JP5801271B2

JP5801271B2 - 基準電圧生成回路

Info

Publication number: JP5801271B2
Application number: JP2012209391A
Authority: JP
Inventors: 竜二藤目; 雅昭森川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: US20140084989A1; US8823444B2; JP2014063431A

Description

一実施形態は基準電圧生成回路に関する。

電池監視用のＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）は基準となる電圧を必要とする。従来、接合型トランジスタのバンドギャップ電圧を用いて基準電圧を生成する回路として、ブロコウ電池（Ｂｒｏｋａｗｃｅｌｌ）を用いた基準電圧生成回路が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この回路においては、基準電圧の温度特性は上に凸の放物線状となる。このため、低温領域及び高温領域での温度特性を補正する温度補償回路を持つことにより、広い温度範囲にわたって平坦な基準電圧を発生するバンドギャップ電圧基準回路が知られている（例えば特許文献２参照）。

すなわちこの基準電圧生成回路においてブロコウ電池は、互いに面積比がＡ（整数）：１であるエミッタ領域を持つ２つのバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２と、これらのトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタ間電圧を差動増幅するオペアンプとを備える。更にブロコウ電池は、このオペアンプの増幅出力をトランジスタＱ１、Ｑ２のベースへ帰還入力するフィードバックループと、トランジスタＱ１のエミッタ及び接地電位間に直列接続された２つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２とを備える。このようなブロコウ電池においては、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧ＶBEは、温度上昇に対して減少する負の温度係数を持つ。また、抵抗器Ｒ２の両端には温度上昇に対して増大する正の温度係数を持つ電圧が発生する。正負の温度係数を持つ両電圧はＲ１、Ｒ２の接続点の電圧に作用する。上記の温度補償回路は、低温領域の温度特性を補償する第１の差動増幅器と、高温領域における温度特性を補償する第２の差動増幅器とを有している。これらの差動増幅器にはそれぞれ定電流源からの電流が供給され、その出力電流はミラー回路に供給され、その出力はブロコウ電池の出力電圧を補正する。

米国特許第３８８７８６３号明細書米国特許第５７６７６６４号明細書

しかし、上述の従来技術では、ブロコウ電池のトランジスタ対Ｑ１、Ｑ２、抵抗器Ｒ１、Ｒ２などの素子特性のバラツキが存在する。Ｑ１、Ｑ２のコレクタ電流のバラツキによって本来温度変化に対しフラットであるべき出力基準電圧の温度特性が正又は負の傾斜で傾く傾向にある。また、素子のバラツキにより補正電流の値もバラツき、一定の基準電圧を高い精度で出力することができない。

具体的には、製造時の素子のバラツキにより、基準電圧は抵抗器Ｒ１とＲ２との接続点に現れる正の温度係数を持つ電圧による寄与と、トランジスタ対Ｑ１、Ｑ２のベース−エミッタ間電圧による寄与とのうちいずれかの寄与分が強まって全体として温度特性が正負の傾斜で傾く。また、温度補償回路の第１、第２の差動増幅器に定電流を供給する電流源の電流のバラツキにより、基準電圧はバラツキを生じる。

