は、負の温度係数を持
つ第1項と正の温度係数を持つ第2項との重み付け加算
となり、設計上その温度係数が0となるように抵抗値R
1、R2、R3が決められる。また、製造プロセスに起
因して生じるずれを補正して高精度の基準電圧Vref を
得るために、ウェハ検査工程において抵抗値のレーザト
リミングを実施し、基準電圧Vref を設計値(例えば
1.25V)に調整することが行われる。
【0019】一方、抵抗R4、R5の各抵抗値をそれぞ
れ符号と同じR4、R5で表せば、レギュレータ7は、
次の(2)式で示される一定の電圧Vcc2 を出力する。 Vcc2 =Vref ×(R5+R4)/R4 …(2)
【0020】ところで、実際のオペアンプOP1、OP
2はオフセット電圧を持っている。PSRR(Power Su
pply Rejection Ratio:電源除去比)により示されるよ
うに、オペアンプOP1、OP2の電源電圧が変動する
とそれに応じてオフセット電圧が変動する。その結果、
上記(1)式および(2)式で定まるべき電圧値が変動
してしまう。
【0021】レギュレータ7を構成するオペアンプOP
2は、バッテリ4から与えられる電源電圧Vcc1 の供給
を受けて動作しているため、例えばバッテリ4の放電に
より電源電圧Vcc1 が1V変化すると、電圧Vcc2 には
(2)式で定まる電圧値に対し数mV程度の変動が生じ
る。
【0022】これに対し、バンドギャップ回路6を構成
するオペアンプOP1は、レギュレータ7から出力され
る電圧Vcc2 を電源電圧として動作しているので、基準
電圧Vref の電圧変動は電圧Vcc2 の変動(数mV〜数
十mV)に対してさらに数百分の一程度に抑圧される。
その結果、外部から当該ICに与えられる電源電圧Vcc
1 が大きく変動する場合であっても、バンドギャップ回
路6は、変動の極めて小さい安定した基準電圧Vref を
出力することができる。
【0023】そして、レギュレータ7は、この基準電圧
Vref を電圧基準(電圧指令)として定電圧動作を行う
ため、電圧Vcc2 には電圧基準の変動に起因する変動が
ほとんど現れず、電圧Vcc2 ひいては基準電圧Vref の
変動が一層小さくなる。
【0024】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、バンドギャップ回路6はレギュレータ7が生成した
電圧Vcc2 を電源電圧として動作し、レギュレータ7は
バンドギャップ回路6が生成した基準電圧Vref を電圧
基準として定電圧動作するので、基準電圧回路1に変動
の大きい電源電圧Vcc1 を供給した場合であっても、変
動の極めて小さい安定した高精度の基準電圧Vref を得
ることができる。また、バンドギャップ回路6を用いた
ことにより、基準電圧Vref の温度係数も小さくなる。
【0025】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について、基準電圧回路の電気的構成を示す図
2を参照しながら説明する。なお、この図2において、
図1と同一構成部分には同一符号を付して示し、ここで
は異なる構成部分について説明する。
【0026】基準電圧回路10は、バンドギャップ回路
6と定電圧発生回路に相当するシャントレギュレータ1
1(以下、レギュレータ11と称す)とが縦続に接続さ
れた回路形態を備えている。このうちバンドギャップ回
路6と電流制限用の抵抗R6を除くレギュレータ11と
は、MOS製造プロセスによるICとして構成されてお
り、抵抗R6はそのICの電源端子2とバッテリ4の正
極端子との間に接続されている。
【0027】レギュレータ11は、電源端子2に接続さ
れた定電圧線12に対し一定の電圧Vcc2 を出力するよ
うになっている。バンドギャップ回路6を構成するオペ
アンプOP1とレギュレータ11を構成するオペアンプ
OP2は、上記定電圧線12から電圧Vcc2 の供給を受
けて動作するようになっている。レギュレータ11にお
いて、定電圧線12とグランド線9との間には、Nチャ
ネル型MOSトランジスタQ1のドレイン・ソース間、
および抵抗R5とR4との直列回路がそれぞれ接続され
ている。オペアンプOP2の反転入力端子は基準電圧線
8に接続され、オペアンプOP2の非反転入力端子は抵
抗R5とR4との共通接続点に接続されている。
【0028】この構成において、レギュレータ11は、
上述した(2)式により示される電圧Vcc2 を生成す
る。この場合、電源端子2とバッテリ4との間に介在す
る抵抗R6が、バッテリ4の電圧Vcc1 (例えば12
V)と上記電圧Vcc2 (例えば5V)との差電圧を負担
するため、ICの電源端子2の電圧は電圧Vcc2 を超え
て上昇することがない。従って、比較的低耐圧のMOS
トランジスタを用いてICを構成できる。
【0029】本実施形態によれば、バンドギャップ回路
6はレギュレータ11が生成した電圧Vcc2 を電源電圧
として動作し、レギュレータ11はバンドギャップ回路
6が生成した基準電圧Vref を電圧基準として定電圧動
作するので、第1の実施形態と同様の作用により、変動
の極めて小さい安定した高精度の基準電圧Vref を得る
ことができる。
【0030】(その他の実施形態)なお、本発明は上記
し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではな
く、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
バンドギャップ回路6に対して、抵抗値のレーザトリミ
ング、不揮発性メモリと抵抗分圧型のD/Aコンバータ
とを用いた電気的トリミングを行うことにより、さらに
高精度の基準電圧を得られる。基準電圧発生回路はバン
ドギャップ回路6に限られない。例えばMOSトランジ
スタのしきい値電圧Vtを利用した回路、バイポーラト
ランジスタのベース・エミッタ間電圧VBEを利用した回
路などであっても良い。基準電圧回路1、10は、電子
制御装置などの車載装置のみならず、携帯電話装置、P
DA、携帯用パソコンなどの携帯装置、あるいは電源電
圧が変動し易い種々の回路に対しても適用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す基準電圧回路の
電気的構成図
【図2】本発明の第2の実施形態を示す図1相当図
【符号の説明】
1、10は基準電圧回路、4はバッテリ、6はバンドギ
ャップ基準電圧回路(基準電圧発生回路)、7はシリー
ズレギュレータ(定電圧発生回路、リニアレギュレー
タ)、11はシャントレギュレータ(定電圧発生回路、
リニアレギュレータ)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧原 哲哉 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5F038 BB04 BB07 BB08 EZ20 5H420 NA23 NB02 NB22 NB25 NC03 NC26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準電圧を生成する基準電圧発生回路
    と、 外部から電源電圧の供給を受けて動作し前記基準電圧に
    基づいた定電圧を生成する定電圧発生回路とを備え、 前記基準電圧発生回路は、前記定電圧発生回路で生成さ
    れた定電圧を電源電圧として動作するように構成されて
    いることを特徴とする基準電圧回路。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧発生回路は、バンドギャッ
    プ基準電圧回路であることを特徴とする請求項1記載の
    基準電圧回路。
  3. 【請求項3】 前記定電圧発生回路は、リニアレギュレ
    ータであることを特徴とする請求項1または2記載の基
    準電圧回路。
  4. 【請求項4】 前記定電圧発生回路は、バッテリから電
    源電圧の供給を受けて動作するように構成されているこ
    とを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の基準
    電圧回路。
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