JP4097989B2 - Bandgap reference circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精度の良い基準電圧を生成するバンドギャップリファレンス回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のバンドギャップリファレンス回路の一例としては、図3に示すものが知られている。
このバンドギャップリファレンス回路は、図3に示すように、PNP型のトランジスタQ1、Q2をダーリントン接続したダーリントン回路11と、PNP型のトランジスタQ3、Q4をダーリントン接続したダーリントン回路12と、オペアンプ13と、電流源として機能するPチャネル型のMOSトランジスタM1〜M4と、抵抗R1〜R3とを備え、これらにより基準電圧を発生するようになっている。
【0003】
ここで、トランジスタQ1とトランジスタQ2のサイズは同一であり、トランジスタQ3とトランジスタQ4のサイズは同一である。また、トラジスタQ3、Q4のエミッタ面積は、トランジスタQ1、Q2のエミッタ面積のN(Nは正の整数)倍である。さらに、MOSトランジスタM1〜M4の各サイズは同一である。
【0004】
さらに詳述すると、トランジスタQ1のコレクタは接地され、そのベースはトランジスタQ2のエミッタに接続されている。トランジスタQ1のエミッタは、抵抗R1およびMOSトランジスタM1を介して電源電圧VDDが供給されるようになっている。トランジスタQ2のコレクタは接地され、そのベースはトランジスタQ3のベースに接続されるとともに接地されている。トランジスタQ2のエミッタは、トランジスタQ1のベースに接続されるとともに、MOSトランジスタM2を介して電源電圧VDDが供給されるようになっている。
【0005】
トランジスタQ3のコレクタは接地され、そのベースはトランジスタQ2のベスに接続されるとともに接地されている。トランジスタQ3のエミッタは、トランジスタQ4のベースに接続されるとともに、MOSトランジスタM3を介して電源電圧VDDが供給されるようになっている。トランジスタQ4のコレクタは接地され、そのベースはトランジスタQ3のエミッタに接続されている。トランジスタQ4のエミッタは、抵抗R3、抵抗R2およびMOSトランジスタM4を介して電源電圧VDDが供給されるようになっている。
【0006】
オペアンプ13は、トランジスタQ1のエミッタと抵抗R1との接続点の電位と、抵抗R2と抵抗R3との接続点の電位とに基づいてMOSトランジスタM1〜M4のゲート電圧を制御する制御電圧を発生し、これによりMOSトランジスタM1〜M4に流れる電流を制御するようになっている。
このため、オペアンプ13の−入力端子はトランジスタQ1のエミッタと抵抗R1との接続点と接続され、その+入力端子は抵抗R2と抵抗R3との接続点と接続され、その出力端子はMOSトランジスタM1〜M4の各ゲート端子にそれぞれ接続されている。
【0007】
さらに、MOSトランジスタM4のドレインと抵抗R2との接続点が出力端子18に接続され、この出力端子18から所望の出力電圧Voutが得られるようになっている。
次に、このような構成からなるバンドギャップリファレンス回路の動作例について説明する。
【0008】
まず、電流源を構成するMOSトランジスタM1〜M4に流れる電流をI1〜I4とし、この各電流I1〜I4が対応するトランジスタQ1〜Q4にそれぞれ供給されるものとする。
また、トランジスタQ1のベースとエミッタとの間の電圧をVBE(Q1)、トランジスタQ2のベースとエミッタとの間の電圧をVBE(Q2)とすると、トランジスタQ1のエミッタと抵抗R1の接続点のノード電圧VN1は、次式のようになる。
【0009】
VN1=VBE(Q1)+VBE(Q2)・・・・(1)
ここで、トランジスタQ1、Q2は、MOSトランジスタM1、M2から供給される電流I1、I2が等しく、トランジスタサイズも等しいので、VBE(Q1)=VBE(Q2)となる。この結果、(1)式のノード電圧VN1は、次式で表すことができる。
【0010】
VN1=2×VBE(Q1)・・・・(2)
一方、トランジスタQ3のベースとエミッタとの間の電圧をVBE(Q3)、トランジスタQ4のベースとエミッタとの間の電圧をVBE(Q4)とすると、トランジスタQ4のエミッタと抵抗R3の接続点のノード電圧VN2は、次式のようになる。
【0011】
VN2=VBE(Q3)+VBE(Q4)・・・・(3)
ここで、トランジスタQ3、Q4は、MOSトランジスタM3、M4から供給される電流I3、I4が等しく、トランジスタサイズも等しいので、VBE(Q3)=VBE(Q4)となる。この結果、(3)式のノード電圧VN2は、次式で表すことができる。
【0012】
VN2=2×VBE(Q4)・・・・(4)
トランジスタQ4のエミッタ面積は、トランジスタQ1のエミッタ面積のN倍であるので、トランジスタQ1のベースとエミッタとの間の電圧VBE(Q1)と、トランジスタQ1のベースとエミッタとの間の電圧VBE(Q4)との電位差ΔVBEは、次式となる。
【0013】
ΔVBE=VBE(Q1)−VBE(Q4)・・・・(5)
この(5)式をVBE(Q4)について解くと、次式となる。
VBE(Q4)=VBE(Q1)−ΔVBE・・・・(6)
(4)式に(6)式を代入すると、(4)式は次式となる。
VN2=2{VBE(Q1)−ΔVBE}・・・・(7)
抵抗R3に電流I4が流れることにより、その抵抗R3の両端に次式の電圧VR3が発生する。
【0014】
VR3=I4×R3・・・・(8)
抵抗R2と抵抗R3の接続点のノード電圧VN3は、(7)式および(8)式から次式となる。
