JPH05216546A - 基準電圧回路 - Google Patents

基準電圧回路

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JPH05216546A
JPH05216546A JP4156321A JP15632192A JPH05216546A JP H05216546 A JPH05216546 A JP H05216546A JP 4156321 A JP4156321 A JP 4156321A JP 15632192 A JP15632192 A JP 15632192A JP H05216546 A JPH05216546 A JP H05216546A
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conductor
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JP4156321A
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Inventor
Bernd M Rundel
ベルンド・エム・ランデル
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Texas Instruments Tucson Corp
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Burr Brown Corp
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities
    • HELECTRICITY
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    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/305Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in case of switching on or off of a power supply
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電力消費スタンバイ・モードから急速パワ
ーアップを行え、またバンドギャップ回路出力の高周波
ノイズ等の有効な濾波を行える精密基準電圧回路を提供
すること。 【構成】 バンドギャップ電圧基準発生回路2の出力
に、FET4、外部バイパスコンデンサ5、FET7、
バッファ回路8を含む回路1を接続する。FET4,7
は、変換動作中はオンとして、この変換中に、FET
4,7とバイパスコンデンサ5とで、バンドギャップ回
路2が発生する高周波ノイズを濾波して、正確な基準電
圧をバッファ回路に供給する。各変換の合間には、FE
T4,7をオフにして、バイパスコンデンサ5を絶縁す
ることによりその電荷を保持させる。これにより、FE
T4,7をオンにした時に、コンデンサ5を充電しなく
てもよいようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低電力スタンバイ・モ
ード 即ち利用回路に供給する電力がその利用回路の各
フルパワー動作の合間の時間インターバル中に急激に減
少するモードから、急速に“パワーアップ”するのを可
能にする回路に関するものである。より詳しくは、本発
明は、ノイズ信号を減少させるのに外部のバイパスコン
デンサを使用できるようにする回路に関している。
【0002】
【従来の技術】16ビットのADC、DAC(デジタル
−アナログ変換器)等のような種々の高精度の回路は、
基準電圧発生器を備えている。ある電圧発生器回路で
は、いわゆる“バンドギャップ”回路を含んでいる。こ
のバンドギャップ回路は、絶対温度に比例した基準電圧
を発生する。多くの場合、このバンドギャップ回路の出
力は、ある1つのバッファ回路の入力に接続されてい
る。そのバッファ回路は、通常ある非常に低い出力イン
ピーダンスをもっていて、バンドギャップ回路が発生し
た出力電圧に等しい精密な出力基準電圧を発生する。こ
の出力基準電圧は、所望の内部基準電圧レベルを生成す
るため、製造中にニクロム抵抗器等をトリミングするこ
とによって精密に調整することができる。例えば、本願
出願人のADS7800の12ビット・アナログ−デジ
タル変換器は、そのようなバンドギャップ/バッファ回
路を有している。このバンドギャップ基準電圧発生器回
路は、高周波サーマルノイズ及びフリッカノイズを発生
する。また、他の発生源からのノイズが、そのバンドギ
ャップ回路の出力に現れることもある。このようなノイ
ズは、代表的には、10メガヘルツかそれ以上の周波数