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、電源電位及び接地電位間にコレクタ電極及びエミッタ電極が並列に接続されるとともにベース電極が共通に接続された、互いにエミッタ電流密度が異なる一対のバイポーラトランジスタと、前記電源電位及び前記一対のバイポーラトランジスタ間に生ずる電圧がそれぞれ印加され、前記一対のバイポーラトランジスタのバンドギャップ電圧間の差分を増幅して基準電圧として出力する第１の差動増幅器とを有する電圧生成部と、前記電圧生成部の基準電圧出力端子に接続された出力段抵抗器と、前記基準電圧出力端子及び前記接地電位間に接続され、前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極が接続される接続点を有する抵抗分割回路と、この抵抗分割回路の前記接続点及び前記出力段抵抗器間に直列接続された第３の可変抵抗器と、前記抵抗分割回路からの第１のタップ電圧及び前記電圧生成部からの温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第１の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第１の補正電流を出力する第２の差動増幅器からなる低温領域温度補償回路と、前記抵抗分割回路からの第２のタップ電圧及び前記温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第２の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第２の補正電流を出力する第３の差動増幅器からなる高温領域温度補償回路と、前記第１及び第２の補正電流に基づいてミラー電流を、前記出力段抵抗器及び前記第３の可変抵抗器間から引き出す電流ミラー回路と、を備え、前記基準電圧が前記出力段抵抗器及び前記可変抵抗器を介して、前記接続点から前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極に供給されることにより、前記基準電圧の温度特性を補正し、前記第３の可変抵抗器の抵抗値の変化により、前記基準電圧の絶対値を調整する基準電圧生成回路が提供される。
また、別の一実施形態によれば、電源電位及び接地電位間にコレクタ電極及びエミッタ電極が並列に接続されるとともにベース電極が共通に接続された、互いにエミッタ電流密度が異なる一対のバイポーラトランジスタ、前記電源電位及び前記一対のバイポーラトランジスタ間のそれぞれに接続された第１及び第２の可変抵抗器、および前記第１及び第２の可変抵抗器に生ずる電圧がそれぞれ印加され、前記一対のバイポーラトランジスタのバンドギャップ電圧間の差分を増幅して基準電圧として出力する第１の差動増幅器を有する電圧生成部と、前記電圧生成部の基準電圧出力端子及び前記接地電位間に直列接続され、その接続点に前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極が接続される出力段抵抗器及び抵抗分割回路と、前記抵抗分割回路からの第１のタップ電圧及び前記電圧生成部からの温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第１の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第１の補正電流を出力する第２の差動増幅器からなる低温領域温度補償回路と、前記抵抗分割回路からの第２のタップ電圧及び前記温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第２の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第２の補正電流を出力する第３の差動増幅器からなる高温領域温度補償回路と、前記第１及び第２の補正電流に基づいてミラー電流を、前記出力段抵抗器及び前記抵抗分割回路間に出力する電流ミラー回路と、を備え、前記基準電圧が前記出力段抵抗器を介して、前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極に供給されることにより、前記基準電圧の温度特性を補正し、前記第１及び第２の可変抵抗器による前記基準電圧の温度特性の傾きの調整は、温度範囲のうちの低温範囲において前記第１及び第２の可変抵抗器の複数の異なる抵抗値毎に測定して得た前記基準電圧の低温時サンプル値、及び前記低温範囲よりも相対的に高い高温範囲において前記複数の異なる抵抗値毎に測定して得た前記基準電圧の高温時サンプル値を求め、前記複数の異なる抵抗値毎に、前記低温時サンプル値及び前記高温時サンプル値間の差分を求め、各差分のうちの最も小さい値に対応する抵抗値に前記第１及び第２の可変抵抗器を合わせる、ことにより行われる基準電圧生成回路が提供される。

第１の実施形態に係る基準電圧生成回路の回路図である。第１の実施形態に係る基準電圧生成回路の第１及び第２の可変抵抗器の構成例を示す図である。第１の実施形態に係る基準電圧生成回路による温度補償前の基準電圧の温度特性の一例を示す図である。第１の実施形態に係る基準電圧生成回路による傾斜補正前及び傾斜補正後の各基準電圧の温度特性の一例を示す図である。第２の実施形態に係る基準電圧生成回路の回路図である。

以下、実施の形態に係る基準電圧生成回路について、図１乃至図５を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る基準電圧生成回路の回路図である。基準電圧生成回路１は例えば電池監視用ＩＣに使用される半導体集積回路である。基準電圧生成回路１は、電圧生成部２と、出力段抵抗器Ｒ３と、抵抗分割回路４と、低温領域温度補償回路１６と、高温領域温度補償回路１７と、電流ミラー回路６を備える。電圧生成部２は、一対のバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２、第１及び第２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２及び２つの可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６及びオペアンプ１２（第１の差動増幅器）を有し、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２のバンドギャップ電圧間の差分増幅電圧Ｖｏｕｔ（基準電圧）を出力する。出力段抵抗器Ｒ３及び抵抗分割回路４は、電圧生成部２の基準電圧出力端子１５及び接地電位間に直列接続されている。

低温領域温度補償回路１６は、第１の定電流源１０に基づき、この抵抗分割回路４から第１のタップ電圧ＶＴ１及び電圧生成部２の第２の抵抗器Ｒ２により生ずる温度比例電圧ＶＰＴＡＴ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏａｂｓｏｌｕｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の電位差に応じた第１の補正電流を出力する。高温領域温度補償回路１７は、第２の定電流源１１に基づき、抵抗分割回路４から第２のタップ電圧ＶＴ３及び温度比例電圧ＶＰＴＡＴの電位差に応じた第２の補正電流を出力する。尚、第２のタップ電圧ＶＴ３は、第１のタップ電圧ＶＴ１とは異なる。電流ミラー回路６は、低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７からの補正電流Ｉｏｕｔによりミラー電流Ｉｃｏｒｒを生成する。基準電圧生成回路１は、ミラー電流Ｉｃｏｒｒを、出力段抵抗器Ｒ３を介して引き出すことにより、基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性を補正する。

