JPH0217726A - 基準電圧発生回路 - Google Patents

基準電圧発生回路

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JPH0217726A
JPH0217726A JP16794188A JP16794188A JPH0217726A JP H0217726 A JPH0217726 A JP H0217726A JP 16794188 A JP16794188 A JP 16794188A JP 16794188 A JP16794188 A JP 16794188A JP H0217726 A JPH0217726 A JP H0217726A
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JP
Japan
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voltage
current
resistor
circuit
reference voltage
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JP16794188A
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English (en)
Inventor
Hirohisa Yamamura
山村 啓久
Jiro Sakaguchi
治朗 坂口
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基準電圧発生回路に関し、例えば半導体集
積図、路装置に内蔵されるアナログ/ディジタル変換回
路用の基準電圧発生回路に利用して有効な技術に関する
ものである。
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置に内蔵されるアナログ/ディジタル
変換回路用の基準電圧発生回路として、複数個の抵抗体
を電源端子間に直列に接続して、複数個の基準電圧を形
成するものがある。このような基準電圧回路に関しては
、例えば特開昭56−102121号公報がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような抵抗ス゛トリング回路では、電源電圧の変
動に対する補償の点で配慮がなされさておらず、各タッ
プの基準電圧に変動が生じるという問題がある。なお、
電圧クランプ回路を用いて定電圧を形成して、抵抗スト
リング回路に供給することも考えられるが、この場合に
はクランプ電圧は必然的に電源電圧以下の小さな電圧に
なるため、電源電圧を有効に利用できず、多数の基準電
圧を発生させることができない。
この発明の目的は、高精度で高安定の基準電圧発生回路
を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、基準電圧を形成する抵抗素子と同一材料で形
成されたサンプル抵抗に定電圧を供給して電流を形成し
、このサンプル抵抗に流れる電流を電流ミラー回路を介
して基準電圧を形成する抵抗素子に流して、基準電圧を
形成する。
〔作 用〕
上記した手段によれば、抵抗素子のプロセスバラツキと
上記サンプル抵抗のプロセスバラツキとが同様に生じる
ため、サンプル抵抗で形成された電流を抵抗素子に流し
て得られる基準電圧は、プロセスバラツキが相殺されて
、高精度で高安定になるものである。
〔実施例1〕 第1図には、この発明に係る基準電圧発生回路の一実施
例の回路図が示されている。同図の各回路素子は、公知
の半導体集積回路の製造技術によって、特に制限されな
いが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上にお
いて形成される。
特に制限されないが、集積回路は、単結晶N型シリコン
からなる半導体基板に形成される。PチャンネルMO3
FETQ3ないしQ5等は、かかる半導体基板表面に形
成されたソース領域、ドレイン領域及びソース領域とド
レイン領域との間の半導体基板表面に薄い厚さのゲート
絶縁膜を介して形成されたポリシリコンからなるような
ゲート電極から構成される。NチャンネルMOS F 
ETQl、Q2等は、上記半導体基板表面に形成された
P型ウェル領域に形成される。これによって、半導体基
板は、その上に形成されたPチャンネルMO3FETの
共通の基板ゲート(バックゲート)を構成する。P型つ
ヱル領域は、その上に形成されたNチャンネルMOS 
F ETの基板ゲート(バックゲート)を構成する。
もちろん、上記NチャンネルMO3FETとPチャンネ
ルMO3FETとを、単結晶P型シリコンからなる半導
体基板と、それに形成されたN型ウェル領域を用いて形
