JP2797820B2 - Reference voltage generation circuit - Google Patents

Reference voltage generation circuit

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JP2797820B2
JP2797820B2 JP4054224A JP5422492A JP2797820B2 JP 2797820 B2 JP2797820 B2 JP 2797820B2 JP 4054224 A JP4054224 A JP 4054224A JP 5422492 A JP5422492 A JP 5422492A JP 2797820 B2 JP2797820 B2 JP 2797820B2
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reference voltage
resistor
transistor
gate
equation
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克治 木村
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、定電圧回路において基
準電圧の発生に用いられる基準電圧発生回路に係り、特
にCMOS集積回路化に好適な基準電圧発生回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reference voltage generating circuit used for generating a reference voltage in a constant voltage circuit, and more particularly to a reference voltage generating circuit suitable for a CMOS integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、従来の基準電圧発生回路
は、バイポーラトランジスタで構成されるワイドラー・
バンドギャップ・リファレンス回路が一般的であり、M
OSトランジスタだけで構成した実用的な基準電圧発生
回路は知られていない。即ち、エンハンスメントMOS
トランジスタとディプレションMOSトランジスタとの
スレッショルド電圧の差を利用するNMOS基準電圧発
生回路が論文発表された(1978、ISSCC、論文
番号WAM3.5)例があるが、このものでは実用的な
特性は得られない。
2. Description of the Related Art As is well known, a conventional reference voltage generating circuit is a Widlar transistor composed of bipolar transistors.
Bandgap reference circuits are common and M
No practical reference voltage generation circuit composed of only OS transistors is known. That is, enhancement MOS
An example of an NMOS reference voltage generation circuit utilizing the difference between the threshold voltages of the transistor and the depletion MOS transistor was published in a paper (1978, ISSCC, paper number WAM3.5). I can't get it.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、MOSトラン
ジスタにも種々の利点があり、CMOS集積回路上に実
現できる基準電圧発生回路の開発が望まれている。その
際に注意すべきことは、温度特性が良好でなければなら
ないが、MOSトランジスタでは、製造偏差が大きく、
且つ、温度特性がバイポーラのように直線的ではなく曲
線的であるので、これらの特性をいかに制御するかが問
題となる。
However, MOS transistors also have various advantages, and it is desired to develop a reference voltage generation circuit that can be realized on a CMOS integrated circuit. At this time, it should be noted that the temperature characteristics must be good, but the MOS transistor has a large manufacturing deviation,
Further, since the temperature characteristics are not linear but curved like bipolar, how to control these characteristics becomes a problem.

【0004】本発明の目的は、CMOS集積回路化に好
適な構成で且つ温度特性の良好な基準電圧発生回路を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a reference voltage generating circuit having a structure suitable for realizing a CMOS integrated circuit and having good temperature characteristics .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の基準電圧発生回路は次の如き構成を有す
る。即ち、第1発明の基準電圧発生回路は、ゲート幅W
とゲート長Lとの比W/L で表現する能力比を1:K 1
とした能力比が異なる2つのMOSトランジスタと;
前記2つのMOSトランジスタのそれぞれを異なる電流
の比K 2 :1で駆動する前記2つのMOSトランジス
タとは逆極性の2つのMOSトランジスタによるカレン
トミラー回路と; を備えてCMOS集積回路上に基準
電圧を発生するCMOS形式の基準電圧発生回路であっ
、前記2つのMOSトランジスタの相互間では一方の
トランジスタのドレインと他方のトランジスタのゲート
とが共通接続されると共に; 一方のトランジスタは、
ゲートが第1の抵抗を介して又は直接的に前記カレント
ミラー回路の一方の電流出力端に接続され、ドレインが
前記第1の抵抗もしくは前記一方の電流出力端と接続す
第2の抵抗を介してゲートに接続され; 他方のトラ
ンジスタは、ドレインが前記カレントミラー回路の他方
の電流出力端に接続され、ソースが直接的に接地され
と共にゲートが前記一方のトランジスタのドレインに接
続され; 出力端子を前記第1の抵抗と前記カレントミ
ラー回路との接続端又は一方のトランジスタのゲートと
前記カレントミラー回路との接続端に設けてある; こ
とを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a reference voltage generating circuit according to the present invention has the following configuration. That is, the reference voltage generation circuit of the first invention has a gate width W
: K 1 is the capability ratio expressed by the ratio W / L of the gate length L
And the ability ratio and two MOS transistors having different;
Said two MOS ratio of different current values, respectively of the transistor K 2: the two MOS transistors to be driven by a
The motor and Karen <br/> Tomira circuit with two MOS transistors of the opposite polarity; includes a reference to the CMOS integrated circuit
A CMOS type reference voltage generating circuit for generating a voltage.
Thus , between the two MOS transistors, the drain of one transistor and the gate of the other transistor are connected in common;
A gate is connected to one current output terminal of the current mirror circuit via a first resistor or directly, and a drain is
Connected to the first resistor or the one current output terminal
That the second through the resistor connected to the gate; the other transistor, a drain connected to the other current output terminal of said current mirror circuit, a source Ru grounded directly
With the gate connected to the drain of the one transistor.
An output terminal is provided at a connection end between the first resistor and the current mirror circuit or at a connection end between the gate of one transistor and the current mirror circuit.

