JPH09179644A - 温度補償基準電流発生器 - Google Patents

温度補償基準電流発生器

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JPH09179644A
JPH09179644A JP8285524A JP28552496A JPH09179644A JP H09179644 A JPH09179644 A JP H09179644A JP 8285524 A JP8285524 A JP 8285524A JP 28552496 A JP28552496 A JP 28552496A JP H09179644 A JPH09179644 A JP H09179644A
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Philippe Girard
フィリップ・ギラルド
Patrick Mone
パトリック・モネ
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    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
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    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流源によって発生される２つの電流の減算
に基づく、温度補償基準電流発生器を提供する。 【解決手段】ＶddとＧｎｄとの間でバイアスされる基準
電流発生器１５は、第１および第２２の電流Ｉ１，Ｉ２
を発生する２つの電流源１１，１２を備えている。第２
の電流は、ミラーされて、ノード１７で第１の電流から
減算され、主電流Ｉ（Ｉ＝Ｉ１−Ｉ２）を生成する。電
流源パラメータの適切な設計によって、主電流の温度係
数（ＴＣ＝ｄＩ／ｄＴ）を、消去することができる。こ
の主電流は、ＦＥＴデバイスＴ１１のドレインに与えら
れる。その共通ドレイン／ゲートに得られる基準電圧Ｖ
ref は、出力ＮＦＥＴデバイスＴ１２のゲートに与えら
れる。主電流から比例因子によって直接に導き出される
基準電流は、出力ＮＦＥＴデバイスのドレイン１４に出
力される。その結果、完全に温度補償された基準電流
（ｄＩref／ｄＴ＝０）が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には基準電
流発生回路に関し、具体的には、高い温度係数（純デジ
タルＣＭＯＳ技術において見出される温度係数のよう
な）を有する抵抗が用いられる場合に、温度補償される
基準電流発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】すべてのアナログ集積回路は、それらの
動作のためにＤＣバイアス電流を供給する基準電流発生
器を必要とする。このような電流発生器を設計する場
合、このＤＣバイアス電流（以下、基準電流Ｉref と言
う）の公差を良好に制御して、今日の応用では重要なパ
ラメータである電源消費量のような回路特性の良好な制
御を保証することが非常に重要である。このためには、
電流技術の傾向は、基準電流Ｉref を、電源，温度変
動，ある程度はプロセス・パラメータとは独立にするこ
とである。温度変動からの独立性は、特に重要である。
技術が非常に多くの適合したデバイスを提供する場合
に、基準電流Ｉref の多少良好な制御を得ることを可能
にする周知の技術が存在する。残念ながら、これはアナ
ログＣＭＯＳ技術においてのみ見出すことができる。
【０００３】アナログＣＭＯＳ技術において、温度補償
された基準電流発生器を実現する従来の方法は、２つの
異なる電流源によって発生される２つの電流Ｉ１および
