JPH02285408A - 基準電圧を発生する回路 - Google Patents

基準電圧を発生する回路

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JPH02285408A
JPH02285408A JP2082902A JP8290290A JPH02285408A JP H02285408 A JPH02285408 A JP H02285408A JP 2082902 A JP2082902 A JP 2082902A JP 8290290 A JP8290290 A JP 8290290A JP H02285408 A JPH02285408 A JP H02285408A
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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 本発明は集積回路にＩＩ達し、詳細には安定した基準電
圧を提供する方法と装置に関する。
多くの集積回路では、その動作に安定した基準電圧が必
要とされる。例えば、電圧基準はデータ取得システム、
電圧調整器及び測定装置で使用されている。この様な８
１積回路では二種類の電圧基準、即ちバンドギャップ電
圧基準及び埋込みツェナー基準が一般的に使用される。
バンドギャップ基準電圧には、埋込みツェナー基準と比
べて幾つかの利点がある。バンドギャップ電圧基準は埋
込みツェナー基準よりも低い供給電圧で動作でき、また
電力の消散も少ない。更に、バンドギャップ電圧基準の
長期間の安定は、埋込みツェナー基準のそれにまさる。
あいにく埋込みツェナー基準よりも、バンドギャップ電
圧基準の出力電圧は温度に依存している。
この要因は、集積回路が広範囲の温度にさらされる場合
、例えば野外で使用される場合、ｔｌｉになる。バンド
ギャップ電圧基準と埋込みツェナー基準の両方が、ある
程度温度に依存する出力電圧を提供することに留意され
たい。
従って、広い温度範囲に渡って安定した出力電圧を提供
する基準電圧源を提供覆る必要が、本産業分野で生じて
いる。
問題点を解決するための手段及び作用 本発明によると、安定した基準電圧を発生する回路が提
供され、従来の基準電圧回路に携わる問題が著しく取除
かれる。
本発明の基Ｑ＝電圧回路は、バンドギャップ電圧基準ま
たはツェナー基準のような、公知の温度範囲、例えばＴ
ｏとＴ１の間で、比較的に安定した電圧を提供すること
が知られている電圧発生器を含む。調整回路は、Ｔ１よ
り高い温度かＴＯより低い温度、または両極端の温度に
おいて、電圧の不正確さを補正する。
本発明の第一の実施例では、回路は周囲の湿度に反応す
る第一の電圧を発生ずる１、第一の電圧に反応して電流
が発生し、安定した基Ｉ？ｉ電１１を維持するよう出力
ノードにおいて電圧に影響を及ぼす。
本発明の第二の実施例では、基準出力電圧が部分的に、
−個または複数の負荷装置に渡る温度依存電圧により決
定される。温度依存電圧は、周囲の温度を検出するのに
用いられ、そして温度がＴｏ及びＴ１内の温度範囲を越
えると分かれば、出力電圧は適宜に調整される。
本発明には従来の技術に比べて幾つかの利点がある。第
一に安定した出力基準電圧が、広い温度範囲に渡っ、て
維持され得る。第二に補正回路は確かな温度補正を行う
のに、比較的に少ない構成要素しか必要としない。
本発明とその利点をより一層理解するために、図面と共
に以下の詳細な説明を参照されたい。