【0006】第2発明の基準電圧発生回路は、第1発明
の基準電圧発生回路において; 前記一方のトランジス
タは、前記第1及び第2の抵抗を除去してドレインが直
接的にゲートに接続され; 前記他方のトランジスタ
は、ソースが前記第2の抵抗を移設する形式で介在せし
めた第3の抵抗を介して接地される; ことを特徴とす
るものである。
A reference voltage generating circuit according to a second aspect of the present invention is the reference voltage generating circuit according to the first aspect of the present invention; wherein the one transistor has the drain directly connected to the gate by removing the first and second resistors. The other transistor is interposed in such a manner that the source transfers the second resistor.
Grounded through a third resistor.

【0007】第3発明の基準電圧発生回路は、第1発明
又は第2発明の基準電圧発生回路において; 前記出力
端子は、前記一方のトランジスタのドレインと接続した
前記他方のトランジスタのゲートに設けてある; こと
を特徴とするものである。
A reference voltage generation circuit according to a third invention is the reference voltage generation circuit according to the first invention or the second invention; wherein the output terminal is connected to a drain of the one transistor. Provided on a gate;

【0008】第4発明の基準電圧発生回路は、第1発明
の基準電圧発生回路において; 前記出力端子は、前記
第2の抵抗の中点に設けてある; ことを特徴とするも
のである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the reference voltage generating circuit according to the first aspect of the present invention, the output terminal is provided at a middle point of the second resistor.

【0009】また、第5発明の基準電圧発生回路は、第
1発明又は第2発明の基準電圧発生回路において; 前
記他方のトランジスタは、ドレインが第4の抵抗を介し
て前記カレントミラー回路の他方の電流出力端に接続さ
れ; 前記出力端子は、他方のトランジスタのドレイン
に設けてある; ことを特徴とするものである。
A reference voltage generation circuit according to a fifth invention is the reference voltage generation circuit according to the first invention or the second invention; wherein the other transistor has a drain connected to the other end of the current mirror circuit via a fourth resistor. The output terminal is provided at the drain of the other transistor.

【0010】[0010]

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の基準電圧
発生回路の作用を説明する。本発明では、能力比が異な
る、即ち、ゲート幅Wとゲート長Lとの比W/Lで表現
する能力比を1:K 1 としてゲート・ソース間電圧を異
ならせた2つのMOSトランジスタ(MOS FET)
のそれぞれを、これらMOSトランジスタとは逆極性且
つ電流比がK 2 :1の2つのMOSトランジスタによる
カレントミラー回路の一方と他方の異なる電流値の出力
電流で駆動する。その結果、モビリティの温度特性とス
レッショルド電圧の温度特性とを互いに打ち消すことが
でき、出力基準電圧の温度特性を良好にできる。
Next, the operation of the reference voltage generating circuit of the present invention configured as described above will be described. In the present invention, the performance ratios are different, that is, expressed by the ratio W / L of the gate width W and the gate length L.
The ability ratio of the 1: 2 one MOS transistor as K 1 at different gate-source voltage (MOS FET)
Are respectively opposite in polarity to these MOS transistors.
Of two MOS transistors having a current ratio of K 2 : 1
Output of different current values of one and the other of the current mirror circuit
Drive with current . As a result, the temperature characteristic of the mobility and the temperature characteristic of the threshold voltage can be canceled each other, and the temperature characteristic of the output reference voltage can be improved.

【0011】従って、本発明によれば、CMOS集積回
路上に実現するのに好適な構成の基準電圧発生回路を提
供できる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a reference voltage generating circuit having a configuration suitable for being realized on a CMOS integrated circuit.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1実施例に係る基準電圧発生
回路を示す。図1において、この基準電圧発生回路は、
接地側に設けられる2個のnチャネルMOSトランジス
タ(M1、M2)と、直流電源VDD側に設けられる2個
のpチャネルMOSトランジスタ(M3、M4)とで基
本的に構成される。つまり、CMOS構成となってい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a reference voltage generating circuit according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, this reference voltage generation circuit
It is basically composed of two n-channel MOS transistors (M1, M2) provided on the ground side and two p-channel MOS transistors (M3, M4) provided on the DC power supply VDD side. That is, it has a CMOS configuration.