のものである。このようなノイズ電圧は、その12ビッ
トADCの最下位ビットに不正確さを生じるさせる程の
大きさである。
【0003】高分解能のADC、DAC等の応用があ
り、これでは、非常に低い平均電力消費が要求される。
あるケースにおいては、高分解能のADCまたはDAC
における低平均電力消費は、各変換動作の合間に、その
回路の少なくともいくつかを低電力消費の“スタンバ
イ”モードに切り換えることによって実現している。し
かし、その回路を低電力スタンバイ・モードから“パワ
ーアップ”状態に切り換える度に大きな外部バイパスコ
ンデンサを充電しなければならない場合には、この方法
は、実用的ではない。先行技術のある回路では、バンド
ギャップ回路の出力に入力が接続したバッファ回路の出
力の箇所に外部リードを接続し、これにより、バンドギ
ャップ回路が発生するフリッカノイズ及びサーマルノイ
ズを濾波する必要のあるユーザに対し、1〜10マイク
ロファラッドの外部バイパスコンデンサをそのバッファ
回路の出力に接続して、バッファ回路出力の電圧をロー
パスフィルタ処理することができるようにしている。こ
のようにして低平均電力消費を実現しているが、この回
路の急速パワーアップは、実現可能ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、低電力消費スタンバイ・モードから急速にパワーア
ップでき、またバンドギャップ回路の出力の高周波のフ
リッカノイズ、サーマルノイズ等を有効に濾波できる精
密な基準電圧回路を提供することである。
【0005】本発明の別の目的は、バンドギャップ回路
が発生するフリッカノイズ及びサーマルノイズの濾波
と、別の違った基準電圧源への置き換えを可能にするた
めにバンドギャップを減結合することと、その基準電圧
源が発生する高周波ノイズの有効な濾波と、そして低電
力消費状態からの急速なパワーアップと、を提供するの
に十分融通性のある、精密基準電圧回路を提供すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】1つの実施例にしたがっ
て簡単に述べると、本発明では、アナログ−デジタル変
換器または他の利用回路に使用できる基準電圧回路を提
供する。この基準電圧回路は、バンドギャップ回路と、
このバンドギャップ回路の出力導体を第1の導体に結合
する第1の電界効果トランジスタとを有する。その第1
導体は、第1の外部バイパスコンデンサとバッファ回路
の非反転入力とに結合する。第2の電界効果トランジス
タで、その第1導体をバッファ回路の非反転入力に結合
する。バッファ回路の出力は、この回路の反転入力に結
合する。記述する実施例では、それら第1及び第2の電
界効果トランジスタは、アナログ−デジタル変換器によ
る変換動作中、オンとする。また、第1電界効果トラン
ジスタ及び第1バイパスコンデンサは協働して、バンド
ギャップ回路が生成する高周波ノイズを濾波し、それに
よって、精密基準電圧をバッファ回路の非反転入力に印
加させる。この基準電圧は、バッファ回路の出力に複写
(replicate)する。各変換動作の合間には、第1及び
第2の電界効果トランジスタをオフとして、第1バイパ
スコンデンサを絶縁することによりその電荷を保存さ
せ、これにより、第1及び第2の電界効果トランジスタ
がオンに戻ったときに第1バイパスコンデンサを充電す
る必要がないようにする。第1の電界効果トランジスタ
は、第2のFETと独立でオンにすることができ、これ
により、上記バンドギャップ回路ではなく外部基準電圧
源を、第1導体に結合することができるようにする。あ
る1つの実施例においては、第2のバイパスコンデンサ
を第2の導体に接続する。第3の電界効果トランジスタ
で、その第2導体にバッファ回路の出力を結合し、そし
て第4の電界効果トランジスタで、その第2導体を第3
の導体に結合し、この第3導体上に上記基準電圧を複写
する。レーザ・トリミング可能な抵抗性分圧器を、バッ
ファ回路の出力に結合して、調節した基準電圧を生成す
る。この基準電圧は、アナログ−デジタル変換器のCD
ACキャパシタ・アレイの基準電圧端子に印加すること
になる。
【0007】
【実施例】図1を参照すると、回路1は、参照番号3で
指示した出力インピーダンスを有するバンドギャップ基
準電圧発生器回路2を備えている。このバンドギャップ
回路2の出力インピーダンスZOUTは、値が約3.5キロ
オームである。バンドギャップ基準電圧発生器2の出力
は導体3に現れ、そしてこの導体3は、MOSFET4
のソースに接続している。MOSFET4は、このMO
SFET4のゲート電極に接続する制御信号V1の極性
に依存して、Pチャンネル形かNチャンネル形のMOS
FETとすることができる。このMOSFET4のドレ
インは、導体6でバイパスコンデンサ5の1端に接続