実施例 本発明の好ましい実施例は、第１図乃至第４図を参照し
て良く理解されよう。図面において対応する部分には、
同一の参照番号が用いられる。
第１図は従来のバンドギャップ電圧基準回路の略図であ
る。回路１０は、ＮＰＮトランジスタ１８のコレクタ１
４とベース１６に接続された３Ａ準電流源１２を含む。
ＮＰＮトランジスタのエミッタ２０は、抵抗器Ｒ１の一
端に接続される。抵抗器Ｒ１の他方の端は接地に接続さ
れる。電圧基準■ｒ８ｆがベース１６と接地の間に提供
される。
電流源は■ｐｔａｔ／Ｒｏと同等な電流を提供する。
ｖｐｔａｔは絶対温度に比例する電圧である。基準電圧
Ｖ、。ｆは、トランジスタ１８のベース・エミッタ電圧
ｖｂｏと、Ｒ１を介する電流により発生される電圧を合
わせたものに匹敵する。従って、Ｖ　　　＝Ｖ　　＋Ｖ
　　　＊（Ｒ１／Ｒｏ）となる。
ｒｅｆ　　　ｂｅ　　　ｐｔａｔ Ｒ１とＲＯに適切な値を選択ηることにより、ベース・
エミッタ電圧Ｖ　の温度依存は、［く１に渡ｅ る電圧降下で補償され得る。
第１図の回路が適度な温度の範囲Ｃ比較的に安定した電
圧を提供り゛る間、二次効果により、非常に低い温度と
非常に高い温度で電圧降下が生じる。
結果として第１図の回路は、集積回路が広範囲の温度に
さらされる場合不適切になる。
第２図は本発明の略図である。、湾曲補正バンドギャッ
プ回路２２は、雄準電流源部２４、バンドギャップ回路
部２６、及び湾曲補正回路２８を含む。
基準回路部２４は、温度に対して比較的に一定な電流Ｉ
　　を発生する。基準回路部２４は、ｐｔａｔ ’　ｐｔａｔ＝Ｖｐｔａｔ／ＲＯとなるように設片１さ
れ、ここでＲｏは電流源３０に含まれる抵抗器である。
Ｖ　　とＲは共に温度に依存し、ｎいに相殺すｐｔａｔ
　　　Ｏ る傾向にあり、結果として比較的に温度に依存しない１
　　になる。
ｐｔａｔ ■　　はトランジスタ３２と３４を介してミラｔａｔ −（１１１ｉｒｒｏｒ）され、湾曲補正回路２８に電流
’　ｐｔａｔを提供する。
湾曲補正回路２８は、高温補償（補正）回路３６と低温
補償（補正）回路３８を含む。高温補償回路３６は、そ
のベースが抵抗器Ｒ３とＰＮＰトランジスタ３４のコレ
クタに接続される、ＮＰＮトランジスタ４０を含む。ト
ランジスタ４０のコレクタは、バンドギャップ回路２６
のノード４１に接続される。トランジスタ４０のエミッ
タは、抵抗器Ｒに接続される。抵抗器Ｒ３とＲ４の反対
側は、ＮＰＮトランジスタ４２のコレクタへ接続される
。ＮＰＮトランジスタ４２のエミッタは、回路共通部へ
接続される。トランジスタ４２のベースは、そのコレク
タと、Ｎ　Ｐ　Ｎ　＋−ランジスタ４４及び４６のベー
スに接続される。低湿補償回路３８は抵抗器Ｒ−５とＲ
６を含み、それらの一端はそれぞれバンドギャップ回路
２６の出力ノード４８に接続される。抵抗器Ｒ５の反対
側の端は、ＰＮＰトランジスタ５０のエミッタに接続さ
れる。
抵抗器Ｒ６の反対側の端は、１−ランジスタ４６のコレ
クタ、トランジスタ５０のベース、及びトランジスタ５
２のベースに接続される。トランジスタ４４と４６のエ
ミッタは回路共通部に接続される。トランジスタ４４の
コレクタは、トランジスタ５０のコレクタとトランジス
タ５２のエミッタに接続される。トランジスタ５２のコ
レクタは、バンドギャップ回路２６のノード５３に接続
される。
バンドギャップ回路２６は、ＰＮＰトランジスタ５４ａ
−ｂを含む電流ミラーを含み、イれらのエミッタはそれ
ぞれトランジスタ３４のコレクタに接続される。１ヘラ