【0013】M1とM2は、能力比(ゲート幅/ゲート
長)が、M1:M2=1:K1 である。M1のドレイン
とM2のゲートとは共通接続される。そして、M1は、
ソースが直接接地され、ゲートが(第1の)抵抗R1を
介してM3のソースに接続され、ドレインが(第2の)
抵抗R2を介して抵抗R1に接続される。つまり、ゲー
トとドレイン間は抵抗R2を介して接続され、ドレイン
は抵抗R2と同R1の直列回路を介してカレントミラー
回路の一方の電流出力端であるM3のソースに接続され
る。また、M2は、ソースが直接接地され、ドレインが
カレントミラー回路の他方の電力出力端であるM4のソ
ースに接続される。
[0013] M1 and M2, capacity ratio (gate width / gate length) is, M1: M2 = 1: a K 1. The drain of M1 and the gate of M2 are commonly connected. And M1 is
The source is directly grounded, the gate is connected to the source of M3 via a (first) resistor R1, and the drain is (second)
It is connected to the resistor R1 via the resistor R2. That is, the gate and the drain are connected via the resistor R2, and the drain is a current mirror via the series circuit of the resistor R2 and the resistor R1.
It is connected to the source of M3 , one of the current output terminals of the circuit . In M2, the source is directly grounded, and the drain is
It is connected to the source of M4, which is the other power output terminal of the current mirror circuit .

【0014】次に、M3とM4は出力電流の電流値で表
現する能力比が、M3:M4=K2:1である。両者は
ドレインが直流電源VDDに共通接続され、ゲート同士が
共通接続される。そして、M4ではゲートとソースが直
接接続される。要するに、M3とM4は、周知のカレン
トミラー回路を構成し、K2 :1の電流比でM1とM2
を駆動するのである。
Next, M3 and M4 are expressed by the current value of the output current.
The capacity ratio that appears is M3: M4 = K 2 : 1. In both cases, the drains are commonly connected to the DC power supply VDD , and the gates are commonly connected. In M4, the gate and the source are directly connected. In short, M3 and M4 constitute a well-known current mirror circuit, and M1 and M2 have a current ratio of K 2 : 1.
Is driven.

【0015】そして、図1において、抵抗R1は省略可
能であり、このときにはM1のゲートは直接M3のソー
スに接続される。従って、当該基準電圧発生回路の出力
電圧の出力端子は、この抵抗R1があるときは抵抗R1
とM3のソースとの接続端に設け(VREF と図示してあ
る)、抵抗R1がないときは抵抗R2とM3のソースと
の接続端つまりM1のゲートに設ける(VREF1と図示し
てある)。また、図1の構成または抵抗R1を省略した
構成において、M2のゲートに出力端子を設けることが
できる(VREF2と図示してある)。
In FIG. 1, the resistor R1 can be omitted. At this time, the gate of M1 is directly connected to the source of M3. Therefore, the output terminal of the output voltage of the reference voltage generating circuit is connected to the resistor R1 when there is the resistor R1.
Provided at the connection end of the resistor M1 and the source of the resistor M3 (shown as V REF ). When there is no resistor R1, provided at the connection end of the resistor R2 and the source of the resistor M3, that is, at the gate of the transistor M1 (shown as V REF1 ). ). In the configuration of FIG. 1 or the configuration in which the resistor R1 is omitted, an output terminal can be provided to the gate of M2 (shown as V REF2 ).

【0016】また、図1の構成において、抵抗R1は省
略しても省略しなくともよいが、抵抗R2をM2のソー
スとアース間に移設した構成、即ち、図2に示すよう
に、M1のゲートとドレインを直接接続し、M2のソー
スを(第3の)抵抗R2を介して接地しても良い。図2
では抵抗R1は省略してある。
In the configuration of FIG. 1, the resistor R1 may or may not be omitted. However, the configuration in which the resistor R2 is moved between the source of M2 and the ground, that is, as shown in FIG. The gate and the drain may be directly connected, and the source of M2 may be grounded via the (third) resistor R2. FIG.
Here, the resistor R1 is omitted.

【0017】更に、出力端子の設け方として、図1の構
成において、抵抗R1は省略しても省略しなくとも良い
が、抵抗R2なる抵抗パターンの中点に設けることがで
きる。例えば図3は、pチャネルとnチャネルとを入れ
替えた構成であるが、抵抗R2A と抵抗R2B は抵抗R
2を2分したもので、その中点に出力端子を設ける(V
REF3と図示してある)。
Further, as a method of providing the output terminal, in the configuration of FIG. 1, the resistor R1 may or may not be omitted, but it can be provided at the middle point of the resistor pattern of the resistor R2. 3 example is a configuration in which interchanging the p-channel and n-channel, and the resistor R2 A resistor R2 B resistance R
2 divided into two, and an output terminal is provided at the midpoint (V
REF3 ).

【0018】また、図1の構成において、抵抗R1は省
略しても省略しなくとも良いが、M2のドレインを(第
4の)抵抗を介してM4のソースに接続し、この第4の
抵抗とM4のソースとの接続端に出力端子を設けること
ができる。例えば図4は、pチャネルとnチャネルとを
入れ替えた構成であるが、(第4の)抵抗R4とM4の
ソースとの接続端に出力端子を設ける(VREF4と図示し
てある)。
In the configuration of FIG. 1, the resistor R1 may or may not be omitted, but the drain of M2 is connected to the source of M4 via a (fourth) resistor, and the fourth resistor is connected to the source of M4. An output terminal can be provided at the connection end between the transistor and the source of M4. For example, FIG. 4 shows a configuration in which the p-channel and the n-channel are interchanged, but an output terminal is provided at the connection end between the (fourth) resistor R4 and the source of M4 (shown as V REF4 ).