し、そしてこのコンデンサ5の他端は接地する。バイパ
スコンデンサ5のキャパシタンスC1は、典型的には1
〜10マイクロファラッドである。導体6はまた、MO
SFET7のソースに接続するが、そのMOSFET7
もまた、Pチャンネル形MOSFETまたはNチャンネ
ル形MOSFETのいずれかにすることができる。この
MOSFET7のゲート電極は、低電力消費スタンバイ
・モードを開始させる信号VSTANDBYを受け取るように接
続してある。また、MOSFET7のドレインは、導体
9でバッファ8の非反転入力に接続する。バッファ8の
出力は、導体10でバッファ8の反転入力とレーザによ
ってトリミング可能なニクロム抵抗器11の1端に接続
してある。その導体10には、電圧VREFOが発生するこ
とになる。
【0008】抵抗器11の他端は、導体13でレーザ・
トリミング可能な抵抗器12の1端に接続し、またこの
抵抗器12の他端は接地する。これらの抵抗器11及び
12で、トリミング可能な分圧器を形成している。導体
13には基準電圧VREF01が発生し、これは、16ビッ
ト・アナログ−デジタル変換器のCDACキャパシタ・ア
レイ14の各基準ノード、あるいは高精度で低ノイズの
基準電圧を必要とする別の回路に供給する。
【0009】次に、バッファ8の現在好ましい実現例に
ついて、図3の回路図に示す。この実現例は、模範的な
ものであってしかも当業者が容易に理解できる、と考え
るものである。したがって、その詳細は説明する必要の
ないものである。しかしながら、若干説明を加えると、
図3において、NPNトランジスタ28は、NPNカレ
ントミラーにバイアス電流を供給し、そしてこれの出力
トランジスタ29は、バッファ回路8の連続段となった
各カレントミラー用の基準電圧を確立する。MOSFE
T27のゲートに印加する信号VSTANDBYは、そのトラ
ンジスタ28をオフにし、これがトランジスタ29をオ
フにし、これによってその連続段の電力消費を本質的に
ゼロにまで低減する。また、そのVSTANDBYは、MOS
FET23をオフにまたMOSFET24をオンにし、
これによってMOSFET26をオフにし、したがって
この段の電力消費を本質的にゼロにまで低減する。V
STAN DBYはまた、MOSFET25をオフにして、バッ
ファ8の最終段の電力を本質的にゼロまで低減する。
【0010】このバンドギャップ基準電圧発生器回路2
は、在来設計のものとすることができる。上述した商業
的に入手し得るADS7800 12ビット・アナログ−
デジタル変換器集積回路内においては、ある適当なバン
ドギャップ回路を使用している。しかしながら、図4に
示すように、その従来設計構成にNPNトランジスタ3
1を付加して、バンドギャップ回路2のパワーアップ動
作を実現するようにした。これでは、信号V1がMOS
FET32をオンにすると、これはまた、導体40を接
地に結合するMOSFET33をオフにする。すると直
ぐに、電流38がトランジスタ31のあるベース電圧を
確立し、そしてこれのエミッタは、図示した各抵抗器を
通る電流39を供給し、これで、公知の方法にてNPN
トランジスタ36及び37によるバンドギャップ電圧の
発生を開始させるようにする。また、そのトランジスタ
31のエミッタの電圧は、バンドギャップ回路2のパワ
ーアップを行い終えた後にトランジスタ31をオフにで
きる程十分に上昇する。
【0011】このADCの正常な動作中、図1中のMO
SFET4及び7は、V1及びVST ANDBYでそれぞれオ
ンにする。すると、スタンバイコンデンサ5は、完全に
充電する。バンドギャップ基準電圧発生器回路2は、典
型的には、10メガヘルツまたはそれ以上の周波数で導
体3Aに20〜40ミリボルト ピーク−ピークもの大
きさのノイズを発生する。MOSFET4の“オン”チ
ャンネル抵抗は、ほぼ25オームであり、この抵抗プラ
スZOUTが、1〜10マイクロファラッドのキャパシタ
ンスのバイパスコンデンサ5と協働して、そのようなノ
イズを有効に濾波して除去し、これにより、およそ10
00のファクタでそのノイズを減少させる。
【0012】ノード6上にあるその濾波したバンドギャ
プ出力電圧は、MOSFET7が導体9に結合する。導
体9上のその濾波した基準電圧V9には、バッファ回路
8が発生する比較的小さい量のノイズが加わり、このノ
イズは、導体10上に発生する基準電圧VREFOに含まれ
ることになる。導体10のこの基準電圧をバッファ8の
非反転入力へフィードバックすることにより、導体10
上の電圧を導体9上の電圧と本質上同じに保つようにす
る。
【0013】理解されるように、低電力スタンバイ動作
を望む場合には、MOSFET4及び7をオフとするよ
うにV1及びVSTANDBYを制御する。これによって、バイ
パスコンデンサ5に蓄積された電荷が、ZOUT及び基準
