JP2006512681A - 改善されたヘッドルームを有するcmos電圧バンドギャップ基準 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧バンドギャップ基準回路に関し、特に改善されたヘッドルーム容量を有する電圧バンドギャップ基準回路に関する。本明細書において、用語「ヘッドルーム」は、回路への電力供給電圧と該回路が供給する基準電圧の差として定義される。
バンドギャップ電圧基準回路は1970年代初めより当分野によく知られており、これはIEEE刊行物であるRobert Widlar(IEEE Journal of Solid State Circuits Vol. SC-6 No 1 February 1971)およびA. Paul Brokaw(IEEE Journal of Solid State Circuits Vol. SC-6 No 6 December 1974)からも明らかである。
ΔVbe=(kT/q)ln(nI1/I2) (1)
Vref=VBE1+KΔVbe (2)
図1の回路について、基準電圧は次の式で示される。
Vref=VBE1+(R3+R2)kT/q(ln(nR3/R1)) (3)
2)典型的なバイポーラプロセスにおいては、PTATオフセット電圧に付加される、除去不可能な他のオフセットが存在する。このため、実際のPTAT電圧および出力電圧は、デバイス間およびロット間で大きく広がる場合がある。
これらの必要性その他は本発明の回路により提供することができ、該回路は、増幅器の入力電圧を低減しまた該増幅器まわりの1つのループを正から負へと変更することによって、低い供給電圧での動作が可能な電圧基準を供給でき、また所望の出力からの低減された出力の広がりもしくは偏差を有する。バンドギャップ回路の増幅器入力電圧を低下することにより、本発明は、従来利用可能なものよりも改善された電力供給除去比(PSRR)および、改善された起動時間を提供する。
増幅器の入力ノードと高い方の電流密度で動作するトランジスタとの間に抵抗器を接続することができ、それによって、第1トランジスタと第2トランジスタのベース・エミッタ電圧に差を生じさせることができる。
本発明のこれらおよび他の性質、目的および利点は、以下の図を参照してよりよく理解される。
本発明により、従来技術より改善されたヘッドルームを有し、従来技術の実装に対して明確な利点を提供する、バンドギャップ電圧基準回路が提供される。
ΔVbe=(kT/q)ln(n(I1−I2)/I3)=I2R1 (4)
式4は、I2とI1、I3およびI4が、同じゲートソース電圧から生成されているためにPTAT電流であることを示す。それらは、アスペクト比(W/L)に対応する倍率の値だけ異なる。
基準電圧は、Q3のベース・エミッタ電圧をR2でのI4の電圧降下に加えたものである:
VREF=ΔVbeQ3+I4R2 (5)
I1=I4=2I2=2I3 (6)
基準電圧は以下から計算できる:
VREF=ΔVbeQ3+2R2/R1KT/qln(n) (7)
従って、抵抗器の比率(R2/R1)の特定の組み合わせおよびエミッタ比率(n)は、最小温度係数を有する基準電圧を提供することが理解される。
図5の回路に対する基準電圧は、図4の回路に対するのと同じ方法で導出することができる。
Claims (12)
- 改善されたヘッドルームバンドギャップ基準電圧回路であって、ヘッドルームが、前記回路への電力供給電圧と前記回路が供給する基準電圧の差によって規定され、前記回路は、
反転入力ノード、非反転入力ノードおよび出力を有する演算増幅器を含み、該出力は電圧基準ノードに接続されており、
ここで該反転入力ノードおよび該非反転入力ノードは、それぞれ第1および第2トランジスタに接続され、これらのトランジスタは異なる電流密度で動作するよう適合されており、ここで前記演算増幅器の共通入力ノードは、低い方の電流密度で動作するトランジスタのベース・エミッタ電圧から供給され、それによって、前記演算増幅器の共通入力電圧を低減させて前記回路の動作ヘッドルームを減少させる、
前記回路。 - 電圧基準ノードの電圧が、PTAT電圧およびCTAT電圧の組み合わせである、請求項1に記載の回路。
- CTAT電圧が、演算増幅器の出力に接続された第3トランジスタのベース・エミッタ電圧から供給される、請求項2に記載の回路。
- 演算増幅器がその出力においてPTAT電流を生成し、該PTAT電流は、基準ノードにおいて、電圧基準ノードと接地との間に接続されたインピーダンス負荷の供給によりPTAT電圧に変換される、請求項2に記載の回路。
- 演算増幅器の出力ノードが少なくとも1個の電流ミラーに接続され、該電流ミラーは前記演算増幅器の出力において生成されるPTAT電流をミラーリングする、請求項4に記載の回路。
- 演算増幅器の共通入力ノード電圧が、第1トランジスタと第2トランジスタのベース・エミッタ電圧の差から得られる、請求項1に記載の回路。
- 抵抗器が、演算増幅器の入力ノードと高い方の電流密度で動作するトランジスタの間に接続され、それによって、第1トランジスタと第2トランジスタのベース・エミッタ電圧の間の電圧差を生じさせる、請求項6に記載の回路。
- 演算増幅器の共通入力ノードが、抵抗器上に生成された、第1トランジスタと第2トランジスタの電圧差に等しい量だけ低い電圧で動作する、請求項7に記載の回路。
- 演算増幅器を有するバンドギャップ基準電圧回路であって、前記演算増幅器はその第1および第2入力に接続された第1および第2トランジスタを有し、第1および第2トランジスタは異なる電流密度を有し、ここで前記演算増幅器の第1入力と低い方の電流密度を有するトランジスタとの間に抵抗器が設置され、前記演算増幅器への共通入力における電圧が、高い方の電流密度を有するトランジスタのベース・エミッタ電圧より、2つのトランジスタにおけるベース・エミッタ電圧の間の差と実質的に同じ量だけ低くなっている、前記回路。
- スタック配置で設置される1ペアのトランジスタが増幅器の各入力に接続され、該スタック配置は、第1のペアトランジスタが、第2のペアトランジスタより低い電流密度で動作することを規定している、請求項1に記載の回路。
- 増幅器の出力が電流ミラーに接続され、該電流ミラーは、該増幅器の出力において供給されるPTAT電流を、該増幅器の入力へとミラーリングするように適合されている、請求項9に記載の回路。
- 改善されたヘッドルームを有する電圧バンドギャップ回路を提供する方法であって、前記方法は、ステップ:
その入力に接続されたトランジスタ要素を有する増幅器を提供すること、ここで該トランジスタ要素は異なる電流密度を有して提供され、そして前記増幅器の共通入力においてバンドギャップ電圧を生成するよう構成されており、
共通入力に印加される電圧を、前記増幅器の入力に接続されたトランジスタ要素におけるベース・エミッタ電圧の間の差に実質的に等しい量だけ低減させること、ここで該低減は、前記増幅器の第1入力と低い方の電流密度を有するトランジスタ要素との間に抵抗器を設置することによってもたらされる、
を含む、前記方法。
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