【0019】以下、図1を参照して動作を説明する。M
1のゲート・ソース間電圧VGS1 とM2のゲート・ソー
ス間電圧VGS2 との差電圧をΔVGSとすると、出力基準
電圧VREF は、数式1で表せる。
The operation will be described below with reference to FIG. M
Assuming that the difference voltage between the gate-source voltage V GS1 of No. 1 and the gate-source voltage V GS2 of M2 is ΔV GS , the output reference voltage V REF can be expressed by Expression 1.

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】M1のドレイン電流I1 とM2のドレイン
電流I2 は、カレントミラー回路を構成するM3とM4
の能力比の比(K2 :1)で決まり、I1 =K22
あるが、M1のドレイン電流I1 は、ゲート・ソース間
電圧VGS1 とスレッショルド電圧VTHN とコンダクタン
スβN を用いて数式2と表され、M2のドレイン電流I
2 は、コンダクタンスK1 βN とゲート・ソース間電圧
GS2 とスレッショルド電圧VTHN とを用いて数式3と
表される。なお、コンダクタンスβN は、モビリティμ
N 、単位面積当たりのゲート酸化膜容量COX、ゲート幅
W、ゲート長Lを用いて数式4と表される。
The drain current I 1 of M 1 and the drain current I 2 of M 2 are equal to M 3 and M 4 forming a current mirror circuit.
The ratio of the capacity ratio: determined by (K 2 1), is a I 1 = K 2 I 2, the drain current I 1 of M1 has a gate-source voltage V GS1 of the threshold voltage V THN and conductance beta N The drain current I of M2
2 is expressed as Equation 3 using the conductance K 1 beta N and gate-source voltage V GS2 and the threshold voltage V THN. Note that the conductance β N is the mobility μ
Equation 4 is expressed using N , the gate oxide film capacitance C OX per unit area, the gate width W, and the gate length L.

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】従って、差電圧ΔVGSは数式5となり、こ
れを整理すれば数式6となるが、動作時は、I1 ≠0で
あるので、結局ドレイン電流I1 は数式7と求まる。
Accordingly, the differential voltage ΔV GS is given by equation (5), and when this is rearranged, equation (6) is obtained. Since I 1 ≠ 0 in operation, the drain current I 1 is finally obtained by equation (7).

【0026】[0026]

【数5】 (Equation 5)

【0027】[0027]

【数6】 (Equation 6)

【0028】[0028]

【数7】 (Equation 7)

【0029】そして、数式2から求めたV GS1 と、数式
5のΔV GS と、数式7から求められる√I 1 とを利用し
て数式1のV REF を求めると、出力基準電圧VREF は数
式8のようになる。
Then, V GS1 obtained from Expression 2 and Expression
Using ΔV GS of 5 and √I 1 obtained from Equation 7
When V REF of Expression 1 is obtained by using Expression 1 , the output reference voltage V REF is expressed by Expression 8.

【0030】[0030]

【数8】 (Equation 8)

【0031】ここで、出力基準電圧VREF の温度特性を
検討する。SPICEモデルでは、コンダクタンスβN
は数式9、モビリティμN は数式10となっている。な
お、数式9と同10において、βN0、μN0はT=T0
のβN 、μN の値を示す。
Here, the temperature characteristics of the output reference voltage V REF will be examined. In the SPICE model, the conductance β N
Is expressed by Expression 9 and mobility μ N is expressed by Expression 10. In Equations 9 and 10, β N0 and μ N0 represent the values of β N and μ N at T = T 0 .

【0032】[0032]

【数9】 (Equation 9)

【0033】[0033]

【数10】 (Equation 10)

【0034】従って、1/βN は、数式11と表され、
0 =300°Kのときの1/βNの温度特性は、5,
000ppm /deg である。
Therefore, 1 / β N is expressed by the following equation (11).
The temperature characteristic of 1 / β N when T 0 = 300 ° K is 5,
000 ppm / deg.

【0035】[0035]

【数11】 [Equation 11]

【0036】一方、スレッショルド電圧VTHN は数式1
2でモデル化されるが、文献「MOSIntegrated Circuits
Theory,Fabrication,Design,and Systems Application
sof MOS LSI」(W.M.Penney and L.Lau 共著、VAN NOSTR
AND COMPANY)によれば、数式12におけるαは、α=
−4mV/deg(標準VTHN プロセス)、α=−2.7mV
/deg(低VTHN プロセス)である。
On the other hand, the threshold voltage V THN is given by
2 is modeled in the literature "MOS Integrated Circuits
Theory, Fabrication, Design, and Systems Application
sof MOS LSI '' (WMPenney and L. Lau, VAN NOSTR
According to AND COMPANY), α in Equation 12 is α =
-4mV / deg (standard V THN process), α = -2.7mV
/ Deg (low V THN process).

