JPH09244758A

JPH09244758A - 電圧および電流基準回路

Info

Publication number: JPH09244758A
Application number: JP9052459A
Authority: JP
Inventors: Jefferson W Hall; ジェファーソン・ダブリュ・ホール
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: EP0794478A3; US5760639A; KR970067333A; EP0794478A2; JP4328391B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低い温度係数を有する電圧および電流基準回
路（１１０）を提供する。【解決手段】電圧および電流基準回路（１１０）は、
素子数を最少に抑えることにより、集積回路ダイ上の面
積縮小を図る。バンドギャップ電圧基準（１２０）が温
度係数が低い電圧を生成する。電圧フォロワ（１３０）
が、バンドギャップ電圧基準（１２０）に結合され、バ
ンドギャップ電圧に対応する基準電圧を生成する。バン
ドギャップ電圧基準（１２０）からの温度変動電流がミ
ラーされ、電圧フォロワ（１３０）の第１電極に供給さ
れる。電源端子と電圧フォロワ（１３０）の第２電極と
の間に、抵抗（Ｒ４）が結合されている。抵抗（Ｒ４）
の抵抗値は、温度変動電流の温度依存性を相殺する電流
を発生するように選択される。カレント・ミラー回路
（１４０）が、温度変動電流の残りの部分を受け、温度
係数が低い電流を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に電圧およ
び電流基準回路に関し、更に特定すれば、低い温度係数
を有する電圧および電流基準回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多くの回路設計では、電圧基準と電流基
準との双方を必要とする。電圧基準は、異なる回路動作
条件に対して固定電圧を供給する。同様に、電流基準
は、異なる回路動作状態に対して固定電流を供給する。
特に、電圧および電流基準は、電源電圧、負荷、および
温度における変動を除去する。

【０００３】当業者には既知の電圧基準の１つのタイプ
にバンドギャップ電圧基準(bandgapvoltagereference)
がある。バンドギャップ電圧基準は、ほぼシリコンのバ
ンドギャップ電圧（１．２６０５ボルト）である基準電
圧を供給する。このバンドギャップ電圧基準は、回路動
作の温度範囲においてゼロ温度係数が中心にくるように
設計されている。通常、バンドギャップ電圧基準は、広
い温度範囲にわたって安定した電圧を供給し、電源電圧
における変動を除去し、しかも異なる負荷要求を駆動す
るための設計が容易に行える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電圧および電流基準の
双方を組み合わせ、素子数を最少に抑え（したがって、
面積を縮小し）、製造が容易で、しかも広い温度範囲に
わたって低い温度係数を有する基準回路を提供できれ
ば、大きな利益をもたらすことになろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、低い温度係数
を有する電圧および電流基準回路を提供する。この電圧
および電流基準回路は、素子数を最少に抑えることによ
り、集積回路ダイ上の面積縮小を図る。バンドギャップ
電圧基準が温度係数が低い電圧を生成する。電圧フォロ
ワが、バンドギャップ電圧基準に結合され、バンドギャ
ップ電圧に対応する基準電圧を生成する。バンドギャッ
プ電圧基準からの温度変動電流がミラーされ、電圧フォ
ロワの第１電極に供給される。電源端子と電圧フォロワ
の第２電極との間に、抵抗が結合されている。抵抗の抵
抗値は、温度変動電流の温度依存性を相殺する電流を発
生するように選択される。カレント・ミラー回路が、温
度変動電流の残りの部分を受け、温度係数が低い電流を
出力する。

【０００６】

【発明の実施の形態】通常、殆どの集積回路の設計にお
いて一般的に用いられる２つの回路ブロックは、電圧基
準と電流基準である。電圧基準は、低い温度係数（Ｔ
Ｃ）を有し、電源の変動には感応しない安定した電圧を
供給する。基準電圧は、典型的に、ある回路によって検
出または発生される他の電圧に対する比較点として使用
される。同様に、電流基準は、低い温度係数（ＴＣ）を
有し、電源の変動には感応しない安定した電流を供給す
る。基準電流は、典型的に、集積回路の内部回路(circu
itry) にバイアスをかけるためにミラー(mirror)されて
いる。電圧基準または電流基準回路の設計における１つ
のファクタは、当該回路に必要なサイズ即ちダイ面積で
ある。典型的に、電圧基準または電流基準回路は、集積
回路の主回路の設計に対し補助的なものである。電圧ま
たは電流基準回路に必要な面積を縮小すれば、ダイのサ
イズを最少に抑えることができる、あるいは主回路設計
のために残る面積が増大するという利点が得られる。

【０００７】殆どの電圧基準設計における問題点は、こ
れらは元々低いＴＣ電流を生成するのではないというこ
とである。同様に、電流基準も、通常低いＴＣ電圧を生
成するものではない。したがって、電圧および電流基準
回路は、通常、組み合わせることはなく、別個の回路と
して構築されるが、これでは非効率的である。電圧基準
と電流基準とをなんらかの方法で単一の回路に組み合わ
せることができれば、別個の基準回路を構築するために
必要な冗長な回路を除去することによって、面積を縮小
することになろう。図１は、面積を最少に抑え、低い温
度係数を有する電圧および電流基準回路１１０の構成図
である。