Ｉ２の加算により生じる主（ｐｒｉｍａｒｙ）電流Ｉを
発生することである。これら電流源は、抵抗温度係数
（通常、ＴＣＲと呼ばれている）を本来的に有する抵抗
を用いて、構成される。電流Ｉ１およびＩ２は、また、
固有の温度係数（それぞれＴＣ１，ＴＣ２と名付ける）
を有している。換言すれば、主電流は、和Ｉ１＋Ｉ２に
等しく、主電流Ｉの温度依存性、すなわちその温度係数
ＴＣを評価するパラメータｄＩ／ｄＴは、次のように表
すことができる。
【０００４】 ｄＩ／ｄＴ＝ｄＩ１／ｄＴ＋ｄＩ２／ｄＴ＝Ｉ１×ＴＣ１＋Ｉ２×ＴＣ２ （１） （ここに、Ｔは絶対温度（ケルビン）である）。
【０００５】電流源が、逆極性の温度係数を有するよう
に構成されるならば、式（１）は次のようになる（ＴＣ
２は負であるとする）。
【０００６】 ｄＩ／ｄＴ＝（｜Ｉ１×ＴＣ１｜）−（｜Ｉ２×ＴＣ２｜） （２） したがって式（２）から、パラメータｄＩ／ｄＴを０に
等しくすることが可能である。
【０００７】図１は、従来の基準電流発生器１０を示
す。この基準電流発生器は、この原理に基づいて、第１
および第２の電源電圧（以下、ＶddおよびグランドＧｎ
ｄと言う）間でバイアスされている。Ｉ１電流源は、通
常、温度係数ＴＣ１が正である電流Ｉ１を供給するｄＶ
beタイプである。逆に、Ｉ２電流源は、通常、温度係数
ＴＣ２が負である電流Ｉ２を供給するＶbeタイプであ
る。
【０００８】図１において、Ｉ１およびＩ２電流源１
１，１２は、物理的に、従来の構成で実現される。電流
源１１は、まず、ＶddとグランドＧｎｄとの間に直列に
接続された、ＰＦＥＴデバイスＴ１，ダイオード接続Ｎ
ＦＥＴデバイスＴ２，第１のダイオードＤ１を備えてい
る。電流源１１は、さらに、同様にＶddとグランドＧｎ
ｄとの間に直列に接続された、ダイオード接続ＰＦＥＴ
デバイスＴ３，ＮＦＥＴデバイスＴ４，抵抗Ｒ１，第２
のダイオードＤ２を備えている。ＮＦＥＴデバイスＴ２
のゲートは、ＮＦＥＴＴ４のゲートに接続される。ＰＦ
ＥＴデバイスＴ５のソースは、Ｖddに接続され、そのゲ
ートは、ＰＦＥＴデバイスＴ１，Ｔ３のゲートに接続さ
れている。ＰＦＥＴデバイスＴ５の役割は、抵抗Ｒ１を
流れる電流Ｉ１をミラー（ｍｉｒｒｏｒ）することであ
る。
【０００９】この種の電流源によって、ＰＦＥＴデバイ
スＴ５のドレインに出力される電流Ｉ１は、次式により
与えられる。
【００１０】 Ｉ１＝（ｋ×Ｔ／ｑ×Ｒ１）×Ｌｏｇ ｍ （３） ここに、ｋはボルツマン定数、ｑは電荷、Ｔは絶対温度
（ケルビン）、ｍはダイオードＤ１，Ｄ２のサイズ比で
ある。
【００１１】電流源１２は、まず、図示のように、Ｖdd
とグランドＧｎｄとの間に直列に接続された、ＰＦＥＴ
デバイスＴ６，ダイオード接続ＮＦＥＴデバイスＴ７，
ダイオードＤ３を備えている。電流源１２は、さらに、
ＶddとグランドＧｎｄとの間に直列に接続された、ダイ
オード接続ＰＦＥＴデバイスＴ８，ＮＦＥＴデバイスＴ
９，抵抗Ｒ２を備えている。ＮＦＥＴデバイスＴ７のゲ
ートは、ＮＦＥＴデバイスＴ９のゲートに接続されてい
る。ＰＦＥＴデバイスＴ１０のソースは、Ｖddに接続さ
れ、そのゲートは、ＰＦＥＴデバイスＴ６，Ｔ８のゲー
トに接続されている。ＰＦＥＴデバイスＴ１０の役割
は、抵抗Ｒ２を流れる電流Ｉ２をミラーすることであ
る。
【００１２】この種の電流源によって、ＰＦＥＴデバイ
スＴ１０のドレインに出力される電流Ｉ２は、次式によ
り与えられる。
【００１３】Ｉ２＝Ｖbe／Ｒ２ （４） ここに、Ｖbeは、ダイオードＤ３の順方向バイアスであ
る。
【００１４】各ミラーＰＦＥＴデバイスＴ５，Ｔ１０を
それぞれ流れる電流Ｉ１，Ｉ２は、ノード１３で加算さ
れて、前記主電流Ｉを生成する。この主電流Ｉは、ダイ
オード接続ＮＦＥＴデバイスＴ１１のゲートに供給され
て、基準電圧Ｖref を発生する。この基準電圧は、ソー
スがＧｎｄ電位に接続された、（少なくとも１個の）Ｎ