ンジスタ５４ａ−ｂのベースは、トランジスタ５４ａの
コレクタに接続される。
トランジスタ５４ａ−ｂのコレクタは、それぞれＮＰＮ
トランジスタ５５と５６のコレクタに接続される。トラ
ンジスタ５５と５６のエミッタは、ＮＰＮトランジスタ
５８のコレクタに接続される。
トランジスタ５８のエミッタは、抵抗器Ｒ７を介して回
路共通部へ接続される。トランジスタ５８のベースは、
トランジスタ６０のベースとコレクタに接続される。ト
ランジスタ５４ａ−ｂのエミッタは、ＮＰＮトランジス
タ６２のベースにも接続される。トランジスタ６２のコ
レクタはＶ。０に接続され、またトランジスタ６２のエ
ミッタはノード４８に接続される。ノード４８と５３の
間には、抵抗器ＲＬＴが接続される。ノード５３と４１
の間には、抵抗器ＲＨＴが接続される。またノード４１
には、ＮＰＮトランジスタのコレクタとベースも接続さ
れる。トランジスタ６４のエミッタは、ＮＰＮｌ−ラン
ジスタロ６のコレクタとベースに接続される。トランジ
スタ６６のエミッタは抵抗器Ｒに接続される。抵抗器Ｒ
８の他方の端は、トランジスタ５６のベースに接続され
ているノード６８に接続される。ｌ・ランジスタ５５の
ベースはノード７０に接続される。抵抗器Ｒ９〕はノー
ド６８と７０の間に接続される。またノード７０には、
ＮＰＮトランジスタ７２のコレクタとベースも接続され
る。トランジスタ７２のエミッタは、ＮＰＮトランジス
タ７４のコレクタとベースに接続される。抵抗器Ｒは、
ｌ・ランジスタ７４のエミッタを回路共通部に接続する
。中間利得スデージロ路７６は、トランジスタ６２のベ
ースに接続されたエミッタと、トランジスタ５４ｂのコ
レクタに接続されたベースと、ＮＰＮトランジスタ８０
のベースに接続されたコレクタを有するＰＮＰトランジ
スタ７８を含む。４レバシタ８２は、トランジスタ７８
のベースと：ルクタの間に接続される。トランジスタ８
０のコレクタは、トランジスタ７８のエミッタに接続さ
れる。抵抗器８４は、トランジスタ８０のベースとエミ
ッタの間に接続される。トランジスタ８０のエミッタは
回路共通部に接続される。
明白なことに、抵抗器Ｒｏ、Ｒ３，及びＲ６は同じ材料
から形成され、よってこれらのｍｈｏ係数はほと／υど
同一である。従ってＲ６を介する電圧はｖｐｔａｔに比
例し、これは温度に依存する。
動作において回路２６は、出力型Ｉ［が比較的に一定で
あるＴｏとＴ１の間の温度範囲で、第１図に示されるよ
うな一般的なバンドギャップ回路と同様に動作する。こ
の温度範囲では１〜ランジスタ５４ａ−ｂは、トランジ
スタ５５と５６に同等の電流を流させる。トランジスタ
５５と５６は第２図に５：１と示されるような、特定な
エミッタ領域率を有する。従って、電圧ΔＶ、。がトラ
ンジスタ５５と５６のベース間で発生する。トランジス
タ５５と５６のベースは抵抗器Ｒ９を渡して接続されて
いるので、電流は抵抗９！ＡＲ９を介して八Ｖ、。／　
Ｒｇと同等になる。従って、ノード４８と接地の間の出
力電圧は以下のように示され得る。
／Ｒ）Δｖｂｅ ｖｏＵｌ−４ｖｂｅ＋　（Ｒｔｏｔ　　　９ここでは、 ４Ｖ、。＝トランジスタ６４．６６．７２．７４の結合
ベース・エミッタ電圧 Ｒ−４＜　　　＋Ｒ＋Ｒ＋Ｒ十Ｒ ｔｏｔ　　　　ＬＴ　　　　１−ｔｌ”　　　　８　　
　９　　　１０Δｖｂ８＝　ｋ　Ｔ／ａ　　Ｉ　ｎ　５
である。
利得ステージ回路７６は、トランジスタ５６をわずかに
負荷することにより、トランジスタ５４ａ−ｂに同等な
電流を維持するよう動作する。