VN3=2{VBE(Q1)−ΔVBE}+(I4×R3)・・・・(9)
ここで、ノード電圧VN1とノード電圧VN3とはオペアンプ13に入力されており、オペアンプ13はそのノード電圧VN1とノード電圧VN3とが等しくなるようにMOSトランジスタM1〜M4のゲート電圧を制御する。
【0015】
すなわち、ノード電圧VN3がノード電圧VN1よりも低いときには、オペアンプ13の出力電位PBが下がるので、MOSトランジスタM1〜M4に流れる電流I1〜I4は増加する。この結果、抵抗R3の両端の電圧VR3が増加し、ノード電圧VN3が上がる。逆に、ノード電圧VN1がノード電圧VN3よりも低いときにも同様に動作し、ノード電圧VN1が上がる。従って、VN1=VN3の電位で安定になる。
【0016】
従って(2)式と(9)式とから、VN1=VN3とおいて、これを解くと次式が得られる。
2×ΔVBE=I4×R3・・・・(10)
このような動作により、出力端子18から得られる出力電圧Voutは、(2)式を参照して次式のようになる。
【0017】
Vout=(I4×R2)+VN1=(I4×R2)+{2×VBE(Q1)}・・・・(11)
ここで、(10)式からI4を求めると、次式となる。
I4=(2×ΔVBE)/R3・・・・(12)
この(12)式を(11)式に代入すると、(11)式は次式となる。
【0018】
Vout={(R2/R3)×(2×ΔVBE)}+{2×VBE(Q1)}・・・・(13)
(13)式において、VBE(Q1)は負の温度係数を持ち、ΔVBEは正の温度係数を持つので、(R2/R3)を適当な数値にすることにより、温度係数を打ち消すことができる。
【0019】
このため、このバンドギャップリファレンス回路は、温度に依存することなく所望の出力電圧Voutを発生でき、この出力電圧Voutが基準電圧として使用される。
ところで、(11)式を解くと2つの安定点がある。1つは電流I4がゼロで、ΔVBE=VR3=0の場合である。2つ目は、正常な値の場合である。その電流I4=0の場合を回避するために、スタートアップ回路(図示せず)を設けている。
【0020】
なお、抵抗R1の抵抗値と抵抗R2の抵抗値とを等しくすると、VN1=VN3であってI1=I4であるので、MOSトランジスタM1のドレインと抵抗R1の接続点のノード電圧VN4と、出力電圧Voutが等しくなる。MOSトランジスタM1またはMOSトランジスタM4で構成された電流源が理想的でない場合(出力抵抗が有限)でも、I1=I4とするために、抵抗R1が挿入されている。
【0021】
次に、電源の立ち上げ、ノイズなどに起因して、オペアンプ13の出力電圧PBが、VSS=0〔V〕になった場合の動作について説明する。
この場合には、MOSトランジスタM1〜M4は線形領域となり、電流源動作ではなく、抵抗動作となる。
また、このときの各MOSトランジスタM1〜M4がトランジスタQ1〜Q4に供給する電流I1〜I4は、正常動作時よりも大きくなり、MOSトランジスタM1〜M4の抵抗値をRM1〜RM4とすると、次のようになる。
ここで、RM1≪R1である。
【0022】
ここで、RM4≪(R2+R3)である。
【0023】
また、RM1〜RM4≪R1〜R3の関係にあるので、I2、I3≫I1、I4となる。
とすると、I2、I3は上記のように大きいので、ΔVBEも大きくなる。このとき、ノード電圧VN3は、(3)式、(8)式および(17)式を参照して求めると次の(21)式のようになる。
【0024】
ここで、ΔVBE=VBE(Q1)+VBE(Q2)−{VBE(Q3)+VBE(Q4)}=VN1−{VBE(Q3)+VBE(Q4)}である。
【0025】
従って、(21)式からノード電圧VN3とノード電圧VN1の差の電圧(VN3−VN1)を求めると、次の(22)式のようになる。
(VN3−VN1)={VDD−〔VBE(Q4)+VBE(Q3)〕}/{R3/(R2+R3)}−ΔVBE・・・・(22)
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、(22)式において、R3/(R2+R3)は温度特性を打ち消すために決められ、一般に1/10〜1/5程度である。
このため、{VDD−〔VBE(Q4)+VBE(Q3)〕}/{R3/(R2+R3)}<ΔVBEとなり得る。
【0027】
このようにVN3−VN1<0なってVN3<VN1となると、オペアンプ13の出力電圧PBは下がろうとするので、VSS=0になったままである。この結果、この異常状態から抜け出すことができない。
一方、電源電圧VDDが高くなると、{VDD−〔VBE(Q4)+VBE(Q3)〕}/{R3/(R2+R3)}の増加の方が、ΔVBEの増加よりも大きい。このため、VN3−VN1>0となってVN3>VN1となり、オペアンプ13の出力電圧PBが上がるので、正常動作をする。
【0028】
つまり、低電圧動作の回路では上述のような異常動作が起こり易く、低電圧動作の回路設計を困難にするという、不都合があった。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、電源の立ち上げや雑音などに起因する低電圧での異常動作の発生を防止し、より低電圧の下で安定動作する回路設計が実現できるバンドギャップリファレンス回路を提供することにある。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して本発明の目的を達成するために、請求項1〜請求項3に記載の発明は、以下のように構成した。