電圧生成部２のバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２は互いに面積比がＡ（整数）：１であるエミッタ領域を持ち、互いにエミッタ電流密度が異なる。一対のバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２は直流電源電位Ｖｃ及び接地電位間にコレクタ電極及びエミッタ電極が並列に接続されるとともにベース電極が共通に接続されている。第１の抵抗器Ｒ１は、一対のバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２のうち、電流密度の大きいトランジスタＱ１のエミッタ電極及び接地電位間に接続されている。第２の抵抗器Ｒ２はこの第１の抵抗器Ｒ１に直列に接続されるとともに、トランジスタＱ２のエミッタ電極及び接地電位間に接続されている。第１の可変抵抗器Ｒ５及び第２の可変抵抗器Ｒ６は、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタ電極及び直流電源電位Ｖｃ間にそれぞれ接続されている。オペアンプ１２は、第１及び第２の可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６に生ずる電圧が印加され、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２のバンドギャップ電圧間の差分を増幅して出力するとともに、この出力電圧がバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２の共通接続されたベース電極に帰還される。基準電圧出力端子１５からはオペアンプ１２の出力電圧が基準電圧として出力される。

トランジスタＱ１、Ｑ２のベース−エミッタ間には順方向バイアスがかけられる。トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧と、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧はいずれ負の温度係数を有する。負の温度係数とは絶対温度の上昇に対してベース−エミッタ間電圧が下がる（相補的ＣＴＡＴ［ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｔｏａｂｓｏｌｕｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ］）ことを言う。一方、トランジスタＱ１、Ｑ２の各コレクタ電極はオペアンプ１２による仮想短絡により共通電圧に保たれる。トランジスタＱ１、Ｑ２のベースには出力段抵抗器Ｒ３を介して正の温度係数を持つ電圧信号が帰還入力される。各ベース−エミッタ間電圧に対し、互いに異なるコレクタ電流密度で動作するトランジスタＱ１、Ｑ２は絶対温度に比例の特性を有するコレクタ電流で動作する。抵抗器Ｒ２の両端には温度上昇に対して増大する正の温度係数を持つ電圧が発生する。正負の温度係数を持つ両電圧は抵抗器Ｒ１、Ｒ２の接続点の電圧に作用する。トランジスタＱ１のコレクタ電流はトランジスタＱ２のコレクタ電流よりも大きい。抵抗器Ｒ１、Ｒ２にはトランジスタＱ１のコレクタ電流が流れ込み、正の温度係数を持つ増幅出力電圧が作用する。これは正の温度係数の電圧が負の温度係数の電圧よりも支配的になるからである。正負の温度係数を持つ両電圧は抵抗器Ｒ１、Ｒ２の接続点において電圧ＶＰＴＡＴとして現れる。

出力段抵抗器Ｒ３はオペアンプ１２から出力される基準電圧Ｖｏｕｔを取り出すための抵抗である。抵抗分割回路４は複数直列に接続された抵抗器Ｒ４Ａ、Ｒ４Ｂ、Ｒ４Ｃを備える。出力段抵抗器Ｒ３及び抵抗分割回路４間の接続点３にはバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２の共通接続されたベース電極が接続されており、電圧ＶＢＧがこれらのベース電極に帰還入力されている。この電圧ＶＢＧはバンドギャップ電圧に基づく値を有する。電圧ＶＢＧは、基準電圧生成回路１内の電圧の中で精度が高い。

尚、出力段抵抗器Ｒ３及び抵抗分割回路４間に可変抵抗器Ｒ７（第３の可変抵抗器）を接続してもよい。可変抵抗器Ｒ７の抵抗値を変化させることにより、基準電圧Ｖｏｕｔの絶対値が調整される。可変抵抗器Ｒ７は基準電圧生成回路１の製造、検査あるいは試験において調整変更され、調整された後は同じ抵抗値に維持される。