Ｔ１より高い温度において、高温補償回路３６は付能さ
れる。湿度が上昇するにつれ、Ｒ３に渡る電圧降下が同
様に増加する。Ｒ３に渡る電圧が所定の電圧に達すると
き、トランジスタ４０はターン・オンし始め、よって抵
抗器ＲとＲＬ　ＨＨＴ に更に電流を導く。従って高温補償回路３６は、より高
い温度において、出力電圧を増加させる動きをする。ｍ
度が上昇するに連れ、ｉ・ランジスタ４０は出力電圧を
更に増加するためもつと電流を導く。抵抗器Ｒ４は湿度
の−Ｌ昇に連れて、トランジスタ４０を介する電流を徐
々に変化させるよう提供されている。
同様に低温補償回路３８は、Ｔｏより低い温度において
出力電圧を上げる。］・トランジスタ４と４６は、トラ
ンジスタ４２を介する［Ｅをミラーする。従ってトラン
ジスタ４４と４６は、’　ｐｔａｔと同等な電流を導く
。低い４度では、抵抗器Ｒ６に渡る電圧は低くなるであ
ろう。抵抗器Ｒ６は値を持ち、よってＴｏより低い一度
では、Ｐ　Ｎ　Ｐ　ｌ−ランジスタ５０はターン・オン
しないであろう。
従ってトランジスタ４４に導かれる電流は、トランジス
タ５２を介して導かれなければならない。
トランジスタ５２のコレクタがノード５３に接続されて
いるので、抵抗器Ｒを介して更に電圧Ｔ が引かれ、よって出力゛電圧Ｖ　　　が増加する。
ｕｔ 温度が上昇するに連れて、抵抗器Ｒ６に渡る電圧が上昇
し、ＰＮＰトランジスタ５０を導電させる。
トランジスタ５０が導電するとき、トランジスタ５２を
介する電流は減少し、Ｒに渡る電流降Ｔ 下を減少させる。
湾曲補正回路が出力電圧を影響する温度は、抵抗器Ｒと
共に、抵抗器Ｒ及びＲ３を３ｍ整する０に とにより変えられ得る。従って湾曲補正回路２８は、い
かなる二つの温度においても湾曲補正を提供するよう動
作できる。更に、高温補償回路３６と低温補償回路３８
に類似する他の回路を、湾曲補正を更に提供するのに用
いてもよい。
第３図は本発明の第二の実施例を示し、ここでは高湿補
正回路は、分離した基準電流部２４を必要とせずに、バ
ンドギャップ電圧回路により駆０１される。バンドギャ
ップ回路２６は第３図に示されるようにほとんど同じで
ある。しかしながら高温補償回路３６は、そのベースが
トランジスタ７４のエミッタに接続されているトランジ
スタ８６を含む。トランジスタ８６のコレクタはノード
５３に接続され、］・トランジスタ６のエミッタは抵抗
器Ｒを介して回路共通部に接続される。木発明の本実施
例では、ＰＡ温補償回路３６しか示されていないので、
Ｒは示されていないことにＬＴ 留意されたい。しかしながら第３図の実施例に、第２図
に示されるような低温補償回路を提供Ｊることは可能で
あろう。
前述したように特定のｍ　ａ　Ｔ　１において、出力電
圧Ｖ　　　はトランジスタ６４．６６．７２及ｕｔ び７４のダイオード降下のため減少し、その減少は抵抗
器Ｒ８，Ｒ９及びＲｌｏに渡る電圧が増加するよりも速
いであろう。抵抗器Ｒ１，：渡る電圧は、温度が増加す
るに連れ増加するであろう。
Ｒｌｏには値が提供されても良く、よって温度Ｔ１にお
いてトランジスタ８６は付箋される。トランジスタ８６
が付箋されるとぎ、電流が更にＲＨＴを介して専かれ、
よって出ツノ電圧が増加する。抵抗器Ｒは、トランジス
タ８６を望ましい温度で付箋させるように調整されても
良い。抵抗Ｐ！Ｒ１１はトランジスタ８６を介する電流
を、温度により徐々に増加させるように提供される。
第４図は、高温湾曲補正を有する第３図のバンドギャッ
プ回路２２の出力電圧を示すグラフである。図示される
