JP4476276B2 - バンドギャップ基準電圧回路および温度曲率補正された基準電圧の生成方法 - Google Patents
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Description
に関する。
少なくとも一つの第1トランジスタと該少なくとも一つの第1トランジスタと協調動作する少なくとも一つの第2トランジスタとを備え、前記第1及び第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に比例した補正PTAT電圧を発生させるためのステップと、
前記少なくとも一つの第1トランジスタと前記少なくとも一つの第2トランジスタとにPTAT電流をそれぞれ供給するステップと、
前記補正PTAT電圧を発生させるために前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作される電流密度よりも低い電流密度で前記少なくとも一つの第2トランジスタを動作させるステップと、
前記基準電圧を発生させるために前記補正PTAT電圧を未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と結合するステップとを含み、
該方法は、更に、
CTAT補正電流を、前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記補正PTAT電圧を発生させるために前記PTAT電流と共に前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つに供給し、これにより、前記補正PTAT電圧が前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と結合されると、前記発生された基準電圧が温度的に安定であり且つTlnT温度曲率が補正されるステップを含む。
少なくとも一つの第1トランジスタと該少なくとも一つの第1トランジスタと協調動作する少なくとも一つの第2トランジスタとを備え、前記第1トランジスタ及び第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に比例したPTAT電圧を発生させるためのステップと、
前記少なくとも一つの第1トランジスタと前記少なくとも一つの第2トランジスタとにPTAT電流をそれぞれ供給するステップと、
前記第1及び第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に比例した前記PTAT電圧を発生させるために前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作される電流密度よりも低い電流密度で前記少なくとも一つの第2トランジスタを動作させるステップとを含み、
該方法は、更に、
前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記PTAT電圧を発生させるために前記PTAT電流と共にCTAT補正電流を前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つに供給するステップを含む。
絶対温度T°ケルビンでのバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧の公知の数式は次のようである。
VG0は、シリコンについて約1.205Vを仮定した場合のバンドギャップエネルギー電圧である。
Tは、度ケルビンでの動作絶対温度である。
T0は、度ケルビンでの基準温度(通常、動作温度範囲の中間点)である。
Vbe0は、基準温度T0でのバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧である。
kは、ボルツマン定数である。
qは、電子の電荷量である。
σは、飽和電流温度指数(SPICE TM 回路シミュレーションプログラムではXTIと称され、拡散シリコン接合については約4の値を有する)である。
Icは、バイポーラトランジスタのコレクタ電流である。
Ic0は、基準温度T0でのバイポーラトランジスタのコレクタ電流である。
第1トランジスタQ1,Q2および第2トランジスタQ4は、次のように、PTAT電流でバイアスされる。
最低位の第1トランジスタQ1については次の式である。
最低位の第1トランジスタQ1については次の式である。
従って、主抵抗R1を通じて発生される電圧ΔVbeは次の数式で与えられる。
IsQ1=IsQ2=Is
最低位の第2トランジスタQ3は、最低位の第1トランジスタQ1のエミッタ面積よりもn1倍大きなエミッタ面積を有するので、最低位の第2トランジスタQ3についての飽和電流は次のようになる。
IsQ3=n1Is
最高位の第2トランジスタQ4についての飽和電流は次のようになる。
IsQ4=n2Is
Ic1=(n3−1)If+If=n3If
最高位の第1トランジスタQ2についてのコレクタ電流は次のようになる。
Ic2=n4If
最低位の第2トランジスタQ3は、If(PTAT)のコレクタ電流にCTAT補正電流Icrをプラスしたものを有し、CTAT補正電流Icr=Vbe1/R2であり、ここで、R2は抵抗R2の抵抗値である。
最高位の第2トランジスタQ4のコレクタ電流はIc4=Ifである。
数式(15)は次のように書き直すことができる。
最低位の第2トランジスタQ3のエミッタ電流は一定であるから、数式(6)の第2トランジスタQ3のエミッタ電流の負温度指数nはゼロに等しい。
従って、Bをゼロに等しくし、且つnをゼロに等しくすると、数式(18)は次のようになる。
もし、