低温領域温度補償回路１６は差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２（第２の差動増幅器）を備える。トランジスタＭ１の入力端子２９に温度比例電圧ＶＰＴＡＴが、トランジスタＭ２の入力端子１９に第１のタップ電圧ＶＴ１が供給される。差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２は定電流源１０からの電流が供給され、入力端子２０、１９に供給される電位差に応じた補正電流を出力する。また、高温領域温度補償回路１７は差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４（第３の差動増幅器）を備える。トランジスタＭ３の入力端子２２に温度比例電圧ＶＰＴＡＴが、トランジスタＭ４の入力端子２１に第２のタップ電圧ＶＴ３が供給される。差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４は定電流源１１からの電流が供給され、入力端子２２、２１に供給される電位差に応じた補正電流を出力する。これらのトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４にはＭＯＳトランジスタが用いられる。

また、差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２が定電流源１０をオン駆動させ始める低温側の温度閾値は以下のパラメータにより決められる。即ち、パラメータは第１のタップ電圧ＶＴ１、電圧信号ＶＰＴＡＴ、トランジスタＭ１及びトランジスタＭ２のゲートのオン閾値電圧である。差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２が低温領域におけるミラー電流Ｉｃｏｒｒの出力により基準電圧Ｖｏｕｔを増加させ、この低温領域で温度特性曲線の下方湾曲が上方へと持ち上げられる補正が行われる。また、差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４が定電流源１１をオン駆動させ始める高温側の温度閾値は以下のパラメータにより決められる。そのパラメータは、タップ電圧ＶＴ３、電圧信号ＶＰＴＡＴ、トランジスタＭ３及びトランジスタＭ４のゲートのオン閾値電圧である。差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４が高温領域におけるミラー電流Ｉｃｏｒｒの出力により基準電圧Ｖｏｕｔを増加させ、この高温領域で温度特性曲線の下方湾曲が上方へ持ち上げられる補正が行われる。

電流ミラー回路６には低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７から補正電流が並列に入力される。電流ミラー回路６は、低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７から合流した補正電流Ｉｏｕｔが供給されるドレインとこのドレインに接続されたゲートを有するトランジスタＭ５と、このトランジスタＭ５のゲートと共通接続されたゲートとミラー電流Ｉｃｏｒｒが供給されるドレインとを有するトランジスタＭ６とを備えている。トランジスタＭ５、Ｍ６により補正電流Ｉｏｕｔが複製され、この補正電流値の任意倍率の値を持つミラー電流がミラー電流Ｉｃｏｒｒとして抽出される。トランジスタＭ５、Ｍ６にはＭＯＳトランジスタが用いられる。

可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ直列接続された複数個の抵抗器を有する。図２（ａ）は可変抵抗器Ｒ５の構成例を示す図であり、図２（ｂ）は可変抵抗器Ｒ６の構成例を示す図である。図２の可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ、１６個の抵抗器を有している。可変抵抗器Ｒ５はいずれか一つの接続点から引き出された電圧を端子３０に出力する。可変抵抗器Ｒ６はいずれか一つの接続点から引き出された電圧を端子３１に出力する。端子３０はオペアンプ１２の非反転入力端子（＋）に、端子３１は反転入力端子（−）に接続されている。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６は互いに独立して各抵抗値を調整可能にされている。各抵抗値を調整することにより、可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６は基準電圧Ｖｏｕｔの傾斜した温度特性をトリミングする。

このような基準電圧生成回路１によれば、フラットな温度特性が拡張された基準電源装置が得られる。

図３は第１の実施形態に係る基準電圧生成回路１による低温高温補償前の基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性の一例を示す図である。横軸は絶対温度を、縦軸は基準電圧Ｖｏｕｔを示す。特性５３は、低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７がない場合の基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性を表す。この特性５３は上に凸の放物線状であり、低温領域及び高温領域においてそれぞれ下方に湾曲している温度特性を有する。一方、特性５２は低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７によって低温時及び高温時の温度補正を受けた基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性を表す。低温領域温度補償回路１６によって低温時は特性５３の下方湾曲が上方へ持ち上げられ、高温領域温度補償回路１７によって高温時は特性５３の下方湾曲が上方へ持ち上げられ、補正されている。

しかし、前述したように、トランジスタＱ１、Ｑ１のコレクタ間電圧が直接オペアンプ１２により増幅する構成の基準電圧生成回路では、基準電圧Ｖｏｕｔの本来フラットであるべき温度特性が正又は負に傾斜する。