ように出力電圧は、華氏−４０度から華氏１２０度まで
の温度範囲では、１０ミリボルト以内と比較的に安定し
ている。
本発明には、補償が更に高温と低温で付箋され、広い温
度範囲に渡ってより一定な基準電圧を提供するという技
術的な利点がある。補償が更に提供される渇麿は、−個
または複数の抵抗器の１ｆｆｌ　ｅ調整覆ることで変え
られ得る。本発明の回路ぐは、補償を行うためのハード
ウェアの追加は最小限で流む。
本発明の詳細な説明されてきたが、特許請求の範囲によ
り定められる本発明の範囲から逸れることなく様々な変
更、代用、修正が可能である。
以上の説明に関連して更に以下の項を開示りる。
（１）　　公知の温度範囲内で比較的に安定した出力電
圧を提供する電圧発生器を含み、前記発生器ｉよ（１）
第一と第二の不整合バイポーラ・トランジスタを含み、
前記第一と第二のバイポーラ・ｉ・ランジスタのエミッ
タは互いに結合され、また（ｉｉ）前記第一と第二のバ
イポーラ・トランジスタのベースの間に接続される第一
の抵抗器を含み、また（ｉｉｉ）前記第一の抵抗器と直
列で前記第一の電流を流す第二の抵抗器を含み、前記発
生器はＩｙＩ配第−の抵抗器で決定された電流から前記
比較的に安定した出力電圧を提供し、また、 安定した出力電圧を維持するために、所定の編廉に反応
する前記出力電圧を調整する回路を含み、前記回路は前
記第二の抵抗器を介して、前記第一の抵抗器に並列に、
前記公知の温ｉ範囲外の温度に対して、電流を提供する
ことを含む、広い温度範囲に渡って安定した基準電圧を
発生ずる回路。
（２）　　（１）項に記載した回路において、前記電圧
発生器はバンドギャップ基準を含む。
（３）　　（１）項に記載した回路において、前記調整
回路は、温度依存電圧を発生する回路と、前記温度依存
電圧に反応する電流を発生する回路を含む。
（４）　　（３１項に記載した回路において、電圧を発
生する前記回路は抵抗３を含む。
（５）　　（３）項に記載した回路において、電流を発
生ずる前記回路はトランジスタを含む。
（６）　　（１）項に記載した回路において、前記電圧
発生器は、中に電流が流れる一個または複数の抵抗器を
含む。
（７）　　（６）項に記載した回路において、前記調整
回路は一個または複数の前記抵抗器を介する電流を調整
する回路を含み、よって抵抗器に渡る電圧は変えられる
。
（８）　　（１）項に記載した回路において、前記調整
回路は、第一の温度に反応する出力電圧を調整する第一
の調整回路と、第二の温度に反応する出力電圧を調整す
る第二の調整回路を含む。
（９）　　ベースが第一の抵抗器で接続されたエミッタ
結合不整合バイポーラ・トランジスタの使用により、公
知の温度範囲で、比較的に安定した出力電圧を発生する
段階を含み、前記比較的に安定した出力電圧は、前記第
一の抵抗器を介Ｊる第一の’ｒｌｆ流により定められ、 所定の温度を検出する段階を含み、また、第二の抵抗器
を介して第二の電流を導くことにより、安定した電圧基
準を提供するために、前記温度検出に反応して前記出力
電圧を調整する段階を含み、前記第二の抵抗器は前記第
一の抵抗器と直列にあり、前記第二の抵抗器は前記第一
の１１を流すことを含む、安定した出力′ｆｉ圧基準を
発生する方法。
Ｈｏ）　　（９）項に記載した方法において、前記検出
段階は、温度依存電圧を発生し、また所定の電圧レベル
を検出することを含む。
（１１）　　（１０）項に記載した方法において、前記
調整段階は、前記所定の電圧レベルの検出に反応して、
トランジスタを付能する段階を含む。