ＦＥＴ出力デバイスＴ１２のゲートをバイアスするのに
用いられる。基準電流Ｉref は、ＮＦＥＴデバイスＴ１
２のドレイン、すなわち出力ノード１４に得られる。基
準電流Ｉref は、比例因子ｎによって主電流Ｉから導き
出される。換言すれば、Ｉref ＝ｎ×Ｉ＝ｎ×（Ｉ１＋
Ｉ２）である。ここにｎは、当業者に既知のように、Ｎ
ＦＥＴデバイスＴ１１，Ｔ１２の各サイズ比によって決
定される。図１に示されている様に実現される場合に
は、式（１）に与えられる主電流Ｉの温度依存性を評価
するパラメータｄＩ／ｄＴは、次式で表される。
【００１５】 ｄＩ／ｄＴ＝Ｉ１×（１／Ｔ−ＴＣＲ１）＋Ｉ２×（（ｄＶbe／ｄｔ）×（１ ／Ｖbe）−ＴＣＲ２） （５） 式（５）において、第１項は、アナログＣＭＯＳ技術に
おいて、正または負（ＴＣＲ１の値によって）とするこ
とができ、第２項は、Ｉ２電流源１２を構成するのに用
いられる特定の技術の故に（ｄＶbe／ｄＴは負であ
る）、常に負である。その結果、補償が可能となる。周
囲温度では、Ｔは３００Ｋに等しいので、式（５）の第
１項を正にするためには、ＴＣＲ１の値（ＴＣＲの標準
単位は、％／℃で与えられる）を選択し（ＴＣＲ１に対
する値は、０．３３％／℃（または０．００３３／℃）
に等しい臨界値よりも小さい）、および式（５）の他の
パラメータを適切に適合させて、回路仕様によって所望
の補償（全体的または部分的とすることができる）を得
ることで十分である。中間の抵抗率（４００〜２０００
Ω／ｓｑ）を有する打込み抵抗を与える従来のバイポー
ラまたはアナログＣＭＯＳ技術においては、所望の温度
補償をもたらすことのできる０．００１〜０．００２／
℃の範囲のＴＣＲ１値を得ることには問題はない。しか
し残念なことに、純デジタルＣＭＯＳ技術に対しては、
問題がある。純デジタルＣＭＯＳ技術について、すべて
のＴＣＲは、０．００３３／℃より大きい、典型的には
約０．００５／℃であるので、温度補償を期待すること
はできない。実際に、アナログ回路を構成するのに、デ
ジタルＣＭＯＳ技術が広く用いられているので、デジタ
ルＣＭＯＳ技術でアナログ集積回路を製造する要求は、
今日かなり多い。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、高い温度係数（純デジタルＣＭＯＳ技術に
おいて見出される温度係数のような）を有する抵抗が用
いられる場合でさえ、温度係数を０に等しくすることの
できる基準電流を発生する、温度補償基準電流発生器を
提供することにある。
【００１７】本発明の他の目的は、電流源によって発生
される２つの電流（それらの温度係数は、同じ極性を有
している）の減算に基づく、温度補償基準電流発生器を
提供することにある。
【００１８】本発明のさらに他の目的は、電流源によっ
て発生される２つの電流（それらの温度係数は、負であ
る）の減算に基づく、温度補償基準電流発生器を提供す
ることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、高い温度係数
（ＴＣＲ）を有する抵抗のみを与える純デジタルＣＭＯ
Ｓ技術により、半導体チップに集積化された温度補償基
準電流発生器に関する。この基準電流発生器は、少なく
とも１個の高い温度係数を有する抵抗を有し、負の温度
係数（ＴＣ１）を有する第１の電流（Ｉ１）を発生する
第１の電流源と、少なくとも１個の高い温度係数を有す
る抵抗を有し、負の温度係数（ＴＣ２）を有する第２の
電流（Ｉ２）を発生する第２の電流源と、第１の電流と
第２の電流の差に等しい主電流（Ｉ）（すなわちＩ＝Ｉ
１−Ｉ２）を、主電流の温度係数ＴＣ＝ｄＩ／ｄＴを、
全体的な温度補償に対して０に等しくすることができる
ように、発生する回路手段とから構成されている。電流
発生器によって出力される基準電流（Ｉref ）は、比例