すなわち、請求項1に記載の発明は、同一のサイズからなる第1のトランジスタ及び第2のトランジスタをダーリントン接続した第1のダーリントン回路と、前記第1のトランジスタに直列に接続されて第1のトランジスタに電流を供給する第1の電流源と、前記第2のトランジスタに直列に接続されて第2のトランジスタに電流を供給する第2の電流源と、前記第1および第2のトランジスタのN(Nは2以上の整数)倍のサイズからなる第3のトランジスタ及び第4のトランジスタをダーリントン接続し、かつ前記第1のトランジスタのベースと前記第3のトランジスタのベースとを共通接続した第2のダーリントン回路と、前記第3のトランジスタに直列に接続されて第3のトランジスタに電流を供給する第3の電流源と、前記第4のトランジスタに直列に接続される第1の抵抗及び第2の抵抗と、前記第4のトランジスタと前記第1及び第2の抵抗を介して直列に接続され、その第4のトランジスタに電流を供給する第4の電流源と、前記第1のトランジスタと前記第1の電流源の接続点の電位と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗の接続点の電位が同じになるように、前記第1、前記第2、前記第3及び前記第4の電流源の各電流を制御する電流制御手段と、を有するバンドギャップリファレンス回路において、前記第2及び第3の電流源から供給される各電流をそれぞれ制限する電流制限手段を備えたことを特徴とするものである。
【0030】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のバンドギャップリファレンス回路において、前記電流制限手段は、前記第2の電流源と前記第2のトランジスタとの間に介在させ、前記第2の電流源が供給する電流を制限する第1の電流制限抵抗と、前記第3の電流源と前記第3のトランジスタとの間に介在させ、前記第3の電流源が供給する電流を制限する第2の電流制限抵抗と、からなることを特徴とするものである。
【0031】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のバンドギャップリファレンス回路において、前記電流制限手段は、前記第2の電流源と前記第2のトランジスタとの間に介在させ、前記第2の電流源が供給する電流を制限する第1のMOSトランジスタと、前記第3の電流源と前記第3のトランジスタとの間に介在させ、前記第3の電流源が供給する電流を制限する第2のMOSトランジスタと、からなることを特徴とするものである。
【0032】
このような構成からなる本発明によれば、電源の立ち上げや雑音などに起因する低電圧での異常動作の発生を防止でき、より低電圧の下で安定動作する回路設計が実現できる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバンドギャップリファレンス回路の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明のバンドギャップリファレンス回路の第1実施形態の構成を示す回路図である。
【0034】
この第1実施形態に係るバンドギャップリファレンス回路は、図1に示すように、PNP型のトランジスタQ1、Q2をダーリントン接続したダーリントン回路11と、PNP型のトランジスタQ3、Q4をダーリントン接続したダーリントン回路12と、電流制御手段として機能するオペアンプ(演算増幅器)13と、電流源として機能するPチャネル型のMOSトランジスタM1〜M4と、抵抗R1〜R3と、電流制限抵抗R11、R12とを備え、これらにより基準電圧を生成するようになっている。
【0035】
ここで、トランジスタQ1とトランジスタQ2のサイズは同一であり、トランジスタQ3とトランジスタQ4のサイズは同一である。また、トラジスタQ3、Q4のエミッタ面積は、トランジスタQ1、Q2のエミッタ面積のN(Nは正の整数)倍である。さらに、MOSトランジスタM1〜M4の各サイズは同一である。
【0036】
このように、この第1実施形態に係るバンドギャップリファレンス回路は、その主要部が図3に示すバンドギャップリファレンス回路と同様に構成され、電流制限抵抗R11、R12を追加した点が異なる。
従って、以下ではその同様に構成される部分の説明は省略し、その電流制限抵抗R11、R12について主に説明する。
【0037】
電流制限抵抗R11、R12は、後述のように、電源の立ち上げ時などにおいて、オペアンプ13の出力電圧PBがVSS=0〔V〕になったときに、MOSトランジスタM2、M3がトランジスタQ2、Q3に供給する電流I2、I3を制限して、VN3<VN1となるのを防止し、動作の安定化を図るようにするものである。
【0038】
このため、電流制限抵抗R11は、第2の電流源であるMOSトランジスタM2がトランジスタQ2に供給する電流を制限する抵抗であり、MOSトランジスタM2とトランジスタQ2との間に挿入されている。すなわち、電流制限抵抗R11は、MOSトランジスタM2のドレインとトランジスタQ2のエミッタとの間に接続されている。
【0039】
また、電流制限抵抗R12は、第3の電流源であるMOSトランジスタM3がトランジスタQ3に供給する電流を制限する抵抗であり、MOSトランジスタM3とトランジスタQ3との間に挿入されている。すなわち、電流制限抵抗R12は、MOSトランジスタM3のドレインとトランジスタQ3のエミッタとの間に接続されている。
【0040】
次に、このような構成からなる第1実施形態において、電源の立ち上げ、ノイズなどに起因して、オペアンプ13の出力電圧PBが、VSS=0〔V〕になった場合の動作について説明する。
この場合には、MOSトランジスタM1〜M4は線形領域となり、電流源動作ではなく、抵抗動作となる。
【0041】
また、このときの各MOSトランジスタM1〜M4がトランジスタQ1〜Q4に供給する電流I1〜I4は、正常動作時よりも大きくなり、MOSトランジスタM1〜M4の抵抗値をRM1〜RM4とすると、次のようになる。