【0037】[0037]

【数12】 (Equation 12)

【0038】そこで、数式11と同12を数式8に代入
すると、出力基準電圧VREF は数式13となるので、こ
れを温度TについてTとRを変数として微分すると数式
14となり、室温T0 =300°Kでの出力基準電圧V
REF の温度係数(fractionaltemperature coefficient)
TCF(VREF)は数式15と表せる。なお、数式15にお
いて、VREF0は、T=T0 =300°KでのVREF の値
である。尚、上述した、数式13から始まる数式15の
導出に関しては、後記段落番号[0063]以下に詳述
する。
Therefore, when Equations 11 and 12 are substituted into Equation 8, the output reference voltage V REF becomes Equation 13, and when this is differentiated with respect to the temperature T using T and R as variables , Equation 14 is obtained, and the room temperature T 0 = Output reference voltage V at 300 ° K
The temperature coefficient of the REF (fractionaltemperature coefficient)
TC F (V REF ) can be expressed by Expression 15. In Equation 15, V REF0 is the value of V REF at T = T 0 = 300 ° K. Note that, as described above, in Expression 15 starting from Expression 13,
The derivation is described in detail below in paragraph number [0063].
I do.

【0039】[0039]

【数13】 (Equation 13)

【0040】[0040]

【数14】 [Equation 14]

【0041】[0041]

【数15】 (Equation 15)

【0042】従って、TCF(VREF)=0として温度特性
を向上するためには、数式15から、数式16である必
要がある。
[0042] Therefore, as the TC F (V REF) = 0 Temperature characteristics
In order to improve the expression, the expression 15 needs to be the expression 16 from the expression 15.

【0043】[0043]

【数16】 (Equation 16)

【0044】例えば、VTHN0=0.8V、α=2.7m
V/deg、TCF(R)=600ppm /deg とすれば、TC
F(VREF)=0となる基準出力電圧VREF0は、次の数式1
7のようになる。
For example, V THN0 = 0.8 V, α = 2.7 m
V / deg, TC F (R) = 600 ppm / deg, TC
The reference output voltage V REF0 at which F (V REF ) = 0 is given by the following equation 1.
It looks like 7.

【0045】[0045]

【数17】 [Equation 17]

【0046】次に、R1=0とおいても数式7は成り立
つ。この場合には図1のREF1が出力基準電圧となる
が、これは数式1からV REF =V GS1 であり、更に数式
2からV GS1 をI 1 ,β N 及びV THN で表現して、それ
に数式5から求めるI 1 を利用して数式18となり、数
式8においてR1=0とおいた場合と等しくなる。
Next, equation 7 holds even if R1 = 0. In this case, V REF1 in FIG. 1 becomes the output reference voltage, which is V REF = V GS1 from Equation 1 , and
2 to V GS1 I 1, expressed in beta N and V THN, it
Equation 18 is obtained using I 1 obtained from Equation 5, and is equal to the case where R1 = 0 in Equation 8.

【0047】[0047]

【数18】 (Equation 18)

【0048】この数式18に数式11と同12を代入す
ると、VREF1は数式19となり、その温度特性は数式2
0となる。つまり、数式19は数式14におけるR 1
零としたものであり、この場合も数式15と同式16が
適用でき、数式17で示される値が得られる。
By substituting equations (11) and (12) into equation (18), V REF1 becomes equation (19).
It becomes 0. That is, Equation 19 replaces R 1 in Equation 14 with:
In this case, Equations 15 and 16 can be applied, and the value represented by Equation 17 is obtained.

【0049】[0049]

【数19】 [Equation 19]

【0050】[0050]

【数20】 (Equation 20)

【0051】また、M2のゲートから基準電圧を取り出
すとすると、VREF2 =V GS2 が出力基準電圧となるが、
これは数式3から求めたV GS2 に、I 1 =K 2 2 と数
式5との関係を利用して数式21となる。
If a reference voltage is taken out from the gate of M2, V REF2 = V GS2 Is the output reference voltage,
This is obtained by adding I 1 = K 2 I 2 to V GS2 obtained from equation (3).
Equation 21 is obtained using the relationship with Equation 5 .

【0052】[0052]

【数21】 (Equation 21)

【0053】そして、この数式21と同18を比べると
数式22が成り立つので、出力基準電圧VREF2は数式2
3となる。
Then, when this Expression 21 and Expression 18 are compared, Expression 22 is established, so that the output reference voltage V REF2 is expressed by Expression 2
It becomes 3.