因子によって前記主電流から簡単に導き出される（すな
わち、Ｉref ＝ｎ×Ｉ）。
【００２０】好適な実施例では、前記回路手段は、ミラ
ー回路により構成される。このミラー回路は、減算すべ
き電流（例えば、第２の電流）を、他の電流（例えば、
第１の電流）が供給されるノードで、シンクさせる。
【００２１】本発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に
記載されている。しかし、発明自体、および他の目的と
利点は、図面と共に説明される好適な実施例の詳細な記
述によって最も良く理解することができるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】抵抗が高いＴＣＲを必ず有するデ
ジタルＣＭＯＳ技術に適合させるために、図１に示した
従来の発生器の基礎となる原理とはかなり離れた、温度
補償基準電流発生器を構成する革新的な手法を提案す
る。実際には、その手法は、温度係数が常に負である電
流を発生する電流源に対して作用するように構成されて
いる。基本的には、この新しい手法によれば、個々の電
流源によって発生される電流Ｉ１およびＩ２が減算され
て（これらを加算する代わりに）、主電流すなわちＩ＝
Ｉ１−Ｉ２を生成し、温度依存性を評価するパラメータ
ｄＩ／ｄＴ＝ＴＣは、次のようになる。
【００２３】 ｄＩ／ｄＴ＝ｄＩ１／ｄＴ−ｄＩ２／ｄｔ＝（｜Ｉ２×ＴＣ２｜）−（｜Ｉ１ ×ＴＣ１｜） （６） したがって、０温度係数を有する主電流Ｉから導かれる
基準電流Ｉref を得ることができる。この差を形成する
新規な温度補償基準電流発生器は、図２に１５で示され
ている。図１の電流発生器１０の要素と同一の要素に
は、同一の参照番号を付して示してある。電流源１１，
１２は、図１と同じ構造を有することに留意すべきであ
る。しかし、電流Ｉ１の温度係数ＴＣ１は、負である
（ＴＣ２はすでに負である）。
【００２４】図２において、減算は、ミラー回路１６お
よびドット・ノード１７によって行われる。ミラー回路
１６は、２個のＮＦＥＴデバイスＴ１３，Ｔ１４によっ
て構成される。図２から明らかなように、ＰＦＥＴＴ１
０を流れる電流Ｉ２は、ノード１７でのシンク電流とし
て、ダイオード接続ＮＦＥＴデバイスＴ１３およびＮＦ
ＥＴデバイスＴ１４によってミラーされる。ＮＦＥＴデ
バイスＴ１３，Ｔ１４のソースは、グランドＧｎｄに接
続されている。ＮＦＥＴデバイスＴ１３の共通ゲート／
ドレインは、ＮＦＥＴデバイスＴ１４のゲートに接続さ
れている。デバイスＴ１４のドレインは、ノード１７に
接続されている。ノード１７は、短絡されたＰＦＥＴＴ
５のドレインおよびＮＦＥＴＴ１１のドレインによって
形成される。図２に示す構造の結果、シンク電流Ｉ２
は、ＮＦＥＴデバイスＴ１１のドレインに供給される前
に、ノード１７でソース電流Ｉ１から減算される。した
がって、Ｔ１１を流れる主電流は、Ｉ１−Ｉ２である。
パラメータｄＩ／ｄＴ＝ＴＣを、式（６）において、Ｉ
１，Ｉ２，ＴＣ１，ＴＣ２を適切に選択することによっ
て、０に等しく（あるいは、必要とされるならば、正ま
たは負の値に）することができる。実際には、これは第
２の電流Ｉ２、したがって抵抗Ｒ２の適切な選択によっ
て得られる。最後に、Ｉref ＝ｎ×Ｉ＝ｎ×（Ｉ１−Ｉ
２）のような基準電流が、ＮＦＥＴデバイスＴ１２のド
レイン、すなわちノード１４に得られるようになる。こ
の基準電流は、最小にすることのできる、すなわち０に
等しくすることのできる温度係数を有している。パラメ
ータｎは、前述したように、ＮＦＥＴデバイスＴ１１，
Ｔ１２の各サイズに依存する比例因子である。
【００２５】実際の回路は、０．５μｍデジタルＣＭＯ
Ｓ技術で実現した。この回路の最も低いＴＣＲ値は、
０．００４５／℃である（したがって、前述した０．０