電圧発生器2内のプルダウン・デバイス、あるいはバッ
ファ8の入力抵抗を通って漏れるのを防止する。もしそ
のような漏れが起きた場合には、回路1をパワーアップ
するためにMOSFET4及び7をオンに戻すとき、バ
イパスコンデンサ5をその約2.5ボルトの正常な電圧
にまで充電するのに、ほぼ350ミリ秒必要になる。わ
ずかほぼ25マイクロ秒しか要しない各アナログ−デジ
タル変換を実行する(これは、ある現行技術の16ビッ
トCMOSアナログ−デジタル変換器で実現可能)のを
ユーザが必要とするような典型的な状況においては、そ
の遅延は、全く受け入れられないものとなる。
【0014】図1の回路により、基準電圧発生器2が発
生する高周波ノイズの良好な濾波を行い、これによっ
て、そのようなノイズがバイパスコンデンサ5に蓄積さ
れてLSB変換エラーを発生してしまうのを防止する。
ある場合には、バッファ8が生成する上記追加ノイズ電
圧は、十分低くて、受け入れ不可能ではないことがあ
る。
【0015】次に、図2を参照すると、これには、本発
明の別の実施例を示してある。これでは、1〜10マイ
クロファラッドのコンデンサC2を有する第2のバイパ
スコンデンサ19を、導体17によって、MOSFET
16のドレイン及びMOSFET18のソースに接続し
ている。MOSFET16及び18のゲート電極は双方
とも、電圧VSTANDBYを受けるように接続してある。M
OSFET16のソースは、バッファ8の出力に接続
し、MOSFET18のドレインは、導体10でバッフ
ァ8の反転入力と及びレーザ・トリミング可能な抵抗器
11及び12に接続している。MOSFET16及び1
8は、VSTANDBYの極性に依存して、Nチャンネル形か
Pチャンネル形にできる。また、導体17は、外部集積
回路パッケージ・リードに接続し、これにより、バイパ
スコンデンサ19を外部コンデンサとすることができ
る。図2の回路の内、MOSFET4及び7及びバッフ
ァ8を含む部分の動作は、図1の回路のその部分の動作
と同じである。バッファ回路8が生成する高周波ノイズ
は、MOSFET16のチャンネル抵抗及びバイパスコ
ンデンサ19のキャパシタンスによって濾波する。も
し、導体13を通って供給する電流が十分に低くて、そ
の結果生ずるMOSFET16及び18のソースとドレ
イン間の電圧降下が、所望の動作温度の範囲で無視する
ことが可能であれば、図2の回路1Aは、低電力スタン
バイ・モードからの急速パワーアップと組み合わさっ
て、導体13上の内部ノイズを非常に低くするのに使用
することができ、したがって、本アナログ−デジタル変
換器で非常に正確なLSB変換を実現することができ
る。例えば、ある16ビット・アナログ−デジタル変換
器においては、40マイクロボルトのノイズ電圧が、L
SB変換エラーを生じさせる可能性がある。導体10の
そのノイズ電圧は、上述した回路により、MOSFET
4,7,16及び18のほぼ25オームのチャンネル抵
抗の場合に、およそ20マイクロボルト以下に低減す
る。
【0016】もしテストパッド17Aを設ける場合(設
けるのを希望する場合が多い)には、これがMOSFE
T16を介して引き出す電流に関して、導体10からバ
ッファ8の反転入力へのフィードバックによって自動的
に補償を行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】本発明の別の実施例の回路図である。
【図3】図1及び図2の実施例に含んだバッファ回路の
詳細な回路図である。
【図4】図1及び図2の実施例に含まれる基準電圧発生
器回路の詳細な回路図である。
【符号の説明】
1,1A…回路 2…基準電圧発生器回路 3…出力インピーダンス 4,7,16,18…MOSFET 5,19…バイパスコンデンサ 3A,6,9,10,13,17…導体 8…バッファ 11,12…レーザ・トリミング可能の抵抗器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集積回路アナログ−デジタル変換器におけ
    る基準電圧回路であって、 a) 出力導体(3A)を有していて該導体に第1の基準
    電圧を発生するバンドギャップ回路と、 b) 該バンドギャップ回路の前記出力導体(3A)を、
    第1の外部バイパスコンデンサ(5)に結合した第1の
    導体(6)に対し結合する第1の電界効果トランジスタ
    (4)と、 c) バッファ回路(8)と、 d) 前記第1導体を前記バッファ回路の非反転入力
    (9)に結合する第2の電界効果トランジスタ(7)と、 e) 前記バッファ回路の出力を、該バッファ回路の反
    転入力に結合するための手段(10)と、 f) 前記アナログ−デジタル変換器による変換中に前
    記第1と第2の電界効果トランジスタをオンにするため