ここで、RM1≪R1である。
【0042】
ここで、RM2≪R11である。
ここで、RM3≪R12である。
【0043】
I4={VDD−(VBE(Q4)+VBE(Q3)}/(RM4+R2+R3)≒{VDD−(VBE(Q4)+VBE(Q3)}/(R2+R3)・・・・(26)
ここで、RM4≪(R2+R3)である。
RM1〜RM4≪R1〜R3の関係にあるが、電流制限抵抗R11、R12の抵抗値を適当に選ぶと、MOSトランジスタM1〜M4に流れる電流I1、I2、I3、I4は、ほぼ同じ電流値にすることができる。
【0044】
また、電流I1〜I4はあまり大きな値にならないので、ΔVBE1=VBE(Q2)−VBE(Q3)と、ΔVBE2=VBE(Q1)−VBE(Q4)はあまり大きくならない。この結果、ΔVBE=ΔVBE1+ΔVBE2も大きくならない。
このとき、ノード電圧VN3は、次の(27)式のようになる。
【0045】
ここで、ΔVBE=VBE(Q1)+VBE(Q2)−{VBE(Q3)+VBE(Q4)}=VN1−{VBE(Q3)+VBE(Q4)}である。
【0046】
従って、(27)式からノード電圧VN3とノード電圧VN1の差の電圧(VN3−VN1)を求めると、次の(28)式のようになる。
(VN3−VN1)={VDD−〔VBE(Q4)+VBE(Q3)〕}/{R3/(R2+R3)}−ΔVBE・・・・(28)
ところで、(28)式において、R3/(R2+R3)は温度特性を打ち消すために決められ、一般に1/10〜1/5程度である。しかし、上記のようにΔVBEがあまり大きくならない。
【0047】
このため、従来のように{VDD−〔VBE(Q4)+VBE(Q3)〕}/{R3/(R2+R3)}<ΔVBEにはならないので、VN3−VN1<0にもならない。
この結果、容易にVN3−VN1>0となるので、つまりVN3>VN1となるので、これによりオペアンプ13の出力電圧PBは上がり、出力電圧PBはVSS=0の状態から抜け出すことができる。このため、正常な安定点となり、正常な動作になる。
【0048】
以上説明したように、この第1実施形態では、MOSトランジスタM2、M3がトランジスタQ1〜Q4に供給する電流I2、I3を制限する電流制限抵抗R11、R12を備えるようにした。このため、電源の立ち上げや雑音などに起因する低電圧での異常動作の発生を防止でき、これにより、より低電圧の下で安定動作する回路設計が実現できる。
【0049】
次に、本発明のバンドギャップリファレンス回路の第2実施形態について、図2を参照して説明する。
この第2実施形態に係るバンドギャップリファレンス回路は、図2に示すように、図1の第1実施形態の電流制限抵抗R11、R12を、電流制限用のMOSトランジスタM11、M12に置き換えたものである。
【0050】
さらに詳述すると、MOSトランジスタM11は、第2の電流源であるMOSトランジスタM2がトランジスタQ2に供給する電流を制限するものであり、MOSトランジスタM2とトランジスタQ2との間に挿入されている。すなわち、MOSトランジスタM11のソースはMOSトランジスタM2のドレインと接続され、MOSトランジスタM11のドレインはトランジスタQ2のエミッタに接続されている。
【0051】
MOSトランジスタM12は、第3の電流源であるMOSトランジスタM3がトランジスタQ3に供給する電流を制限するものであり、MOSトランジスタM3とトランジスタQ3との間に挿入されている。すなわち、MOSトランジスタM12のソースはMOSトランジスタM3のドレインと接続され、MOSトランジスタM12のドレインはトランジスタQ3のエミッタに接続されている。
【0052】
さらに、MOSトランジスタM11、12の各ゲートは、MOSトランジスタM13のゲートに接続され、これによりMOSトランジスタM11、12の抵抗値が任意に設定できるようになっている。MOSトランジスタ13は、ソースに電源電圧VDDが供給され、ドレインは電流源19を介して接地され、ゲートとドレインが共通接続されている。
【0053】
このような構成からなる第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源の立ち上げや雑音などに起因する低電圧での異常動作の発生を防止でき、より低電圧の下で安定動作する回路設計が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバンドギャップリファレンス回路の第1実施形態の構成を示す回路図である。
【図2】本発明のバンドギャップリファレンス回路の第2実施形態の構成を示す回路図である。
【図3】従来のバンドギャップリファレンス回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
Q1〜Q6 トランジスタ
M1〜M4 MOSトランジスタ(電流源)
R1〜R3 抵抗
R11、R12 電流制限抵抗
M11、M12 電流制限用のMOSトランジスタ
11、12 ダーリントン回路
13 オペアンプ(電流制御手段)
18 出力端子
19 電流源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bandgap reference circuit that generates an accurate reference voltage.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional band gap reference circuit, the one shown in FIG. 3 is known.