上述のことから、補正PTAT電圧の必要な利得が主として主抵抗R1の抵抗値に対する副抵抗R3の抵抗値の比および電流比n3から得られる事により、第2トランジスタQ3,Q4に必要とされるトランジスタ面積が比較的小さいので、一定の温度的に独立な電流を最低位の第2トランジスタQ3のエミッタに強制的に供給するオプションが、集積回路チップのシリコン面積が重要な要素である場合に好ましいオプションであることが明らかになるであろう。主にCTAT補正電流を最低位の第2トランジスタQ3のエミッタに強制的に供給するオプションは、第2トランジスタQ3,Q4に利用可能なシリコン面積が重要でない場合に好ましいオプションであろう。CTAT補正電流を最低位の第2トランジスタQ3に強制的に供給する後者のオプションは、第1および第2カレントミラー回路および演算増幅器A1のオフセットの影響を受けにくい。
最終テスト(final test)と実装(packaging)中に第1DAC 23および第2DAC 24をプログラムするための不揮発性メモリ(図示なし)が備えられる。
また、演算増幅器の他に第1電圧レベルを発生させるための他の手段が使用できることも理解される。
7 バンドギャップセル
8 第1トランジスタスタック
9 第2トランジスタスタック
10 第1カレントミラー回路
12 CTAT電流発生回路
15 第2カレントミラー回路
21 第1較正回路
22 第2較正回路
23 第1プログラマブル電流デジタル/アナログ変換器
24 第2プログラマブル電流デジタル/アナログ変換器
A1 演算増幅器
Claims (35)
- TlnT温度曲率補正を有する温度的に安定な基準電圧を供給するためのバンドギャップ基準電圧回路であって、PTAT電流がそれぞれ供給された少なくとも一つの第1トランジスタと少なくとも一つの第2トランジスタとを備え、前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作する電流密度よりも低い電流密度で動作するように構成されると共に主抵抗を通じて対応のPTAT電流が供給され、前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に対応した補正PTAT電圧を前記主抵抗の端子間に発生させて未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と結合させて前記基準電圧を発生させるために協調動作し、CTAT補正電流は、前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記補正PTAT電圧を前記主抵抗の端子間に発生させるために前記PTAT電流と共に前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つの第2トランジスタに供給され、これにより、前記主抵抗の端子間に発生される前記補正PTAT電圧が前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と結合されると、前記発生された基準電圧が温度的に安定であり且つTlnT温度曲率が補正されるバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記PTAT電流に対する前記CTAT補正電流の比は、前記少なくとも一つの第1トランジスタの面積に対する前記少なくとも一つの第2トランジスタの面積の比に応じて選択される請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記少なくとも一つの第1トランジスタは、第1電圧レベルと第2電圧レベルとの間に接続され、前記第2電圧レベルは前記第1電圧レベルとは異なり、前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベルとの間に前記主抵抗と直列に接続される請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記第1及び第2トランジスタのコレクタは、共通電圧レベルに保持され、前記PTAT電流は、前記第1及び第2トランジスタのエミッタに供給され、前記CTAT補正電流は、前記第2トランジスタのエミッタに供給される請求項3記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記共通電圧レベルは、前記第2電圧レベルと同一である請求項4記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記主抵抗は、前記第1電圧レベルと前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つのエミッタとの間に接続される請求項4記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 副抵抗が備えられ、前記補正PTAT電圧は、前記副抵抗を通して前記主抵抗から反射され、前記副抵抗は、前記トランジスタと協調動作し、その前記未補正ベース・エミッタCTAT電圧は、前記補正PTAT電圧を前記トランジスタの前記未補正ベース・エミッタCTAT電圧と合算して前記基準電圧を発生させるために前記補正PTAT電圧と結合される請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記補正PTAT電圧は、前記主抵抗から前記副抵抗にスケーリングされる請求項7記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- その前記未補正ベース・エミッタCTAT電圧が前記補正PTAT電圧と結合されるべき前記トランジスタは、前記少なくとも一つの第1トランジスタのうちの一つの第1トランジスタである請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記CTAT補正電流は、前記主抵抗から前記副抵抗への前記補正PTAT電圧の利得に応じて選択される請求項7記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記回路は、一つの第1トランジスタと一つの第2トランジスタとを備え、前記第1及び第2トランジスタのベースは前記第2電圧レベルに保持される請求項3記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 