図４は第１の実施形態に係る基準電圧生成回路１による傾斜補正前及び傾斜補正後の各基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性の一例を示す図である。特性５４、５５は二次非線形成分を含む温度特性を表す。二次非線形成分とは絶対温度Ｔの二乗項による非線形成分である。特性５４は正負の温度特性のうち正の温度係数による寄与が負の温度係数による寄与よりも大きいため、右上がりに傾いている。また、特性５５は負の温度係数による寄与が正の温度係数による寄与よりも大きいため、右下がりに傾いている。この特性５４、５５は可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６による調整がされていない状態の基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性を表す。

以下、温度特性の傾きの調整について説明する。基準電圧生成回路１に対し、図示しない電圧モニタ用の測定器を接続することによって図２の可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の調整テストが行われる。調整テストにおいては可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６を種々の値に変更し、そのときの基準電圧Ｖｏｕｔが記録される。

まず基準電圧生成回路１を低温にする。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ、端子３０、３１に接続する直列接続された抵抗器の接続点を切り替える。例えば、抵抗器Ｒ１１６のＶｃ側端子を端子３０に接続し、抵抗器Ｒ２１６のＶｃ側端子を端子３１に接続する。測定器により基準電圧Ｖｏｕｔが測定される。次に、抵抗器Ｒ１１６のＶｃ側端子は端子３０に接続したまま、端子３１に抵抗器Ｒ２１６、Ｒ２１５の接続点を接続し、基準電圧Ｖｏｕｔを測定する。順次、接続点の組合せを替えて測定を行う。図２の可変抵抗器の場合、接続点はそれぞれ１６箇所あるので、合計２５６通りの基準電圧Ｖｏｕｔが測定される。この結果、低温時テストにおける基準電圧Ｖｏｕｔのサンプル値ＶＬ１、ＶＬ２、…、ＶＬ２５６が得られる。

次に基準電圧生成回路１を高温にし、同様に接続点の組合せを替えて基準電圧Ｖｏｕｔの測定を行う。この結果、高温時テストにおける基準電圧Ｖｏｕｔのサンプル値ＶＨ１、ＶＨ２、…、ＶＨ２５６が得られる。

次いでこれら異なる基準電圧Ｖｏｕｔのペアに対しそれらの差分値、すなわちＶＬ１−ＶＨ１間の差分、ＶＬ２−ＶＨ２間の差分、…、ＶＬ２５６−ＶＨ２５６間の差分値を求める。この結果例えばミリボルトで表される２５６種類の電圧差分が得られる。このようにして得られた差分値のうち、最も小さい差分値に対応する可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の抵抗値ペアを選んで設定する。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６を電圧差分が最小となる抵抗値ペアにすることにより基準電圧Ｖｏｕｔの傾きを０にすることができる。

尚、基準電圧生成回路１は定性的には、抵抗器Ｒ５、Ｒ６に流れる電流が等しくなるように帰還がかかっており、このときＶｏｕｔの傾きがゼロになるように設計されている。トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧ＶBEが負の温度傾斜を持つのに対し、抵抗器Ｒ２の両端に発生する電圧に正の温度傾斜を持たせることによって、温度傾斜を相殺している。しかし実際に基準電圧生成回路１をＩＣとして製造すると、抵抗器Ｒ５、Ｒ６のミスマッチ、抵抗器Ｒ１、Ｒ２のミスマッチ、トランジスタＱ１、Ｑ２のミスマッチ、オペアンプ１２のオフセット電圧などがばらつくため、基準電圧Ｖｏｕｔの傾きは分布を持つ。本実施形態では、可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の値を調整することにより補正している。