０３３／℃の臨界値よりも優れている）。電流発生器１
５は、約１００μＡの主電流Ｉに対し、０温度係数を得
るように構成された。以下に示す表は、温度（℃）の種
々の値に対し、および抵抗Ｒ２の３つの値に対して、主
電流Ｉの温度係数ＴＣ（ｐｐｍ／℃）の値を与えてい
る。
【００２６】
【表１】
【００２７】Ｒ２＝３４ｋΩは、本発明の基準電流発生
器１５に対し、適切な値を示している。というのは、そ
の値に対しては、主電流Ｉの温度係数ＴＣが非常に小さ
いからである。実際には、−１０ｐｐｍ／℃＜ＴＣ＜１
０ｐｐｍ／℃のような温度係数が適切であろう。理論的
には、３４．３ｋΩの抵抗値は、全体的な温度補償（す
なわちＴＣ＝０）に正確につながり、したがって温度係
数がまた０となる基準電流Ｉref につながる。
【００２８】現在のデジタルＣＭＯＳプロセスによって
作製される抵抗のような高ＴＣＲの抵抗のみを技術が提
供するときでも、全体的に温度補償された基準電流Ｉ
ref を発生することのできる温度係数基準電流発生器に
ついて前述した。しかし、本発明の基礎をなす原理は、
アナログＣＭＯＳ技術で実現することもできる。このこ
とは、回路性能−対−温度変化（今日では、低い範囲お
よび高い範囲の両方に拡がっている）を安定化するのを
助け、実際に重要なパラメータである電力消費量の良好
な制御を与える（例えば、バッテリ・バックアップ回
路）。本発明の基準電流発生器は、必要なときには、正
または負の温度係数を有する基準電流を発生することが
できる。このことは、アナログ回路の性能−対−温度の
変動を補償するのを助ける。例えば、温度によるＶＣＯ
中心周波数の減少は、正の温度係数の基準電流によって
補償することができた。最後に、図２を参照して説明し
た基準電流発生器１５は、開示した発明概念の基本的な
回路を実現したものであるが、多くの他の回路を、基本
回路の周辺に形成し、あるいは基本回路から導くことが
できる。
【００２９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）高い温度係数（ＴＣＲ）を有する抵抗のみを与え
る純デジタルＣＭＯＳ技術により、半導体チップに集積
化された温度補償基準電流発生器（１５）であって、少
なくとも１個の高い温度係数を有する抵抗（Ｒ１）を有
し、負の温度係数（ＴＣ１）を有する第１の電流（Ｉ
１）を発生する第１の電流源（１１）と、 少なくとも
１個の高い温度係数を有する抵抗（Ｒ２）を有し、負の
温度係数（ＴＣ２）を有する第２の電流（Ｉ２）を発生
する第２の電流源（１２）と、一方の電流から他方の電
流を減算することによって得られる主電流（Ｉ）を発生
する手段（１６，１７）と、比例因子によって前記主電
流から基準電流（Ｉref ）を導き出す手段（Ｔ１１，Ｔ
１２）と、を備える温度補償基準電流発生器。 （２）前記主電流を発生する手段が、前記第２の電流を
反転して、逆極性の電流（−Ｉ２）を発生するミラー回
路（１６）と、前記第１の電流と前記反転された第２の
電流との総和をとる総和回路（１７）と、からなる上記
（１）に記載の温度補償基準電流発生器。 （３）前記総和回路は、ドット・ノードよりなり、この
ドット・ノードには、前記第１の電流がソース電流とし
て供給され、前記第２の電流がシンク電流として供給さ
れる、上記（２）に記載の温度補償基準電流発生器。 （４）パラメータＴＣ＝ｄＩ／ｄＴであり、このパラメ
ータは、前記主電流の温度依存性が０に等しいかを評価
する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の温度補償
基準電流発生器。 （５）パラメータＴＣ＝ｄＩ／ｄＴであり、このパラメ
ータは、前記主電流の温度依存性が正かまたは負である
かを評価する、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の