複数の第1トランジスタは、前記第1トランジスタのベース・エミッタ電圧が合算されて第1トランジスタスタックのベース・エミッタ電圧を供給するように該第1トランジスタスタックに配置されて備えられ、且つ、複数の第2トランジスタは、該第2トランジスタのベース・エミッタ電圧の和が合算されて第2トランジスタスタックのベース・エミッタ電圧を供給するように該第2トランジスタスタックに配置され、前記第2トランジスタスタックにおける第2トランジスタの数は、前記第1トランジスタスタックにおける第1トランジスタの数に対応し、前記第1及び第2トランジスタにはPTAT電流がそれぞれ供給される請求項3記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 各第1トランジスタのベースは、前記第1トランジスタスタックにおける次に低い第1トランジスタのエミッタに接続され、各第2トランジスタのベースは、前記第2トランジスタスタックにおける次に低い第2トランジスタのエミッタに接続される請求項12記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記主抵抗は、前記第2トランジスタスタックにおける最高位の第2トランジスタと前記第1電圧レベルとの間に接続される請求項12記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記CTAT補正電流は、前記第2トランジスタスタックの最低位の第2トランジスタに供給される請求項12記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記各第1及び第2トランジスタスタックの前記最低位の第1及び第2トランジスタのベースは、前記第2電圧レベルに接続される請求項12記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- その未補正ベース・エミッタCTAT電圧が前記補正PTAT電圧と結合されるべき前記トランジスタは、前記第1トランジスタスタックの前記最低位の第1トランジスタである請求項12記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記CTAT補正電流は、前記補正PTAT電圧が結合される前記トランジスタの前記未補正ベース・エミッタCTAT電圧から引き出される請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記CTAT補正電流を調整するための第1較正回路が備えられた請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記副抵抗を通じて発生される前記補正PTAT電圧を調整するために前記副抵抗を介して供給される前記PTAT電流を調整するための第2較正回路が備えられた請求項7記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記第2較正回路は、前記抵抗に供給される前記PTAT電流を調整するために備えられ、その前記未補正ベース・エミッタCTAT電圧は前記補正PTAT電圧と結合された請求項20記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- 前記回路はCMOSで実施された請求項1記載のバンドギャップ基準電圧回路。
- トランジスタのベース・エミッタCTAT電圧の未補正TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する補正PTAT電圧を発生させるためのPTAT電圧発生回路であって、PTAT電流がそれぞれ供給された少なくとも一つの第1トランジスタと少なくとも一つの第2トランジスタとを備え、前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作する電流密度よりも低い電流密度で動作するように構成されると共に主抵抗を通じて対応のPTAT電流が供給され、前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に対応した補正PTAT電圧を発生させるために協調動作し、CTAT補正電流は、未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記補正PTAT電圧を前記主抵抗の端子間に発生させるために前記PTAT電流と共に前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つの第2トランジスタに供給されるPTAT電圧発生回路。
- 前記PTAT電流に対する前記CTAT電流の比は、前記少なくとも一つの第1トランジスタの面積に対する前記少なくとも一つの第2トランジスタの面積の比に応じて選択される請求項23記載のPTAT電圧発生回路。
- 前記少なくとも一つの第1トランジスタは、第1電圧レベルと第2電圧レベルとの間に接続され、前記第2電圧レベルは前記第1電圧レベルと異なり、前記少なくとも一つの第2トランジスタは、前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベルとの間に前記主抵抗と直列に接続された請求項23記載のPTAT電圧発生回路。