例えば正の温度傾斜が基準電圧Ｖｏｕｔに強く出ている場合、可変抵抗器Ｒ５の値を大きくすれば抵抗器Ｒ２の両端に発生する電圧が小さくなり、基準電圧Ｖｏｕｔのうち正の温度傾斜を持つ電圧の割合が減少して傾きをゼロに近づけることができる。又は可変抵抗器Ｒ６の値を小さくすればトランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧ＶBEの値が大きくなり、基準電圧Ｖｏｕｔのうち負の温度傾斜を持つ電圧の割合が増加して基準電圧Ｖｏｕｔの傾きをゼロに近づけることができる。反対に負の温度傾斜が基準電圧Ｖｏｕｔに強く出ている場合、可変抵抗器Ｒ５の値を小さくすれば抵抗器Ｒ２の両端に発生する電圧が大きくなり、基準電圧Ｖｏｕｔに含まれる正の温度傾斜を持つ電圧の割合が増加して基準電圧Ｖｏｕｔの傾きをゼロに近づけることができる。又は可変抵抗器Ｒ６の値を大きくすればトランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧ＶBEの値が小さくなり、基準電圧Ｖｏｕｔに含まれる負の温度傾斜を持つ電圧の割合が減少して傾きをゼロに近づけることができる。以上のように、可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の値を調整することにより、基準電圧Ｖｏｕｔのうち正の温度傾斜を持つ電圧の割合と負の温度傾斜を持つ電圧との割合を変えて温度傾斜をゼロに調整することができる。本発明者らはこの点についてシミュレーションにより動作の確認をしており、また、基準電圧生成回路１を搭載したＩＣの実際の試作品でもシミュレーション通りに調整可能であることが確認された。

図４に調整後の基準電圧Ｖｏｕｔの特性５２を示す。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の調整が温度傾斜トリミング機能となって、高温時出力電圧と低温時出力電圧との差電圧が変更されている。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の調整によってオペアンプ１２の増幅前段の電圧差をずらし、基準電圧生成回路１は特性５２で表されるような温度特性を持つ基準電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

更に本実施形態による基準電圧生成回路１は出力ゲイン段にトリミングによって調整できる可変抵抗器Ｒ７を設けた。この可変抵抗器Ｒ７の調整が絶対値トリミング機能となって、基準電圧Ｖｏｕｔのレベルが微調整される。図３の上下一定の電圧誤差範囲５０、５１内に特性５２を抑え込むことができるようになり、図４の特性５２のように基準電圧Ｖｏｕｔの傾きをフラット化することができる。

以上のように、基準電圧生成回路１によれば、温度特性の傾斜のトリミング機能によって温度特性の傾きをフラットに正し、また、絶対値トリミング機能によって所定範囲内に特性５２を調整することにより、高精度に基準電圧を出力できる。また、高温時と低温時とで曲率補正をかける機能と、温度特性の傾斜のトリミング機能と、絶対値のトリミング機能とを有する高精度な基準電圧生成回路１が得られる。

基準電圧生成回路１は例えばハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載されたバッテリの電池監視ＩＣに用いられる。このバッテリは複数直列に接続された電池セルを有する。各電池セルの出力にはＡＤコンバータが設けられている。基準電圧生成回路１によれば、このＡＤコンバータ出力電圧を測定する際に、基準電圧生成回路１が生成する基準電圧Ｖｏｕｔを測定基準に使うことができるようになり、セル電圧を高精度で得られる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、温度特性用のミラー電流Ｉｃｏｒｒは定電流源１０、１１によって生成されているが、以下ではこのミラー電流Ｉｃｏｒｒの具体的な生成方法について説明する。

図５は第２の実施形態に係る基準電圧生成回路７の回路図である。同じ要素には同一の符号を付し、説明を省略する。基準電圧生成回路７は、バンドギャップ電圧によって表される電圧ＶＢＧを元にしてミラー電流Ｉｃｏｒｒの電流源となる電流を生成するための自己バイアス回路８を有する。

自己バイアス回路８は、抵抗器Ｒ８と、トランジスタＭ７、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１０と、オペアンプ１３を備えている。オペアンプ１３は、電圧ＶＢＧと抵抗器Ｒ８の一端の電圧が印加され、バイアスされバンドギャップ電圧により表される電圧を出力する。トランジスタＭ７（第１のトランジスタ）は、オペアンプ１３の出力によりゲートが自己バイアスされる。トランジスタＭ８（第２のトランジスタ）は、トランジスタＭ７のドレインによりそのゲートを自己バイアスされる。トランジスタＭ９（第３のトランジスタ）及びトランジスタＭ１０（第４のトランジスタ）はそれぞれ、トランジスタＭ８のドレインによって共通に駆動され、低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７に作用する。これらのトランジスタＭ７、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１０はバンドギャップ電圧を電圧基準として動作する。これらのトランジスタＭ７〜Ｍ１０にはＭＯＳトランジスタが用いられる。