【0054】[0054]

【数22】 (Equation 22)

【0055】[0055]

【数23】 (Equation 23)

【0056】この数式23から、TCF(VREF1)=0と
したときには、数式23の微係数をとることで求まるV
REF2 の温度係数TC F (V REF2 )を、K 1 ,K 2 等の設定
TCF(VREF2)<0と設定可能である。同様に、TC
F(VREF1)>0としたときには、TCF(VREF2)<0と
設定可能である。
From equation (23), when TC F (V REF1 ) = 0, V obtained by taking the differential coefficient of equation (23 )
The temperature coefficient of the REF2 TC F (V REF2), settings such as K 1, K 2
In TC F (V REF2) <0 and Ru can be set der. Similarly, TC
When the F (V REF1)> 0 can be set with the TC F (V REF2) <0 .

【0057】従って、抵抗R2の中間電圧を出力基準電
REF3 とすれば、前述した内容に準じてTC
F(VREF3)=0で、かつ、TCF(VREF1)>0、TC
F(VREF2)<0と設定でき、温度特性が正または負また
は零の電圧が得られる。但し、K1 >1、K2 >1とし
て、VREF1>VREF3>VREF2である。図3は、MOSト
ランジスタM1,M2をpチャネルMOSトランジスタ
とし、MOSトランジスタM3,M4をnチャネルMO
SトランジスタとしてM1,M2は直流電源V DD 側に、
またM3,M4は接地側に配設し、且つR1を排した実
施例である。
Therefore, assuming that the intermediate voltage of the resistor R2 is the output reference voltage V REF3 , TC
F (V REF3 ) = 0 and TC F (V REF1 )> 0, TC
F (V REF2 ) <0 can be set, and a voltage having a positive, negative, or zero temperature characteristic can be obtained. Here, V REF1 > V REF3 > V REF2 where K 1 > 1 and K 2 > 1. FIG. 3 shows a MOS transistor.
Transistors M1 and M2 are p-channel MOS transistors
And MOS transistors M3 and M4 are n-channel
M1 and M2 are connected to the DC power supply V DD as S transistors ,
M3 and M4 are arranged on the ground side and R1 is eliminated.
This is an example.

【0058】更に、図4に示すように、第4の抵抗R4
を介してカレントミラー回路の他方の電流出力端に接続
するM2のドレインに出力端子(出力基準電圧VREF4
を設定すると、ドレイン電流I2数式7に準じて求め
られて数式24となり、出力基準電圧VREF4 REF4
GS4 +R 4 2 であり、これに数式3に基づいて示さ
れるI 2 =K 2 β N (V GS4 −V THN ) 2 から得るV GS4
と、数式24から求めるI 2 とを利用して数式25とな
る。尚、β P は、nチャネルMOSトランジスタのコン
ダクタンスに対応して表現するpチャネルMOSトラン
ジスタのコンダクタンスを表現するものである。
Further, as shown in FIG. 4, a fourth resistor R4
Connected to the other current output terminal of the current mirror circuit via
Output terminal (output reference voltage V REF4 ) to the drain of M2
Is set, the drain current I 2 is obtained according to Equation 7.
The output reference voltage V REF4 becomes V REF4 =
V GS4 + R 4 I 2, which is shown based on Equation 3.
V GS4 obtained from I 2 = K 2 β N (V GS4 −V THN ) 2
If, the equation 25 by using the I 2 determined from Equation 24. Here, β P is the capacitor of the n-channel MOS transistor.
P-channel MOS transistor expressed in accordance with the conductance
It expresses the conductance of the resistor.

【0059】[0059]

【数24】 (Equation 24)

【0060】[0060]

【数25】 (Equation 25)

【0061】従って、この出力基準電圧VREF4について
も、TCF(VREF4)=0に設定できる。
Therefore, the output reference voltage V REF4 can be set to TC F (V REF4 ) = 0.

【0062】次に、図5は、SPICEシミュレーショ
ン結果を示す。VDD>2.5Vでは出力基準電圧VREF
の温度特性は、ほぼ0となっていることが理解できる。
なお、K1 =1、K2 =2、R1=3KΩ、R2=4K
Ω、TCF(R)=600ppm/deg 、W/L=50μm
/5μm、酸化膜厚tOX=280オングストロームとし
てある。
Next, FIG. 5 shows a SPICE simulation result. When V DD > 2.5V, the output reference voltage V REF
It can be understood that the temperature characteristic of is almost zero.
Note that K 1 = 1, K 2 = 2, R1 = 3KΩ, R2 = 4K
Ω, TC F (R) = 600 ppm / deg, W / L = 50 μm
/ 5 μm and oxide film thickness t OX = 280 Å.

【0063】なお、前述した数式15の導出と、数式1
5の示す特徴とを詳述すれば、次のとおりである。即
ち、数式13のTにT 0 を代入すると次の数式26が得
られる。
It should be noted that the derivation of Equation 15 described above and Equation 1
The features shown in FIG. 5 will be described in detail below. Immediately
By substituting T 0 into T in Equation 13, the following Equation 26 is obtained.
Can be

【0064】[0064]

【数26】 (Equation 26)

【0065】[0065] 従って、VTherefore, V REF0REF0 −V-V THN0THN0 は、次の数式27Equation 27
で示される。Indicated by

【0066】[0066]

【数27】 [Equation 27]

【0067】[0067] 数式14のTをT=TT of Expression 14 is given by T = T 00 とすると、次の数 Then the next number
式28が得られる。Equation 28 is obtained.