- 前記第1及び第2トランジスタのコレクタは共通電圧レベルに保持され、前記PTAT電流は前記第1及び第2トランジスタのエミッタに供給され、前記CTAT補正電流は前記第2トランジスタのエミッタに供給される請求項24記載のPTAT電圧発生回路。
- 前記共通電圧レベルは前記第2電圧レベルと同一である請求項26記載のPTAT電圧発生回路。
- 複数の第1トランジスタが、該第1トランジスタのベース・エミッタ電圧が合算されて第1トランジスタスタックのベース・エミッタ電圧を供給するように該第1トランジスタスタックに配置されて備えられ、各第1トランジスタのベースが、前記第1トランジスタスタックにおける次に低い第1トランジスタのエミッタに接続され、複数の第2トランジスタが、該第2トランジスタのベース・エミッタ電圧の和が合算されて第2トランジスタスタックのベース・エミッタ電圧を供給するように該第2トランジスタスタックに配置され、各第2トランジスタのベースが、前記第2トランジスタスタックにおける次に低い第2トランジスタのエミッタに接続され、前記第2トランジスタスタックにおける第2トランジスタの数が前記第1トランジスタスタックにおける第1トランジスタの数に対応し、前記第1及び第2トランジスタにはPTAT電流がそれぞれ供給される請求項24記載のPTAT電圧発生回路。
- 前記主抵抗は、前記第2トランジスタスタックにおける最高位の第2トランジスタと前記第1電圧レベルとの間に接続され、前記CTAT補正電流は、前記第2トランジスタスタックの最低位の第2トランジスタに供給され、前記各第1及び第2トランジスタスタックの前記最低位の第1及び第2トランジスタのベースは前記第2電圧レベルに接続された請求項28記載のPTAT電圧発生回路。
- TlnT温度曲率補正を有する温度的に安定なバンドギャップ基準電圧を発生させるための方法であって、
少なくとも一つの第1トランジスタと少なくとも一つの第2トランジスタとにPTAT電流をそれぞれ供給するステップであって、前記少なくとも一つのの第2トランジスタには主抵抗を通じて対応のPTAT電流が供給されるステップと、
前記第1及び第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に対応した補正PTAT電圧を主抵抗の端子間に発生させるために前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタが前記主抵抗と協調動作するように、前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作される電流密度よりも低い電流密度で前記少なくとも一つの第2トランジスタを動作させるステップと、
前記基準電圧を発生させるために前記補正PTAT電圧を未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と結合するステップとを含み、
更に、
CTAT補正電流を、前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記補正PTAT電圧を前記主抵抗の端子間に発生させるために前記PTAT電流と共に前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つの第2トランジスタに供給し、これにより、前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧と前記主抵抗の端子間に発生される前記補正PTAT電圧との結合電圧は、温度的に安定であり且つTlnT温度曲率が補正された基準電圧を供給するステップを含む方法。 - 前記PTAT電流は、前記第1及び第2トランジスタのエミッタに供給され、前記CTAT補正電流は、前記第2トランジスタのエミッタに供給される請求項30記載の方法。
- 前記PTAT電流に対する前記CTAT補正電流の比は、前記少なくとも一つの第2トランジスタの面積に対する前記少なくとも一つの第1トランジスタの面積の比に応じて選択される請求項30記載の方法。
- トランジスタのベース・エミッタCTAT電圧の未補正TlnT温度曲率と相補的な曲率を有するPTAT電圧を発生させるための方法であって、
少なくとも一つの第1トランジスタと少なくとも一つの第2トランジスタとにPTAT電流をそれぞれ供給するステップであって、前記少なくとも一つのの第2トランジスタには主抵抗を通じて対応のPTAT電流が供給されるステップと、
前記少なくとも一つの第1トランジスタ及び前記少なくとも一つの第2トランジスタが、前記第1及び第2トランジスタのベース・エミッタ電圧における差分に対応した補正PTAT電圧を主抵抗の端子間に発生させるために前記主抵抗と協調動作するように、前記少なくとも一つの第1トランジスタが動作される電流密度よりも低い電流密度で前記少なくとも一つの第2トランジスタを動作させるステップとを含み、
更に、
前記未補正トランジスタベース・エミッタCTAT電圧の前記TlnT温度曲率と相補的な曲率を有する前記PTAT電圧を前記主抵抗の端子間に発生させるために前記PTAT電流と共にCTAT補正電流を前記少なくとも一つの第2トランジスタのうちの一つの第2トランジスタに供給するステップを含む方法。 - 前記PTAT電流は前記第1及び第2トランジスタのエミッタに供給され、前記CTAT補正電流は前記第2トランジスタのエミッタに供給される請求項33記載の方法。
- 前記PTAT電流に対する前記CTAT補正電流の比は、前記少なくとも一つの第2トランジスタの面積に対する前記少なくとも一つの第1トランジスタの面積の比に応じて選択される請求項33記載の方法。
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