As shown in FIG. 3, the band gap reference circuit includes a Darlington
[0003]
Here, the sizes of the transistors Q1 and Q2 are the same, and the sizes of the transistors Q3 and Q4 are the same. The emitter areas of the transistors Q3 and Q4 are N (N is a positive integer) times the emitter area of the transistors Q1 and Q2. Further, the sizes of the MOS transistors M1 to M4 are the same.
[0004]
More specifically, the collector of the transistor Q1 is grounded, and its base is connected to the emitter of the transistor Q2. The emitter of the transistor Q1 is supplied with the power supply voltage VDD via the resistor R1 and the MOS transistor M1. The collector of the transistor Q2 is grounded, and its base is connected to the base of the transistor Q3 and grounded. The emitter of the transistor Q2 is connected to the base of the transistor Q1, and the power supply voltage VDD is supplied via the MOS transistor M2.
[0005]
The collector of the transistor Q3 is grounded, and its base is connected to the base of the transistor Q2 and grounded. The emitter of the transistor Q3 is connected to the base of the transistor Q4, and the power supply voltage VDD is supplied via the MOS transistor M3. The collector of the transistor Q4 is grounded, and its base is connected to the emitter of the transistor Q3. The emitter of the transistor Q4 is supplied with the power supply voltage VDD via the resistor R3, the resistor R2, and the MOS transistor M4.
[0006]
The
Therefore, the negative input terminal of the
[0007]
Further, a connection point between the drain of the MOS transistor M4 and the resistor R2 is connected to the
Next, an operation example of the band gap reference circuit having such a configuration will be described.
[0008]
First, currents flowing through the MOS transistors M1 to M4 constituting the current source are I1 to I4, and the currents I1 to I4 are supplied to the corresponding transistors Q1 to Q4, respectively.
Further, if the voltage between the base and the emitter of the transistor Q1 is VBE (Q1) and the voltage between the base and the emitter of the transistor Q2 is VBE (Q2), the node at the connection point between the emitter of the transistor Q1 and the resistor R1 The voltage VN1 is as follows.
[0009]
VN1 = VBE (Q1) + VBE (Q2) (1)
Here, the transistors Q1 and Q2 have the same currents I1 and I2 supplied from the MOS transistors M1 and M2 and the same transistor size, so that VBE (Q1) = VBE (Q2). As a result, the node voltage VN1 in the equation (1) can be expressed by the following equation.
[0010]
VN1 = 2 × VBE (Q1) (2)
On the other hand, if the voltage between the base and the emitter of the transistor Q3 is VBE (Q3) and the voltage between the base and the emitter of the transistor Q4 is VBE (Q4), the node of the connection point between the emitter of the transistor Q4 and the resistor R3 The voltage VN2 is as follows.
[0011]
VN2 = VBE (Q3) + VBE (Q4) (3)
Here, the transistors Q3 and Q4 have the same currents I3 and I4 supplied from the MOS transistors M3 and M4 and the same transistor size, so that VBE (Q3) = VBE (Q4). As a result, the node voltage VN2 in the equation (3) can be expressed by the following equation.
[0012]
VN2 = 2 × VBE (Q4) (4)
Since the emitter area of the transistor Q4 is N times the emitter area of the transistor Q1, the voltage VBE (Q1) between the base and emitter of the transistor Q1 and the voltage VBE (Q4 between the base and emitter of the transistor Q1) ) And the potential difference ΔVBE with the following equation.
[0013]
ΔVBE = VBE (Q1) −VBE (Q4) (5)
When this equation (5) is solved for VBE (Q4), the following equation is obtained.
VBE (Q4) = VBE (Q1) −ΔVBE (6)
Substituting equation (6) into equation (4), equation (4) becomes the following equation.
VN2 = 2 {VBE (Q1) −ΔVBE} (7)
When the current I4 flows through the resistor R3, a voltage VR3 of the following expression is generated at both ends of the resistor R3.
[0014]
VR3 = I4 × R3 (8)
The node voltage VN3 at the connection point of the resistors R2 and R3 is expressed by the following equation from the equations (7) and (8).
VN3 = 2 {VBE (Q1) −ΔVBE} + (I4 × R3) (9)
Here, the node voltage VN1 and the node voltage VN3 are input to the
[0015]
That is, when the node voltage VN3 is lower than the node voltage VN1, the output potential PB of the
[0016]
Therefore, from the equations (2) and (9), when VN1 = VN3 and solving this, the following equation is obtained.