【0068】[0068]

【数28】 [Equation 28]

【0069】[0069] 数式15に数式27,28を代入すると、Substituting Equations 27 and 28 into Equation 15 gives
次の数式29が得られる。The following equation 29 is obtained.

【0070】[0070]

【数29】 (Equation 29)

【0071】[0071] T 00 =300°Kで、1/T = 300 ° K, 1 / T 00 は3,33 Is 3,33
3.33……×103.33 ... × 10 -6-6 で、従って、3/2TAnd therefore 3 / 2T 00 は5,0 Is 5,0
00ppmであり、また抵抗R00 ppm and the resistance R 2Two の温度係数TC Temperature coefficient TC FF (R(R 2Two ))
は一次特性(線形)であるとすると、1/RIs a primary characteristic (linear), 1 / R 2Two ×dR × dR 2Two
/dT=TC/ DT = TC FF (R(R 2Two )とおけ、これらを数式29に代入し), And substitute these into Equation 29.
て数式15が求められる。Equation 15 is obtained by the following equation. 尚、抵抗RThe resistance R 11 ,R, R 2Two はいずれも Are both
集積回路上に形成されるので温度係数は等しく、即ちTSince they are formed on an integrated circuit, the temperature coefficients are equal, ie, T
C FF (R(R 11 )=TC) = TC FF (R(R 2Two )=TC) = TC FF (R)とおくことができ(R)
る。You.

【0072】 さらに、室温T 0 =300°Kでの出力基
準電圧V REF の温度係数TC F (V REF )は、単位電圧当り
のT=T 0 でのV REF の温度に関する微係数 として表現することができるのである。
[0072] Further, the output group of at room temperature T 0 = 300 ° K
Temperature coefficient of the reference voltage V REF TC F (V REF), the unit voltage per
Derivative of V REF at T = T 0 with respect to temperature It can be expressed as

【0073】[0073] 数式15に示す出力基準電圧VThe output reference voltage V shown in Expression 15 REFREF の温度 Temperature
係数TCCoefficient TC FF (V(V REFREF )は、V) Is V REF0REF0 ,即ちT=T, Ie T = T 00 =300° = 300 °
KでのVV in K REFREF の値の関数であり、またV Is a function of the value of REF0REF0 それ自体Itself
は、例えば数式13のT=TIs, for example, T = T in Expression 13. 00 とした場合であって、K And K
11 ,K , K 2Two 及びR And R 11 ,R , R 2Two を含んで指定される。 Is specified.

【0074】[0074] このようにして、基準電圧VThus, the reference voltage V REFREF の温度係 Temperature clerk
数TCNumber TC FF (V(V REFREF )は、CMOS構成の基準電圧発生回路を) Shows a reference voltage generation circuit having a CMOS configuration.
形成する2つのMOSトランジスタの能力比1:KThe capacity ratio of two MOS transistors to be formed is 1: K 11  Passing
びカレントミラー回路を形成する2つのMOSトランジMOS transistors forming a current mirror circuit
スタの電流比KStar current ratio K 2Two :1、並びに基準電圧発生回路の構成 : 1, and the configuration of the reference voltage generation circuit
素子たる抵抗RElement resistance R 11 及びR And R 2Two によって決定されることとな Will be determined by
る。You.

【0075】[0075]

【発明の効果】【The invention's effect】 以上説明したように、本発明の基準電圧As described above, the reference voltage of the present invention
発生回路によれば、能力比が異なる、即ち、ゲート・ソAccording to the generation circuit, the capability ratio is different, that is,
ース間電圧を異ならせた2つのMOSトランジスタのそOf two MOS transistors having different source-to-source voltages.
れぞれを異なる電流値で駆動するようにしたので、モビEach is driven by a different current value.
リティの温度特性とスレッショルド電圧の温度特性とをTemperature characteristics of threshold voltage and temperature characteristics of threshold voltage.
互いに打ち消すことができ、出力基準電圧の温度特性をCan cancel each other, and the temperature characteristics of the output reference voltage
良好にできる。従って、本発明によれば、CMOS集積Can be good. Therefore, according to the present invention, CMOS integration
回路上に実現するのに好適な構成の基準電圧発生回路をA reference voltage generation circuit with a configuration suitable for realizing on a circuit
提供できる効果がある。There are effects that can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る基準電圧発生回路の
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a reference voltage generating circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例に係る基準電圧発生回路の
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a reference voltage generation circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例に係る基準電圧発生回路の
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a reference voltage generation circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例に係る基準電圧発生回路の
回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a reference voltage generation circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】出力基準電圧の温度特性図(SPICEシミュ
レーション図)である。
FIG. 5 is a temperature characteristic diagram (SPICE simulation diagram) of an output reference voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 能力比 K2 能力比 M1〜M4 MOSトランジスタ R1〜R4 抵抗 R2A 抵抗R2を2分した抵抗 R2B 抵抗R2を2分した抵抗 VDD 直流電源 VREF 出力基準電圧 VREF1 出力基準電圧 VREF2 出力基準電圧 VREF3 出力基準電圧 VREF4 出力基準電圧K 1 capacity ratio was K 2 the ability ratio M1 to M4 MOS transistor R1~R4 resistor R2 A resistor R2 a 2-minute resistance R2 B resistance R2 to 2 minutes resistance V DD DC power source V REF output reference voltage V REF1 output reference voltage V REF2 output reference voltage V REF3 output reference voltage V REF4 output reference voltage