成してもよい。この場合、後述するようなバイアス回路
は、N型ウェル領域内に設けられたPチャンネルMOS
 F ETを用いて基準となる定電流を形成する。
MOSFETQIないしQ6と抵抗Rsはバイアス回路
を構成する。NチャンネルMO3FETQ6はゲートと
ドレインが共通化されてダイオード構成とされる。この
MOSFETQ6のソースは、負の電源電圧−■に結合
される。上記MO3FETQ6とゲートが共通化された
NチャンネルMOSFETQIは、そノソースと電源電
圧−Vとの間に、上記MO3FETQIとQ6に流れる
電流の電流値を決める抵抗Rsが設けられる。
上記MO3FETQ6とQlとは、しきい値電圧が異な
るようにされること、又はしきい値電圧を同じとしてサ
イズが異ならせること、あるいは後述する電流ミラー回
路により流れる電流を異ならせることにより、MO3F
・ETQlのゲート。
ソース間電圧に対して、MO5FETQ6のゲート、ソ
ース間電圧が大きくされる。これにより、抵抗Rsの抵
抗値と、上記MO5FETQ6とQlのゲート、ソース
間電圧の差電圧とに従った電流がMO5FETQIに流
れるものとなる。
この実施例では、特に制限されないが、MO3FETQ
Iのドレイン側には、MO3FETQIのドレイン電圧
を一定とするNチャンネルMO5FETQ2が直列に設
けられる。このMO5FETQ2は、そのサイズがMO
3FETQIに比べて大きく形成される。それ故、MO
3FETQ2のドレイン電流は、MO3FETQIのド
レイン電流に従った電流となる。そして、MOS F 
ETQ2のゲートには、MO3F、ETQl、Q6のゲ
ートと共通接続されるためMO5FETQIのドレイン
電圧を一定にできる。
MO3FETQ2のドレイン側には、PチャンネルMO
5FETQ3ないしQ5により構成される電流ミラー回
路が設けられ、MO5FETQIのドレイン電流に対応
したドレイン電流をNチャンネルMO5FETQ6に流
すようにするものである。電流ミラー回路において、M
O3FETQ5は、前記MO3FETQ2ど同様にMO
3FETQ4のドレイン電圧を一定にして出力電流特性
の改善を図るためのものである。
上記バイアス回路において、例えば、MO3FETQI
とQ6のしきい値電圧及びサイズを同じとしたときには
、MO3FETQ3とQ4のサイズ比によりMO3FE
TQ6のドレイン電流を大きくして、MO3FETQ6
のゲート ソース間電圧を、MO3FETQIのゲート
 ソース間電圧より大きくする。あるいは、上記MOS
 F ETQlのサイズをMO3FETQ6に比べて大
きくしたときには、両MO3FETQIとQ6のドレイ
ン電流を等しくして、MOSFETのゲート。
ソース間電圧を、MO3FETQIのゲート、ソース間
電圧より大きくする。MO3FETQIとQ6のしきい
値電圧に差を持たせるようにしてもよい。このようにM
O3FETQIとQ2のゲート、ソース間電圧の差を抵
抗Rsに印加して電流設定を行うものであり、MOSF
ETの基板効果の影響を受けないようにするため、MO
3FETQ1、Q2が形成されるP型ウェル領域は、M
O3FETQIのソースに結合される。上記MO3FE
TQ6のドレインからは、MO3FETQ6のゲート、
ソース間電圧(しきい値電圧)に対応した基準定電圧V
sが得られる。
上記バイアス回路で形成された基準定電圧Vsは、演算
増幅回路OPIの非反転入力(ト)に供給される。この
演算増幅回路OPIの出力電圧は、NチャンネルMO3
FETQ7のゲートに供給され、そのソースと電源電圧
−■との間には後述する基準電圧Vl等を形成する分圧
抵抗RLと同一材料で同一幅を持つサンプル抵抗RBが
設けられる。MO3FETQ7のソース電圧、言い換え
るならば、上記サンプル抵抗RBの電圧降下により形成
された電圧は、上記演算増幅回路OPIの反転入力(−
)に帰還される。これにより、抵抗RBには上記バイア
ス回路で形成した基準定電圧■Sと等価な電圧が供給さ
れる。それ故、抵抗RBに流れる電流は、サンプル抵抗
RBの持つプロセスバラツキや温度依存性に対応して変
化、変動するものとなる。
この電流は、MO3FETQ7を介してPチャンネルM
O3FETQBないしQIOからなる前記同様な電流ミ
ラー回路を介して基準電圧■1等を形成する分圧抵抗R
Lに供給される。分圧抵抗RLは、上記サンプ抵抗RB
と同一材料で同一幅を持つようにされる。分圧抵抗RL
には、代表として例示的に示されている基準電圧V1な
いし■5等のような複数のステップ状の電圧を形成する
ための複数からなるコンタクト(タップ)を持つように
される。
この実施例では、特に制限されないが、上記基準電圧■
1ないし■5等の基準となる電圧を外部から設定できる
ようにするため、上記分圧抵抗RLの他端側には外部基
準電圧Vrefがボルテージフォロワ形態の演算増幅回
