JP4463112B2 - 高電源電圧除去比(psrr)を有し曲線補正されたバンドギャップ型電圧基準回路 - Google Patents
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Description
本発明は、バンドギャップ型電圧基準回路に関し、特に、高電源電圧除去比(PSRR:Power Supply Rejection Ratio)を有し、曲線補正(curvature correction)されて低ドロップアウトの温度補償式バンドギャップ型電圧基準回路に関する。
バンドギャップ型電圧基準回路は、当該技術において周知である。この回路は、必要な場所に実装して、広い範囲の動作温度にわたって温度に依存しない安定した電源を提供する。通常、この回路の動作は、エミッタ・ベース電圧の負の温度係数(すなわち、CTATまたは絶対温度電圧の補完(Complementary To Absolute Temperature))と、異なる電流密度で動作する2つのトランジスタのエミッタ・ベース電圧差分の正の温度係数(すなわち、PTATまたは絶対温度電圧に比例する(Proportional To Absolute Temperature voltage))とを合成することによって動作して、実質的にゼロ温度係数基準電圧を生成する。
したがって、先行技術に関連する、この問題を克服するように適合された回路および方法を提供することへのニーズがある。
これらおよびその他のニーズは、CMOS技術で実装されるバンドギャップ型電圧基準回路を提供する、本発明の曲線補正方式によって対処される。
本発明の第1の態様によれば、供給電圧を有して、温度曲線補正された出力電圧基準を提供するように適合された、バンドギャップ型電圧基準回路が提供される。この回路は、反転入力ノード、非反転入力ノード、および出力ノードを有する、演算増幅器を含む。
演算増幅器に結合された、第1の組の回路構成要素が、演算増幅器の入力ノードにおいて、PTAT(絶対温度に比例する)電流を生成するように適合されている。CTAT(絶対温度を補完する)電流を生成するように適合された、第2の組の回路構成要素が、フィードバック構成で設けられて、演算増幅器の出力ノードを演算増幅器の入力ノードに結合させる。第1および第2の組の構成要素によって生成されるPTAT電流およびCTAT電流は、出力ノードにおいて出力電圧の温度曲線補正を提供するように演算増幅器の入力ノードにおいて合成され、それによって出力電圧基準ノードにおいて電圧基準を提供する。
通常、第1の組の回路構成要素は、演算増幅器の反転入力ノードに結合された第1の対の直列接続トランジスタ(stacked transistor)と、演算増幅器の非反転入力ノードに結合された第2の対の直列接続トランジスタを含み、第1および第2の直列接続トランジスタ対が、第1の直列接続トランジスタ対と第2の直列接続トラジスタ対の間でPTAT電圧を生成するように、面積がスケーリングされており、PTAT電圧が、演算増幅器の入力ノードにおいてPTAT電流を提供する。
第2の組の回路構成要素は、通常、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいてCTAT電流を提供するように配設される。
好ましい一態様においては、第2の組の回路構成要素は、電流ミラーを含む。望ましくは、第3の直列接続トランジスタ対を、第2の組の回路構成要素内に設けて、電流ミラーを、演算増幅器の出力ノードに結合して、第3の直列接続トランジスタ対の共通ノードを電流ミラーの1つの端子に結合し、それによって、第2の組の回路構成要素が、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいてPTAT電流およびCTAT電流の合成を行い、CTAT電流は、電流ミラーから生成される出力電流によって供給され、PTAT電流は、第3の直列接続トランジスタ対から生成される出力電流によって供給される。
そのような態様において、第2の組の回路構成要素は、第1の組の電流ミラーと接地との間に結合された、第5の抵抗をさらに含み、第1、第2および第5の抵抗は、出力電圧の温度曲線補正をもたらすように適合されている。
本発明のこれら、およびその他の特徴は、以下の図面と説明を参照することによってより詳細に理解されるであろう。
図1および図2は、先行技術について記述したものである。
図3は、基準電圧における温度偏差を補償するように適合された、本発明の回路を示すブロック図300である。その回路は、演算増幅器301、第1の回路ブロック302、および第2の回路ブロック303を含む。第1の回路ブロック302は、演算増幅器301の入力ノードに結合されるときに、バンドギャップ型電圧基準回路を提供するように構成された、第1の組の回路構成要素を含む。望ましくは、このバンドギャップ型電圧基準回路は、演算増幅装置301の入力ノードにおいて、PTAT電流を生成する。本発明によれば、第2の回路ブロック303は、演算増幅器301の出力ノードに結合され、それによってバンドギャップ型電圧基準回路に通常は存在する温度曲線成分を補償する。
Vg0は、絶対ゼロ温度(0K)に外挿したバンドギャップ電圧、
σは、飽和電流温度指数(saturation current temperature exponent)、
Kはボルツマン定数、
Vbel0は、T0におけるVbel、そして
qは電荷である。
この式は、式(4)を代入するとともに、その最後の項を無視することによって、次式のように書き換えることができる。
Vref=2Vg0
この式から、出力電圧曲線項が除去されていることは明らかである。
ここで留意すべきことは、r5をr4と等しく選ぶことによって、Q1がPTAT電流で動作することが保証されることである。抵抗比r2/r1も、ミスマッチを減少させるように、整数比となるように選ぶ必要がある。
この第2の態様は、電流ミラーアーキテクチャによって、図4に記述されている抵抗r5、r6、r7の置換を提供し、このことは、同一の機能を異なる方法で提供する役割をする。図4に関して先に使用したように、この回路は、説明を簡単にするために、構成要素の補正および非補正の組の観点で考えることができる。破線ボックス内に示すのは、以前と同様に、基本バンドギャップ型電圧基準である。それは、4つのバイポーラトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、4つの抵抗r1、r2、r3、r4および演算増幅器Aからなる。