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲート幅Wとゲート長Lとの比W/Lで
表現する能力比を1:K 1 とした能力比が異なる2つの
MOSトランジスタと; 前記2つのMOSトランジス
タのそれぞれを異なる電流値の比K 2 :1で駆動する
記2つのMOSトランジスタとは逆極性の2つのMOS
トランジスタによるカレントミラー回路と; を備え
CMOS集積回路上に基準電圧を発生するCMOS形式
の基準電圧発生回路であって、前記2つのMOSトラン
ジスタの相互間では一方のトランジスタのドレインと他
方のトランジスタのゲートとが共通接続されると共に;
一方のトランジスタは、ゲートが第1の抵抗を介して
又は直接的に前記カレントミラー回路の一方の電流出力
端に接続され、ドレインが前記第1の抵抗もしくは前記
一方の電流出力端と接続する第2の抵抗を介してゲート
に接続され; 他方のトランジスタは、ドレインが前記カレントミラー
回路の他方の電流出力端に接続され、ソースが直接的に
接地されると共にゲートが前記一方のトランジスタのド
レインに接続され; 出力端子を前記第1の抵抗と前記
カレントミラー回路との接続端又は一方のトランジスタ
のゲートと前記カレントミラー回路との接続端に設けて
ある; ことを特徴とする基準電圧発生回路。
1. The ratio of the gate width W to the gate length L, W / L,
The ability ratio to express 1: K 1 and to the ability ratio and two MOS transistors having different is; ratio K of each different current value of the two MOS transistors 2: before driving in 1
Two MOS transistors with opposite polarities to the two MOS transistors
Comprise; a current mirror circuit of the transistors
CMOS format for generating a reference voltage on a CMOS integrated circuit
A reference voltage generation circuit of, in the mutual two MOS transistors with the gate of the drain and the other transistor of the one transistor are connected in common;
One transistor has a gate connected to one current output terminal of the current mirror circuit via a first resistor or directly, and a drain connected to the first resistor or the first resistor.
Is connected to the gate via a second resistor to be connected to the one current output; the other transistor, a drain connected to the other current output terminal of said current mirror circuit, the source is grounded directly Rutotomoni The gate is the gate of the one transistor.
Is connected to the rain; is provided with output terminals in the connection end between the gate and the current mirror circuit connection end or one transistor of said first resistor and said current mirror circuit; that a reference voltage generator, wherein circuit.
【請求項2】 請求項1に記載の基準電圧発生回路にお
いて; 前記一方のトランジスタは、前記第1及び第2
の抵抗を除去してドレインが直接的にゲートに接続さ
れ; 前記他方のトランジスタは、ソースが前記第2の
抵抗を移設する形式で介在せしめた第3の抵抗を介して
接地される; ことを特徴とする基準電圧発生回路。
2. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the one transistor includes the first and second transistors .
The drain is directly connected to the gate by removing the resistance of the second transistor;
Via a third resistor interposed in the form of relocating the resistor
A reference voltage generating circuit, which is grounded ;
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の基準電圧
発生回路において; 前記出力端子は、前記一方のトラ
ンジスタのドレインと接続した前記他方のトランジスタ
のゲートに設けてある; ことを特徴とする基準電圧発
生回路。
3. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the output terminal is connected to the one of the first and second transformers.
A reference voltage generating circuit provided at a gate of the other transistor connected to a drain of the transistor.
【請求項4】 請求項1に記載の基準電圧発生回路にお
いて; 前記出力端子は、前記第2の抵抗の中点に設け
てある; ことを特徴とする基準電圧発生回路。
4. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the output terminal is provided at a middle point of the second resistor.
【請求項5】 請求項1又は請求項2に記載の基準電圧
発生回路において; 前記他方のトランジスタは、ドレ
インが第4の抵抗を介して前記カレントミラー回路の他
方の電流出力端に接続され; 前記出力端子は、他方の
トランジスタのドレインに設けてある; ことを特徴と
する基準電圧発生回路。
5. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the other transistor has a drain connected to the other current output terminal of the current mirror circuit via a fourth resistor; The reference voltage generating circuit, wherein the output terminal is provided at a drain of the other transistor.
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