温度補償基準電流発生器。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアナログＣＭＯＳ技術で実現される基準
電流発生器の従来回路を示しており、この回路では、逆
極性の温度係数を有する２つの電流が加算されて、温度
補償された主電流を発生し、この主電流から基準電流Ｉ
ref が導き出される。
【図２】従来のデジタルＣＭＯＳ技術で実現されるよう
に適合された本発明の新規な基準電流発生器の回路を示
しており、この回路では、負の温度係数を有する２つの
電流が減算されて、温度補償された主電流を発生し、こ
の主電流から基準電流Ｉref が導き出される。
【符号の説明】
１０ 基準電流発生器 １１，１２ 電流源 １３ ノード １４ 出力ノード １５ 温度補償基準電流発生器 １６ ミラー回路 １７ ドット・ノード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック・モネ フランス ポンシェリー エスティー フ ァルゴウ 77310 ティリー ルー デュ シャトウ 331

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高い温度係数（ＴＣＲ）を有する抵抗のみ
    を与える純デジタルＣＭＯＳ技術により、半導体チップ
    に集積化された温度補償基準電流発生器（１５）であっ
    て、 少なくとも１個の高い温度係数を有する抵抗（Ｒ１）を
    有し、負の温度係数（ＴＣ１）を有する第１の電流（Ｉ
    １）を発生する第１の電流源（１１）と、 少なくとも１個の高い温度係数を有する抵抗（Ｒ２）を
    有し、負の温度係数（ＴＣ２）を有する第２の電流（Ｉ
    ２）を発生する第２の電流源（１２）と、 一方の電流から他方の電流を減算することによって得ら
    れる主電流（Ｉ）を発生する手段（１６，１７）と、 比例因子によって前記主電流から基準電流（Ｉref ）を
    導き出す手段（Ｔ１１，Ｔ１２）と、を備える温度補償
    基準電流発生器。
  2. 【請求項２】前記主電流を発生する手段が、 前記第２の電流を反転して、逆極性の電流（−Ｉ２）を
    発生するミラー回路（１６）と、 前記第１の電流と前記反転された第２の電流との総和を
    とる総和回路（１７）と、からなる請求項１記載の温度
    補償基準電流発生器。
  3. 【請求項３】前記総和回路は、ドット・ノードよりな
    り、このドット・ノードには、前記第１の電流がソース
    電流として供給され、前記第２の電流がシンク電流とし
    て供給される、請求項２記載の温度補償基準電流発生
    器。
  4. 【請求項４】パラメータＴＣ＝ｄＩ／ｄＴであり、この
    パラメータは、前記主電流の温度依存性が０に等しいか
    を評価する、請求項１〜３のいずれかに記載の温度補償
    基準電流発生器。
  5. 【請求項５】パラメータＴＣ＝ｄＩ／ｄＴであり、この
    パラメータは、前記主電流の温度依存性が正かまたは負
    であるかを評価する、請求項１〜４のいずれかに記載の
    温度補償基準電流発生器。
JP8285524A 1995-12-06 1996-10-28 温度補償基準電流発生器 Pending JPH09179644A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP95480170A EP0778509B1 (en) 1995-12-06 1995-12-06 Temperature compensated reference current generator with high TCR resistors
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