第3の態様の回路動作は、CTAT電流を演算増幅器Aの反転ノードから差し引く代わりに、MP7によって生成されるCTAT電流を同ノードに注入することを除いては、電流第2の態様と同等である。このことは、基準電圧を減少させる効果がある。第2の態様についての同様な分析によって、第3の態様においては、基準電圧は次式で得られる。
Claims (11)
- 演算増幅器に供給される供給電圧を有しており、温度曲線を補正した出力電圧基準を提供するように適合されたバンドギャップ型電圧基準回路であって、反転入力ノード、非反転入力ノード、および出力ノードを有する演算増幅器を含むとともに、
前記演算増幅器に結合されて、前記演算増幅器の入力ノードにおいてPTAT(絶対温度に比例する)電流を生成するように適合された第1の組の回路構成要素、および
フィードバック構成で設けられて、前記演算増幅器の出力ノードを前記演算増幅器の入力ノード側に結合する、第2の組の回路構成要素であって、CTAT(絶対温度を補完する)電流を生成するように適合された、前記第2の組の回路構成要素を含み、
前記第1および第2の組の回路構成要素によって生成される前記PTAT電流およびCTAT電流が、前記出力ノードにおいて出力電圧の温度曲線補正を提供するように、前記演算増幅器の入力ノードにおいて合成され、それによって出力電圧基準ノードにおける電圧基準を提供するものであって、
第1の組の回路構成要素が、演算増幅器の反転入力ノードに結合された第1の対の直列接続トランジスタと、前記演算増幅器の非反転入力ノードに結合された第2の対の直列接続トランジスタとを含み、前記第1および第2の直列接続トランジスタ対が、前記第1の直列接続トランジスタ対と前記第2のトランジスタ対との間でPTAT電圧を生成するように、面積がスケーリングされており、前記PTAT電圧が、前記演算増幅器の入力ノードにおいて前記PTAT電流を提供し、
第2の組の回路構成要素が、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいて、CTAT電流を提供する、
前記バンドギャップ型電圧基準回路。 - 第1の組の回路構成要素および第2の組の回路構成要素が、出力電圧基準ノードに結合されている、請求項1に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第1の組の回路構成要素および第2の組の回路構成要素が、演算増幅器の供給電圧に直接つながってはいない、請求項1に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第1の組の回路構成要素が、第1の抵抗および第2の抵抗をさらに含み、第1の抵抗は、第2の直列接続トランジスタ対の共通ノードと接地との間に設けられており、第2の抵抗は、前記演算増幅器の出力ノードと前記第2の直列接続トランジスタ対の共通ノードとの間に設けられている、請求項3に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第1および第2の抵抗の値が等しく、それによって第2の直列接続トランジスタ対のトランジスタが、PTAT電流で動作することが保証される、請求項4に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第1の組の回路構成要素が、第3および第4の抵抗をさらに含み、前記第3の抵抗は、演算増幅器の出力ノードと前記演算増幅器の反転ノードとの間に結合されており、前記第4の抵抗は、前記反転ノードと前記第1の直列接続トランジスタ対との間に結合されており、前記第3の抵抗と前記第4の抵抗の値の比が、整数比であり、それによってミスマッチが減少するとともに、出力電圧ができる限り正確になることが保証される、請求項5に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第2の組の回路構成要素が、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいて、PTAT電流をさらに提供する、請求項6に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第2の組の回路構成要素が、電流ミラーを含む、請求項4に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第2の組の回路構成要素が、第3の直列接続トランジスタ対をさらに含み、第2の組の回路構成要素である電流ミラーが、演算増幅器の出力ノードに結合され、前記第3の積層トランジスタ対の共通ノードが前記電流ミラーの一端子に結合されており、それによって前記第2の組の回路構成要素が、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいてPTAT電流とCTAT電流の合成を行い、前記CTAT電流は、前記電流ミラーから生成される出力電流によって供給され、前記PTAT電流は、前記第3の直列接続トランジスタ対から生成される出力電流によって供給される、請求項8に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第2の組の回路構成要素が、第1の組の電流ミラーと第2の組の電流ミラーとを有し、前記第1の組の電流ミラーは、第1の直列接続トランジスタ対の共通ノードにおいて電流を提供し、前記第2の組の電流ミラーは、演算増幅器の反転ノードにおいて電流を提供し、前記第1および第2の組の電流ミラーを、それぞれそれらのノードに結合することによって、前記演算増幅器の出力ノードにおける電圧を、所望の値に調整する、請求項8に記載のバンドギャップ型電圧基準回路。
- 第2の組の回路構成要素が、第1の組の電流ミラーと接地との間に結合された、第5の抵抗をさらに含み、第1、第2および第5の抵抗が、出力電圧の温度曲線補正をもたらすように適合されている、請求項10のバンドギャップ型電圧基準回路。
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