路OP2を介して供給される。これによって、分圧抵抗
RLにより形成される基準電圧V1〜v5等は、外部基
準電圧■refを基準にし、分圧抵抗RLの抵抗値と上
記電流ミラー回路から供給される電流値とによる決まる
各タップでの電圧降下により決定される。
このような基準電圧■1ないし■5等は、特に制限され
ないが、アナログ/ディジタル変換回路ADCの基準電
圧として用いられる。アナログ/ディジタル変換回路A
DCは、入力電圧Vinを基準電圧VlなしいV5と比
較参照して、複数ビットからなるディジタル信号Dou
tを形成する。このようなアナログ/ディジタル変換回
路は、この発明には直接関係がなく、広く知られている
ので同図ではブラックボックスとして示している。なお
、アナログ/ディジタル変換回路ADCにおいて、Nビ
ットからなる出力を得る場合には、変換方式にもよるが
おおよそ2N個の基準電圧が必要になるものである。し
たがって、同図の基準電圧V1ないしv5は、基準電圧
が複数個あることのみを例示的に示しているにすぎない
この実施例においては、上記のようにサイプル抵抗RB
と基準電圧を形成する分圧抵抗RLとが同一材料で同一
寸法を持つ。それ故、単位長さ当たりの抵抗値には、同
様なプロセスバラツキや温度依存性を持つ。したがって
、サンプル抵抗により形成された電流は、上記プロセス
バラツキや温度依存性による抵抗値の変化、変動に対し
て逆比例的に変化、変動するものとなる。このような電
流が流れる分圧抵抗RLにおいては、上記同様なプロセ
スバラツキや温度依存性を持つことから、それが相殺さ
れて、プロセスバラキや温度依存性に無関係な高精度の
基準電圧■1ないしV5等を形成するものである。また
、分圧抵抗RLには、電流ミラー回路(電流源)により
形成された電流が流れるものであるため、電源電圧−■
の変動の影響を受けなく高安定とすることができる。
なお、基準定電圧Vsは、サンプル抵抗RBの持つプロ
セスバラツキや温度依存性を電流に変換するものである
から、それ自体が絶対値的に一定であることは必要なく
、それ自体のプロセスバラツキは無視できる。すなわち
、基準定電圧Vsは、前記のようなサンプル抵抗(分圧
抵抗)のプロセスバラツキや温度依存性に対して一定で
あることを持って足りるものである。
〔実施例2〕 第2図には、この発明の他の一実施例の回路図が示され
ている。
この実施例では、前記バイアス回路における電流値を決
める抵抗Rsに代えてサンプル抵抗RBが接続される。
この構成では、前記のようなバイアス回路に流れる電流
がサンプル抵抗RBのプロセスバラツキや温度依″存性
に従ったものとなる。
このようなバイアス回路の電流を取り出すために、Nチ
ャンネルMO3FETQ6に対して電流ミラー形態にさ
れたNチャンネルMO3FETQI 1と、Pチャンネ
ルMO3FETQ3に対して電流ミラー形態にされたN
チャンネルMO3FETQ14が設けられる。これらの
MO3FETQI 1とQl4には、その出力電流を選
択的に出力こせるための相補型スイッチとしてのNチャ
ンネルMOSFETQ12及びPチャンネルMO3FE
TQ13が設けられる。上記MO3FETQI 2とQ
l3のゲートには、制御回路C0NTにより形成された
切り換え信号が供給される。
上記NチャンネルMO3FETQ12を通した吸い込み
電流又はPチャンネルMO5FETQI3を通した押し
出し電流は、分圧抵抗RLに供給される。この分圧抵抗
RLの他端には、ボルテージフォロワ形態の演算増幅回
路OP2を介して外部基準電圧Vrefが供給される。
この外部基準電圧Vrefは、前記第1図の外部基準電
圧Vrefと異なる作用を持つ。すなわち、この実施例
の外部基準電圧Vrefは、上記分圧抵抗RLにより形
成される基準電圧の中点電圧としての意味を持つもので
ある。このことは、次の説明から明らかになるであろう
この実施例では、MO3FETQ6とQlとの間の実質
的なしきい値電圧(ゲート、ソース間電圧)の差電圧を
基準定電圧としてそのまま用いて、サンプル抵抗RBの
プロセスバラツキや温度依存性に対応した電流を形成す
る。この電流は、上記MO3FETQI 1とQ12に
より取り出される。
この場合、MO3FETQI 1、Q12のサイズを対
応するMO3FETQ6、Q3に対して適当に設定する
ことにより、両型流が等しくなるように設定することが
重要である。例えば、上記MO3FETQIとQ6のゲ
ート、ソース間電圧の差をしきい値電圧に差を持たせる
ことや、サイズを異ならせることにより形成した場合に
は、MO3FETQ6とQll、MO3FETQ3とQ
14のサイズを等しく設定すればよい。
例えば、制御回路C0NTによりPチャンネルMO3F
ETQI 3をオン状態にした場合には、分圧抵抗RL
にはMO3FETQ14により形成された押し出し電流
が流れることになる。したがって、基準電圧■1ないし