このような構成の基準電圧生成回路７においては、自己バイアス回路８がトランジスタＭ７、Ｍ８によって生成された電流をトランジスタＭ９により折り返して低温補正用の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２へ流し込む。更に自己バイアス回路８は、同じく電流をトランジスタＭ１０により折り返して高温補正用の差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４へ流し込む。即ち、自己バイアス回路８から低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７へ、電圧ＶＢＧの温度特性を元にした温度特性を持つ電流が供給される。

トランジスタＭ９、Ｍ１０の各ソースはそれぞれ直流電源電圧Ｖｄを印加されている。トランジスタＭ９はトランジスタＭ８から折り返された電流によって駆動し、差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２への電流Ｉ１を生成する。トランジスタＭ１０はトランジスタＭ８から折り返された電流によって駆動し、差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４への電流Ｉ３を生成する。

基準電圧生成回路７はバンドギャップ電圧を基準に用いて生成した電流を低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７へ送るため、低温領域温度補償回路１６及び高温領域温度補償回路１７は高精度の電流によって基準電圧Ｖｏｕｔの温度特性を補正することができる。基準電圧生成回路７による基準電圧Ｖｏｕｔの値の高精度化が可能となる。

このようにして、本実施形態に係る基準電圧生成回路７によれば、高低温補正用の差動トランジスタ対に流す電流をバンドギャップ電圧基準で生成することで、温度特性影響を受けにくい高精度な電流を生成可能になる。

尚、トランジスタＭ７〜Ｍ１０にはバイポーラトランジスタが用いられてもよい。自己バイアス回路８は、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子をそれぞれベース端子、コレクタ端子及びエミッタ端子に置き換えて、ＭＯＳトランジスタの例と同じようにしてトランジスタＭ７、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１０が、バンドギャップ電圧を電圧基準として動作するようにしてもよい。

上記実施形態では、オペアンプ１２の入力側二端子にそれぞれ可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６が設けられていたが、オペアンプ１２のいずれか一方の端子だけに可変抵抗器を設けてもよく、上記説明の効果と実質同じ効果を得られる。

図２の可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の代わりに、ボリウム型の可変抵抗器を用いてもよい。可変抵抗器Ｒ５、Ｒ６の構成は一例であり、その構成を変更して実施したに過ぎない実施品に対して実施形態に係る基準電圧生成回路の優位性は何ら損なわれるものではない。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，７…基準電圧生成回路、２…電圧生成部、３…接続点、４…抵抗分割回路、６…電流ミラー回路、８…自己バイアス回路、１０，１１…定電流源、１２…オペアンプ（第１の差動増幅器）、１３…オペアンプ、１５…基準電圧出力端子、１６…低温領域温度補償回路、１７…高温領域温度補償回路、１９，２０，２１，２２…入力端子、３０，３１…端子、Ｑ１、Ｑ２…一対のバイポーラトランジスタ、Ｍ１、Ｍ２…第１の差動トランジスタ対（第２の差動増幅器）、Ｍ３、Ｍ４…第２の差動トランジスタ対（第３の差動増幅器）、Ｍ５，Ｍ６…トランジスタ、Ｍ７…トランジスタ（第１のトランジスタ）、Ｍ８…トランジスタ（第２のトランジスタ）、Ｍ９…トランジスタ（第３のトランジスタ）、Ｍ１０…トランジスタ（第４のトランジスタ）、Ｒ１…第１の抵抗器、Ｒ２…第２の抵抗器、Ｒ３…出力段抵抗器、Ｒ４Ａ，Ｒ４Ｂ，Ｒ４Ｃ…抵抗器、Ｒ５…第１の可変抵抗器、Ｒ６…第２の可変抵抗器、Ｒ７…可変抵抗器（第３の可変抵抗器）、Ｒ８…抵抗器。