2 × ΔVBE = I4 × R3 (10)
With such an operation, the output voltage Vout obtained from the
[0017]
Vout = (I4 × R2) + VN1 = (I4 × R2) + {2 × VBE (Q1)} (11)
Here, when I4 is obtained from the equation (10), the following equation is obtained.
I4 = (2 × ΔVBE) / R3 (12)
When this equation (12) is substituted into equation (11), equation (11) becomes the following equation.
[0018]
Vout = {(R2 / R3) × (2 × ΔVBE)} + {2 × VBE (Q1)} (13)
In equation (13), VBE (Q1) has a negative temperature coefficient, and ΔVBE has a positive temperature coefficient. Therefore, the temperature coefficient can be canceled by setting (R2 / R3) to an appropriate value.
[0019]
Therefore, this band gap reference circuit can generate a desired output voltage Vout without depending on temperature, and this output voltage Vout is used as a reference voltage.
By the way, when the equation (11) is solved, there are two stable points. One is the case where the current I4 is zero and ΔVBE = VR3 = 0. The second case is a normal value. In order to avoid the case where the current I4 = 0, a startup circuit (not shown) is provided.
[0020]
If the resistance value of the resistor R1 is equal to the resistance value of the resistor R2, VN1 = VN3 and I1 = I4. Therefore, the node voltage VN4 at the connection point between the drain of the MOS transistor M1 and the resistor R1 and the output voltage Vout becomes equal. Even when the current source composed of the MOS transistor M1 or the MOS transistor M4 is not ideal (the output resistance is finite), the resistor R1 is inserted so that I1 = I4.
[0021]
Next, an operation when the output voltage PB of the
In this case, the MOS transistors M1 to M4 are in a linear region, and not a current source operation but a resistance operation.
Further, currents I1 to I4 supplied to the transistors Q1 to Q4 by the MOS transistors M1 to M4 at this time are larger than those during normal operation, and the resistance values of the MOS transistors M1 to M4 are RM1 to RM4. It becomes like this.
Here, RM1 << R1.
[0022]
Here, RM4 << (R2 + R3).
[0023]
Since RM1 to RM4 << R1 to R3, I2, I3 >> I1, I4.
Then, since I2 and I3 are large as described above, ΔVBE also becomes large. At this time, the node voltage VN3 can be obtained by the following equation (21) by referring to the equations (3), (8), and (17).
[0024]
Here, ΔVBE = VBE (Q1) + VBE (Q2) − {VBE (Q3) + VBE (Q4)} = VN1− {VBE (Q3) + VBE (Q4)}.
[0025]
Accordingly, when the voltage (VN3−VN1) of the difference between the node voltage VN3 and the node voltage VN1 is obtained from the equation (21), the following equation (22) is obtained.
(VN3−VN1) = {VDD− [VBE (Q4) + VBE (Q3)]} / {R3 / (R2 + R3)} − ΔVBE (22)
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the equation (22), R3 / (R2 + R3) is determined in order to cancel the temperature characteristic, and is generally about 1/10 to 1/5.
For this reason, {VDD− [VBE (Q4) + VBE (Q3)]} / {R3 / (R2 + R3)} <ΔVBE.
[0027]
As described above, when VN3−VN1 <0 and VN3 <VN1, the output voltage PB of the
On the other hand, when the power supply voltage VDD increases, the increase in {VDD− [VBE (Q4) + VBE (Q3)]} / {R3 / (R2 + R3)} is larger than the increase in ΔVBE. For this reason, VN3−VN1> 0 and VN3> VN1, and the output voltage PB of the
[0028]
That is, the low voltage operation circuit tends to cause abnormal operation as described above, which makes it difficult to design a low voltage operation circuit.
Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to prevent the occurrence of abnormal operation at a low voltage due to power-up or noise, and to realize a circuit design that operates stably at a lower voltage. The object is to provide a bandgap reference circuit.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the inventions according to claims 1 to 3 are configured as follows.
That is, according to the first aspect of the present invention, the first Darlington circuit in which the first transistor and the second transistor having the same size are Darlington connected, and the first transistor connected in series to the first transistor. A first current source for supplying current to the transistor; a second current source connected in series to the second transistor for supplying current to the second transistor; and N of the first and second transistors A second transistor in which a third transistor and a fourth transistor having a double size (N is an integer of 2 or more) are Darlington-connected, and the base of the first transistor and the base of the third transistor are connected in common. A Darlington circuit, a third current source connected in series to the third transistor and supplying current to the third transistor, and the fourth current source A first resistor and a second resistor connected in series to the transistor, the fourth transistor and the first and second resistors are connected in series, and current is supplied to the fourth transistor. The potential of the connection point of the fourth current source, the first transistor and the first current source, and the potential of the connection point of the first resistor and the second resistor are the same. Current control means for controlling each current of the first, second, third, and fourth current sources, and a bandgap reference circuit that is supplied from the second and third current sources. The present invention is characterized by comprising current limiting means for limiting each current.