■5は、外部基準電圧Vrefに対して正極性側の電圧
とされる。上記制御回路C0NTによりNチャンネルM
OS F ETQ12をオン状態にした場合には、分圧
抵抗RLにはMO8FETQIIにより形成された吸い
込み電流が流れることになる。したがって、基準電圧■
1ないし■5は、外部基準電圧Vrefに対して負極性
側の電圧とされる。したがって、分圧抵抗Rl、におけ
る1つのタップから得られる基準電圧■1は、外部基準
電圧Vrefを中点として正負の基準電圧上■1になる
。こたとは、例示的に示されている他のタップの基準電
圧■2〜V5においても上記同様に士■2〜±■5にな
る。
この構成においては、前記のようにサンプル抵抗RBに
より形成した電流をそれと同じ材料で同一幅を持つ分圧
抵抗RLに流すことにより、そのプロセスバラツキや温
度依存性を相殺させることができる他、タップ数の2倍
の数の基準電圧を得ることができる。しかも、正と負の
基Y$主電圧、同じ抵抗で形成しているから相対的に等
しい電圧となり、より高精度の電圧を得ることができる
ものとなる。
第3図には、上記第2図の実施例回路の変形例が示され
ている。
この実施例では、前記バイアス回路に対して設けられる
NチャンネルMO3FET側の電流ミラー回路及びスイ
ッチを省略して9、Pチャンネル、M・03FETQ1
4、Q13を介して電圧抵抗RLに押し出し電流を流す
ようにしている。この実施例のPチャンネルMO3FE
TQI 3は、前記のようなスイッチ作用を持つもので
はなく、MO3FETQ5やQ2のように電流ミラー回
路を構成するPチャンネルMO3FETQ14のドレイ
ン電圧を定電圧化させるものである。
この実施例では、前記第1図の実施例と同様に上記基準
電圧v1ないし■5等の基準となる電圧を外部から設定
できるようにするため、上記分圧抵抗RLの他端側には
外部基準電圧Vrefがボルテージフォロワ形態の演算
増幅回路OP2を介して供給される。これによって、分
圧抵抗RLにより形成される基準電圧V1〜■5等は、
外部基準電圧Vrefを基準にし、分圧抵抗RLの抵抗
値と上記電流ミラー回路から供給される電流値とによる
決まる各タップでの電圧降下により決定される。
この実施例においても、前記のようにサンプル抵抗RB
により形成した電流をそれと同じ材料で同一幅を持つ分
圧抵抗RLに流すことにより、そのプロセスバラツキや
温度依存性を相殺させることができる。この実施例では
、上記バイアス回路において形成される定電圧を用いて
いるので、回路の簡素化ができる。すなわち、この実施
例回路では、前記第1図の実施例のように演算増幅回路
OP1やその出力側に設けらる電流ミラー回路を省略で
きるものある。
以上説明した第1図ないし第3図の実施例回路において
、動作電源として正の電圧を用いる場合には、電流ミラ
ー回路が電源電圧側に設けられる構成となるが、電流ミ
ラー回路は電流源として動作するため電源依存性を持た
なくできる。したがって、この場合には、分圧抵抗RL
、の他端に回路の接地電位を供給して、接地電位を基準
にして上記各基準電圧■1ないし■5等を形成する構成
とすることができる。
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 (11基準電圧を形成する分圧抵抗と同一材料で形成さ
れたサンプル抵抗に定電圧を供給して電流を形成し、こ
のサンプル抵抗に流れる電流を電流ミラー回路を介して
基準電圧を形成する抵抗素子に流して基準電圧を形成す
る。この構成においては、分圧抵抗のプロセスバラツキ
及び温度依存性と上記サンプル抵抗のプロセスバラツキ
及び温度依存性とが同様に生じるため、サンプル抵抗で
形成された電流を、上記の分圧抵抗に流すことによって
形成される基準電圧は、プロセスバラツキ及び温度依存
性が相殺されるから高精度で高安定になるものである。
(2)一対のMOSFETの実質的のゲートソース間電
圧差をサンプル抵抗に印加して電流を形成し、それを電
流ミラー回路を介して上記MO3FETに帰還させるバ
イアス回路を構成し、それに電流ミラーMOS F E
Tを設けてスイッチMO3FETを介して選択的に押し
出し電流と吸い込み電流を出力させて上記基準電圧を形
成する分圧抵抗に流すようにすることによって、分圧抵
抗の他端側を中点として分圧抵抗における同じタップか
ら正負の対称的な2つの基準電圧を得ることができる。
この構成においては、前記のようにサンプル抵抗により
形成した電流をそれと同じ材料で同一幅を持つ分圧抵抗
に流すことにより、そのプロセスバラツキや温度依存性
を相殺させることができることの他、タップ数の2倍の
数の基準電圧を得ることができ、しかも、正と負の基準
電圧は、同じ抵抗で形成しているから相対的に等しい電
圧となりより高精度の電圧を得ることができるという効
果が得られる。