Claims

電源電位及び接地電位間にコレクタ電極及びエミッタ電極が並列に接続されるとともにベース電極が共通に接続された、互いにエミッタ電流密度が異なる一対のバイポーラトランジスタと、前記電源電位及び前記一対のバイポーラトランジスタ間に生ずる電圧がそれぞれ印加され、前記一対のバイポーラトランジスタのバンドギャップ電圧間の差分を増幅して基準電圧として出力する第１の差動増幅器とを有する電圧生成部と、
前記電圧生成部の基準電圧出力端子に接続された出力段抵抗器と、
前記基準電圧出力端子及び前記接地電位間に接続され、前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極が接続される接続点を有する抵抗分割回路と、
この抵抗分割回路の前記接続点及び前記出力段抵抗器間に直列接続された第３の可変抵抗器と、
前記抵抗分割回路からの第１のタップ電圧及び前記電圧生成部からの温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第１の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第１の補正電流を出力する第２の差動増幅器からなる低温領域温度補償回路と、
前記抵抗分割回路からの第２のタップ電圧及び前記温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第２の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第２の補正電流を出力する第３の差動増幅器からなる高温領域温度補償回路と、
前記第１及び第２の補正電流に基づいてミラー電流を、前記出力段抵抗器及び前記第３の可変抵抗器間から引き出す電流ミラー回路と、を備え、
前記基準電圧が前記出力段抵抗器及び前記第３の可変抵抗器を介して、前記接続点から前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極に供給されることにより、前記基準電圧の温度特性を補正し、前記第３の可変抵抗器の抵抗値の変化により、前記基準電圧の絶対値を調整する基準電圧生成回路。
前記電圧生成部は、前記電源電位及び前記一対のバイポーラトランジスタ間のそれぞれに接続された第１及び第２の可変抵抗器を有し、
前記第１の差動増幅器に、前記第１及び第２の可変抵抗器に生ずる電圧が印加される請求項１記載の基準電圧生成回路。
前記バンドギャップ電圧により表される前記基準電圧によってゲート又はベースを自己バイアスされる第１のトランジスタと、
この第１のトランジスタのドレイン又はコレクタよりゲート又はベースを自己バイアスされる第２のトランジスタと、
それぞれこの第２のトランジスタのソース又はエミッタによって共通に駆動され、前記低温領域温度補償回路及び前記高温領域温度補償回路に作用する第３及び第４のトランジスタと、を備え、
これらのトランジスタが、前記バンドギャップ電圧を電圧基準として動作する請求項１記載の基準電圧生成回路。
電源電位及び接地電位間にコレクタ電極及びエミッタ電極が並列に接続されるとともにベース電極が共通に接続された、互いにエミッタ電流密度が異なる一対のバイポーラトランジスタ、前記電源電位及び前記一対のバイポーラトランジスタ間のそれぞれに接続された第１及び第２の可変抵抗器、および前記第１及び第２の可変抵抗器に生ずる電圧がそれぞれ印加され、前記一対のバイポーラトランジスタのバンドギャップ電圧間の差分を増幅して基準電圧として出力する第１の差動増幅器を有する電圧生成部と、
前記電圧生成部の基準電圧出力端子及び前記接地電位間に直列接続され、その接続点に前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極が接続される出力段抵抗器及び抵抗分割回路と、
前記抵抗分割回路からの第１のタップ電圧及び前記電圧生成部からの温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第１の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第１の補正電流を出力する第２の差動増幅器からなる低温領域温度補償回路と、
前記抵抗分割回路からの第２のタップ電圧及び前記温度比例電圧がそれぞれ供給される２つの入力端子を有し、第２の定電流源からの電流が供給され前記２つの入力端子に供給される電位の差に応じた第２の補正電流を出力する第３の差動増幅器からなる高温領域温度補償回路と、
前記第１及び第２の補正電流に基づいてミラー電流を、前記出力段抵抗器及び前記抵抗分割回路間に出力する電流ミラー回路と、を備え、
前記基準電圧が前記出力段抵抗器を介して、前記一対のバイポーラトランジスタの共通接続されたベース電極に供給されることにより、前記基準電圧の温度特性を補正し、
前記第１及び第２の可変抵抗器による前記基準電圧の温度特性の傾きの調整は、
温度範囲のうちの低温範囲において前記第１及び第２の可変抵抗器の複数の異なる抵抗値毎に測定して得た前記基準電圧の低温時サンプル値、及び前記低温範囲よりも相対的に高い高温範囲において前記複数の異なる抵抗値毎に測定して得た前記基準電圧の高温時サンプル値を求め、
前記複数の異なる抵抗値毎に、前記低温時サンプル値及び前記高温時サンプル値間の差分を求め、
各差分のうちの最も小さい値に対応する抵抗値に前記第１及び第２の可変抵抗器を合わせる、
ことにより行われる基準電圧生成回路。
前記低温領域温度補償回路の前記第２の差動増幅器は低温領域における前記補正電流の出力により前記基準電圧の値を増加させ、前記高温領域温度補償回路の前記第３の差動増幅器は高温領域における前記補正電流の出力により前記基準電圧の値を増加させる請求項１記載の基準電圧生成回路。