[0030]
According to a second aspect of the present invention, in the bandgap reference circuit according to the first aspect, the current limiting means is interposed between the second current source and the second transistor, and A first current limiting resistor for limiting a current supplied from the current source; and a first current limiting resistor interposed between the third current source and the third transistor for limiting the current supplied by the third current source. 2 current limiting resistors.
[0031]
According to a third aspect of the present invention, in the bandgap reference circuit according to the first aspect, the current limiting unit is interposed between the second current source and the second transistor, A first MOS transistor for limiting the current supplied from the current source, and a second MOS transistor interposed between the third current source and the third transistor for limiting the current supplied by the third current source. And a MOS transistor.
[0032]
According to the present invention having such a configuration, it is possible to prevent the occurrence of an abnormal operation at a low voltage due to power-on or noise, and to realize a circuit design that operates stably at a lower voltage.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the band gap reference circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a bandgap reference circuit of the present invention.
[0034]
As shown in FIG. 1, the band gap reference circuit according to the first embodiment includes a
[0035]
Here, the sizes of the transistors Q1 and Q2 are the same, and the sizes of the transistors Q3 and Q4 are the same. The emitter areas of the transistors Q3 and Q4 are N (N is a positive integer) times the emitter area of the transistors Q1 and Q2. Further, the sizes of the MOS transistors M1 to M4 are the same.
[0036]
As described above, the band gap reference circuit according to the first embodiment is configured in the same manner as the band gap reference circuit shown in FIG. 3, except that the current limiting resistors R11 and R12 are added.
Therefore, in the following, description of the similarly configured portion is omitted, and the current limiting resistors R11 and R12 will be mainly described.
[0037]
As will be described later, when the output voltage PB of the
[0038]
For this reason, the current limiting resistor R11 is a resistor that limits the current supplied to the transistor Q2 by the MOS transistor M2 as the second current source, and is inserted between the MOS transistor M2 and the transistor Q2. That is, the current limiting resistor R11 is connected between the drain of the MOS transistor M2 and the emitter of the transistor Q2.
[0039]
The current limiting resistor R12 is a resistor that limits the current supplied to the transistor Q3 by the MOS transistor M3, which is the third current source, and is inserted between the MOS transistor M3 and the transistor Q3. That is, the current limiting resistor R12 is connected between the drain of the MOS transistor M3 and the emitter of the transistor Q3.
[0040]
Next, in the first embodiment having such a configuration, an operation when the output voltage PB of the
In this case, the MOS transistors M1 to M4 are in a linear region, and not a current source operation but a resistance operation.
[0041]
Further, currents I1 to I4 supplied to the transistors Q1 to Q4 by the MOS transistors M1 to M4 at this time are larger than those during normal operation, and the resistance values of the MOS transistors M1 to M4 are RM1 to RM4. It becomes like this.
Here, RM1 << R1.
[0042]
Here, RM2 << R11.
Here, RM3 << R12.
[0043]
I4 = {VDD− (VBE (Q4) + VBE (Q3)} / (RM4 + R2 + R3) ≈ {VDD− (VBE (Q4) + VBE (Q3)} / (R2 + R3)} (26)
Here, RM4 << (R2 + R3).
RM1 to RM4 << R1 to R3, but if the resistance values of the current limiting resistors R11 and R12 are appropriately selected, the currents I1, I2, I3, and I4 flowing through the MOS transistors M1 to M4 have substantially the same current value. can do.
[0044]
Further, since the currents I1 to I4 do not become very large values, ΔVBE1 = VBE (Q2) −VBE (Q3) and ΔVBE2 = VBE (Q1) −VBE (Q4) do not become so large. As a result, ΔVBE = ΔVBE1 + ΔVBE2 does not increase.
At this time, the node voltage VN3 is expressed by the following equation (27).
[0045]
Here, ΔVBE = VBE (Q1) + VBE (Q2) − {VBE (Q3) + VBE (Q4)} = VN1− {VBE (Q3) + VBE (Q4)}.
[0046]
Therefore, when the voltage (VN3−VN1) of the difference between the node voltage VN3 and the node voltage VN1 is obtained from the equation (27), the following equation (28) is obtained.
(VN3−VN1) = {VDD− [VBE (Q4) + VBE (Q3)]} / {R3 / (R2 + R3)} − ΔVBE (28)
By the way, in the equation (28), R3 / (R2 + R3) is determined in order to cancel the temperature characteristic, and is generally about 1/10 to 1/5. However, ΔVBE is not so large as described above.
[0047]
For this reason, since {VDD− [VBE (Q4) + VBE (Q3)]} / {R3 / (R2 + R3)} <ΔVBE as in the conventional case, VN3−VN1 <0 is not satisfied.
As a result, VN3−VN1> 0 is easily satisfied, that is, VN3> VN1, so that the output voltage PB of the
[0048]
As described above, in the first embodiment, the current limiting resistors R11 and R12 for limiting the currents I2 and I3 supplied to the transistors Q1 to Q4 by the MOS transistors M2 and M3 are provided. For this reason, it is possible to prevent an abnormal operation from occurring at a low voltage due to a power-on or noise, thereby realizing a circuit design that operates stably at a lower voltage.