(3)一対のMOS F ETのゲート、ソース間電圧
の差電圧を受け、電流値を決める抵抗にサンプル抵抗R
Bを用いることにより、バイアス回路に流れる電流がサ
ンプル抵抗RBのプロセスバラツキや温度依存性に従っ
たものとなり、それを基準電圧を形成する分圧抵抗に流
す構成を採ることにより、回路の簡素化を図ることがで
きるという効果が得られる。
(4)電流ミラーのような電流源回路により形成した電
流を分圧抵抗に流して基準電圧を形成するものであるた
め、動作電圧を有効に利用でき、タップ数を多くとれる
という効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、サンプル抵抗に
流れる電流を形成するための定電圧は、半導体集積回路
に内蔵される各種定電圧素子や用いた定電圧発生回路に
より形成されたものを用いるもの他、半導体集積回路の
外部から供給するものとしてもよい。また、第1図ない
し第3図において、電流ミラー回路は、出力側MO3F
ETに直列に接続されるMOSFETを省略するもので
あってもよい。アナログ/ディジタル変換を行うA/D
変換回路の変換方式、その具体的回路構成は、前記複数
の基準電圧を用いるものであれば何であってもよい。
この発明は、前記のようなアナログ/ディジタル変換回
路に用いられる基準電圧の他、半導体集積回路に内蔵さ
れ、電源、温度及びプロセス依存性を持たない基準電圧
発生回路として広く利用できるものである。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、基準電圧を形成する分圧抵抗と同一材料で
同一幅に形成されたサンプル抵抗に定電圧を供給して電
流を形成し、このサンプル抵抗に流れる電流を電流ミラ
ー回路を介して基準電圧を形成する抵抗素子に流して基
t$雷電圧形成することより、分圧抵抗のプロセスバラ
ツキ及び温度依存性と上記サンプル抵抗のプロセスバラ
ツキ及び温度依存性とが同様に生じてプロセスバラツキ
及び温度依存性が相殺されるから高精度で高安定の基準
電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、第2図は
、この発明の他の一実施例を示す回路図、 第3図は、この発明の更に他の一実施例を示す回路図で
ある。 OPl、0P2− ・演算増幅回路、ADC−。 アナログ/ディジタル変換回路、C0NT・・制御回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基準電圧を形成する抵抗素子と同一材料で形成され
    たサンプル抵抗に定電圧を供給する回路と、上記サンプ
    ル抵抗に流れる電流を受けて基準電圧を形成する抵抗素
    子に電流を供給する電流ミラー回路とを含むことを特徴
    とする基準電圧発生回路。 2、上記サンプル抵抗に定電圧を供給する回路は、基準
    定電圧が非反転入力に供給された演算増幅回路と、この
    演算増幅回路の出力電圧がゲートに供給され、ソース電
    圧を上記演算増幅回路の反転入力に帰還させるとともに
    、上記サンプル抵抗が設けられたMOSFETとからな
    るものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の基準電圧発生回路。 3、上記基準定電圧は、ダイオード形態に接続された第
    1のMOSFETと、この第1のMOSFETとゲート
    が共通化された第2のMOSFETと、上記第2のMO
    SFETのソース側に設けられ、上記第1と第2のMO
    SFETとにおけるゲート、ソース間電圧の差電圧が供
    給される抵抗素子と、上記第2のMOSFETのドレイ
    ンから得られる電流を受けて第1のMOSFETのドレ
    イン電流として帰還させる電流ミラー回路とを含み、上
    記第1のMOSFETのドレインから出力されるもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1又は第2項記
    載の基準電圧発生回路。 4、上記基準定電圧を形成する第2のMOSFETのソ
    ース側に設けられる抵抗は、サンプル抵抗を併用するも
    のであり、第1のMOSFETに流れる電流に基づいて
    基準電圧を形成する抵抗素子に供給される電流が形成さ
    れるものであることを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の基準電圧発生回路。
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Cited By (3)

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