    の手段(V1, VSTANDBY)であって、前記第1電界効果ト
    ランジスタ(4)と前記第1バイパスコンデンサ(5)
    が、前記バンドギャップ回路の出力インピーダンスと協
    働することにより、前記バンドギャップ回路が前記第1
    基準電圧上に発生する高周波ノイズを濾波し、これによ
    って前記バッファ回路の前記非反転入力(9)に正確な
    第2の基準電圧(V9)を印加するようにした、前記の手
    段(V1, VSTANDBY)と、を備えた基準電圧回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の基準電圧回路であって、
    第2の導体(17)に接続した第2のバイパスコンデンサ
    (19)と、前記バッファ回路の前記出力(8A)を前記第
    2導体に結合する第3の電界効果トランジスタ(16)
    と、前記第2導体(17)を第3の導体(10)に結合する
    第4の電界効果トランジスタ(8)と、を備え、第3の
    基準電圧(VREFD)を前記第3導体に発生するようにし
    たこと、を特徴とする基準電圧回路。
  3. 【請求項3】基準電圧回路であって、 a) 出力導体(3A)を有していて該導体に第1の基準
    電圧を発生するバンドギャップ回路と、 b) 該バンドギャップ回路の前記出力導体(3A)を、
    第1の外部バイパスコンデンサ(5)に結合した第1の
    導体(6)に対し結合する第1の電界効果トランジスタ
    (4)と、 c) バッファ回路(8)と、 d) 前記第1導体を前記バッファ回路の非反転入力
    (9)に結合する第2の電界効果トランジスタ(7)と、 e) 前記バッファ回路の出力を、該バッファ回路の反
    転入力に結合するための手段(10)と、 f) 該基準電圧回路に応答して動作する利用回路によ
    るパワーアップされた動作中に、前記第1と第2の電界
    効果トランジスタをオンにするための手段(V1,V
    STANDBY)であって、前記第1電界効果トランジスタ
    (4)と前記第1バイパスコンデンサ(5)が、前記バン
    ドギャップ回路の出力インピーダンスと協働することに
    より、前記バンドギャップ回路が前記第1基準電圧上に
    発生する高周波ノイズを濾波し、これにより前記バッフ
    ァ回路の前記非反転入力(9)に正確な第2の基準電圧
    (V9)を印加するようにした、前記の手段(V1,V
    STANDBY)と、を備えた基準電圧回路。
  4. 【請求項4】低い平均電力消費で低ノイズの正確な基準
    電圧を生成する基準電圧生成方法であって、 a) 出力導体(3A)を有していて該導体に第1の基準
    電圧を発生するバンドギャップ回路をパワーアップする
    ステップと、 b) 第1の電界効果トランジスタ(4)をオンにする
    ことによって、第1の外部バイパスコンデンサ(5)に
    結合した第1の導体(6)に対し前記バンドギャップ回
    路の前記出力導体(3A)を結合し、またこれと同時に、
    前記バンドギャップ回路が前記第1基準電圧上に発生す
    る高周波ノイズを濾波し、これによって前記第1導体
    (6)に正確な第2の基準電圧(V6)を発生するステッ
    プと、 c) 第2の電界効果トランジスタ(7)でバッファ回
    路手段の非反転入力(9)に対し前記第1導体を結合
    し、それによって前記バッファ回路手段の前記非反転入
    力に前記第2基準電圧を発生するステップと、 d) 前記バッファ回路手段の出力を該バッファ回路手
    段の反転入力に結合して、前記第2基準電圧を該バッフ
    ァ回路手段の前記出力に複写するステップと、 e) 利用回路によるパワーアップされた動作中に、前
    記第1と第2の電界効果トランジスタをオンとし、これ
    により前記第1電界効果トランジスタ(4)のチャンネ
    ル抵抗と前記バンドギャップ回路の出力インピーダンス
    とを前記第1バイパスコンデンサ(5)と協働させて、
    前記の濾波を行わせるステップと、 f) 前記第1と第2の電界効果トランジスタをオフに
    して、パワーダウン動作を開始させ、また前記第1バイ
    パスコンデンサの放電を防止するステップと、から成る
    基準電圧生成方法。
JP4156321A 1991-10-22 1992-06-16 基準電圧回路 Pending JPH05216546A (ja)

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US78079291A 1991-10-22 1991-10-22
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