（１２）　　（１１）項に記載した方法において、比較
的に安定した出力電圧を発生する前記段階は、−個また
は複数の抵抗器を介して電流を導く段階を含む。
（１３）　　（１２１項に記載した方法において、航記
調整段階は更に、−個または複数の前記抵抗器を介する
電流の量を調整する段階を含む。
（１４）電圧基準回路（２６）は広い温度範囲に渡って
、安定した出力基準電圧を提供する。＾渇湾曲補正回路
く３６）は第一の所定の温度で付能され、出力電圧を適
宜調整する。低温湾曲補正回路（３８）は、第二の所定
の一度より低い４度で付能され、同様に出力電圧に彩管
を及ぼす。好ましい実施例、高及び低湾曲補正回路（３
６，３８）は、バンドギャップ回路（２６）または他の
基準回路の、−個または複数の抵抗器を介する電流を変
えるよう動作できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の技術のバンドギャップ電圧基李の略図
である。 第２図は、広い温度範囲に渡って非線形栢を補償するた
めの回路を利用する、本発明のバンドギＶツブ基準回路
を示す図。 第３図は本発明の第二の実施例を示す図。 第４図は本発明のバンドギャップ？（ｊ　Ｌｔ基へもの
出力を示すグラフ図である。 主な符号の説明 ２２：湾曲補正バンドギャップ回路 ２４：基準電流源部 ２６：バンドギャップ回路部 ２８：湾曲補正回路 ３６：高温補１！（補正）回路 ３８：低温補償（補正）回路 ７６：中間利得ステージ回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）公知の温度範囲内で比較的に安定した出力電圧を
    提供する電圧発生器を含み、前記発生器は（ｉ）第一と
    第二の不整合バイポーラ・トランジスタを含み、前記第
    一と第二のバイポーラ・トランジスタのエミッタは互い
    に結合され、また（ｉｉ）前記第一と第二のバイポーラ
    ・トランジスタのベースの間に接続される第一の抵抗器
    を含み、また（ｉｉｉ）前記第一の抵抗器と直列で前記
    第一の電流を流す第二の抵抗器を含み、前記発生器は前
    記第一の抵抗器で決定された電流から前記比較的に安定
    した出力電圧を提供し、また、 安定した出力電圧を維持するために、所定の温度に反応
    する前記出力電圧を調整する回路を含み、前記回路は前
    記第二の抵抗器を介して、前記第一の抵抗器に並列に、
    前記公知の温度範囲外の温度に対して、電流を提供する
    ことを含む、広い温度範囲に渡つて安定した基準電圧を
    発生する回路。
  2. （２）ベースが第一の抵抗器で接続されたエミッタ結合
    不整合バイポーラ・トランジスタの使用により、公知の
    温度範囲で、比較的に安定した出力電圧を発生する段階
    を含み、前記比較的に安定した出力電圧は、前記第一の
    抵抗器を介する第一の電流により定められ、 所定の温度を検出する段階を含み、また、 第二の抵抗器を介して第二の電流を導くことにより、安
    定した電圧基準を提供するために、前記温度検出に反応
    して前記出力電圧を調整する段階を含み、前記第二の抵
    抗器は前記第一の抵抗器と直列にあり、前記第二の抵抗
    器は前記第一の電流を流すことを含む、安定した出力電
    圧基準を発生する方法。
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