[0049]
Next, a second embodiment of the band gap reference circuit of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the band gap reference circuit according to the second embodiment is obtained by replacing the current limiting resistors R11 and R12 of the first embodiment of FIG. 1 with current limiting MOS transistors M11 and M12. is there.
[0050]
More specifically, the MOS transistor M11 limits the current supplied to the transistor Q2 by the MOS transistor M2, which is the second current source, and is inserted between the MOS transistor M2 and the transistor Q2. That is, the source of the MOS transistor M11 is connected to the drain of the MOS transistor M2, and the drain of the MOS transistor M11 is connected to the emitter of the transistor Q2.
[0051]
The MOS transistor M12 limits the current supplied to the transistor Q3 by the MOS transistor M3, which is the third current source, and is inserted between the MOS transistor M3 and the transistor Q3. That is, the source of the MOS transistor M12 is connected to the drain of the MOS transistor M3, and the drain of the MOS transistor M12 is connected to the emitter of the transistor Q3.
[0052]
Further, the gates of the MOS transistors M11 and M12 are connected to the gate of the MOS transistor M13, whereby the resistance values of the MOS transistors M11 and M12 can be set arbitrarily. In the
[0053]
According to the second embodiment having such a configuration, the same effect as the first embodiment can be obtained.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of abnormal operation at a low voltage due to the start-up of a power supply or noise, and to realize a circuit design that operates stably at a lower voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a bandgap reference circuit of the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a second embodiment of a bandgap reference circuit of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional bandgap reference circuit;
[Explanation of symbols]
Q1 to Q6 Transistors M1 to M4 MOS transistors (current sources)
R1 to R3 Resistors R11 and R12 Current limiting resistors M11 and M12 Current limiting
18
Claims (3)
前記第1のトランジスタに直列に接続されて第1のトランジスタに電流を供給する第1の電流源と、
前記第2のトランジスタに直列に接続されて第2のトランジスタに電流を供給する第2の電流源と、
前記第1および第2のトランジスタのN(Nは2以上の整数)倍のサイズからなる第3のトランジスタ及び第4のトランジスタをダーリントン接続し、かつ前記第1のトランジスタのベースと前記第3のトランジスタのベースとを共通接続した第2のダーリントン回路と、
前記第3のトランジスタに直列に接続されて第3のトランジスタに電流を供給する第3の電流源と、
前記第4のトランジスタに直列に接続される第1の抵抗及び第2の抵抗と、
前記第4のトランジスタと前記第1及び第2の抵抗を介して直列に接続され、その第4のトランジスタに電流を供給する第4の電流源と、
前記第1のトランジスタと前記第1の電流源の接続点の電位と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗の接続点の電位が同じになるように、前記第1、前記第2、前記第3及び前記第4の電流源の各電流を制御する電流制御手段と、を有するバンドギャップリファレンス回路において、
前記第2及び第3の電流源から供給される各電流をそれぞれ制限する電流制限手段を備えたことを特徴とするバンドギャップリファレンス回路。A first Darlington circuit in which a first transistor and a second transistor having the same size are connected by Darlington;
A first current source connected in series to the first transistor to supply current to the first transistor;
A second current source connected in series to the second transistor for supplying current to the second transistor;
A third transistor and a fourth transistor having a size N (N is an integer greater than or equal to 2) times the first and second transistors are Darlington-connected, and the base of the first transistor and the third transistor A second Darlington circuit commonly connected to the bases of the transistors;
A third current source connected in series to the third transistor for supplying current to the third transistor;
A first resistor and a second resistor connected in series to the fourth transistor;
A fourth current source connected in series with the fourth transistor via the first and second resistors and supplying a current to the fourth transistor;
The first, second, A band gap reference circuit having current control means for controlling each current of the third and fourth current sources;
A bandgap reference circuit comprising current limiting means for limiting each current supplied from the second and third current sources.
前記第2の電流源と前記第2のトランジスタとの間に介在させ、前記第2の電流源が供給する電流を制限する第1の電流制限抵抗と、
前記第3の電流源と前記第3のトランジスタとの間に介在させ、前記第3の電流源が供給する電流を制限する第2の電流制限抵抗と、
からなることを特徴とする請求項1に記載のバンドギャップリファレンス回路。The current limiting means includes
A first current limiting resistor interposed between the second current source and the second transistor to limit a current supplied by the second current source;
A second current limiting resistor interposed between the third current source and the third transistor for limiting a current supplied by the third current source;
The band gap reference circuit according to claim 1, comprising:
前記第2の電流源と前記第2のトランジスタとの間に介在させ、前記第2の電流源が供給する電流を制限する第1のMOSトランジスタと、
前記第3の電流源と前記第3のトランジスタとの間に介在させ、前記第3の電流源が供給する電流を制限する第2のMOSトランジスタと、
からなることを特徴とする請求項1に記載のバンドギャップリファレンス回路。The current limiting means includes
A first MOS transistor that is interposed between the second current source and the second transistor and limits a current supplied by the second current source;
A second MOS transistor that is interposed between the third current source and the third transistor and limits a current supplied by the third current source;
The band gap reference circuit according to claim 1, comprising:
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