【０００８】電圧基準および電流基準の双方を発生する
方法は、基準電圧を供給する電圧基準回路を形成するこ
とを含む。第１電流もこの電圧基準回路から供給され
る。電圧基準回路からの第１電流は、既知の温度係数
（ＴＣ）を有する。基準電圧を用いて抵抗にバイアスを
かけることにより、第２電流を発生する。したがって、
第２電流における温度による変動は、抵抗によって決定
される。抵抗値および電流は、第１電流のＴＣを相殺す
るように選択される。言い換えれば、第１電流の温度に
よる電流変化を、第２電流における変化と一致させる。
第１電流の電流強度は、第２電流よりも大きい。第２電
流を第１電流から差し引き、第１電流の残りの電流を基
準電流とする。第１電流の残りの電流は、第２電流の温
度依存性による低温度係数を有し、第１電流の温度依存
性を相殺する。

【０００９】電圧および電流基準回路１１０は、トラン
ジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ
８，Ｔ９，Ｔ１０、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、およ
びコンデンサＣ１を含む。トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ
３，Ｔ４，Ｔ５は、それぞれ、第１電極、制御電極、お
よび第２電極に対応する、コレクタ、ベース、およびエ
ミッタを有するバイポーラＮＰＮトランジスタである。
トランジスタＴ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０は、それ
ぞれ、第１電極、制御電極、および第２電極に対応す
る、ドレイン、ゲート、およびソースを有するエンハン
スメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯ
ＳＦＥＴ）である。トランジスタＴ６，Ｔ７，Ｔ８は、
ｐ−チャネル・エンハンスメントＭＯＳＦＥＴである。
トランジスタＴ９，Ｔ１０は、ｎ−チャネル・エンハン
スメントＭＯＳＦＥＴである。

【００１０】電圧基準１２０は、電圧および電流基準１
１に対して、基準電圧を発生する。電圧および電流基準
１１の一実施例は、バンドギャップ電圧基準を用いてい
る。バンドギャップ電圧基準は、トランジスタＴ１，Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８、および抵抗Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ３を含む。バンドギャップ電圧基準は、当業者
には既知であり、低い温度係数を有する基準電圧を供給
する。例えば、バンドギャップ基準は、John Wiley and
Sonsから１９８４年に出版された（第２版）、Paul R.
GrayおよびRobert B.Meyer著 "Analysis and Design of
Analog IntegratedCircuits"の２８９〜２９６頁に記
載されている。この内容は本願でも使用可能である。

【００１１】基本バンドギャップ・セルは、トランジス
タＴ１，Ｔ２，Ｔ４、および抵抗Ｒ１ないしＲ３によっ
て形成される。トランジスタＴ２は、コレクタおよびベ
ースが共通にノード１２に接続され、ソースが電源端子
（例えば、接地）に接続されている。トランジスタＴ２
は、素子のエミッタ領域に対応する導電性領域（Ａ）を
有する。トランジスタＴ４は、コレクタがノード１５に
接続され、ベースがノード１３に接続され、エミッタが
接地に接続されている。トランジスタＴ４は、ノード１
３における電圧を、ノード１２とほぼ同じ電圧に設定す
る。トランジスタＴ７によってトランジスタＴ４に供給
されるバイアス電流は、トランジスタＴ１，Ｔ２をバイ
アスする電流の和に等しい。バンドギャップ電圧は、ト
ランジスタＴ４と抵抗Ｒ１とによって発生される。抵抗
Ｒ２は、第１端子と、接地に接続された第２端子とを有
する。トランジスタＴ１は、コレクタがノード１３に接
続され、ベースがノード１２に接続され、エミッタが抵
抗Ｒ２の第１端子に接続されている。トランジスタＴ１
は、トランジスタＴ２の導電性領域よりもＮ倍大きい、
素子のエミッタ領域に対応する導電性領域（ＮＡ）を有
する。抵抗Ｒ１は、第１端子がノード１４に接続され、
第２端子がノード１３に接続されている。抵抗Ｒ３は、
第１端子がノード１４に接続され、第２端子がノード１
２に接続されている。

【００１２】バンドギャップ・セルは、ノード１４にお
いて、シリコンのバンドギャップ電圧（約１．２６０５
ボルト）に対応する電圧を発生する。バンドギャップ・
セルでは、ベース−エミッタ接合電圧の負の温度係数
（ＴＣ）は、抵抗の正の温度係数（ＴＣ）によって相殺
される。温度依存性の相殺は、素子の値によって決定さ
れる温度において生じる。セルは、同一電流がトランジ
スタＴ１，Ｔ２を流れるときに安定するように構成され
ている。回路は、トランジスタＴ１，Ｔ２間の面積比、
抵抗Ｒ２の抵抗値、およびＴ４のベース−エミッタ接合
電圧が、温度依存性を相殺する温度を決定するように構
成されている。典型的に、温度係数が相殺される温度
は、バンドギャップ・セルが存在する集積回路の動作温
度範囲内の中心に位置するように選択される。

【００１３】トランジスタＴ３，Ｔ６，Ｔ７は、バンド
ギャップ・セルを先に述べた安定状態に駆動するため
の、バイアス・ネットワークおよびフィードバック・ル
ープを形成する。起動回路（図示せず）を用いて、所望
の安定動作点を決定する。一実施例では、電流源が一時
的に起動時にノード１５に電流を供給し、電圧および電
流基準回路１１０を所望の安定動作点に駆動する。トラ
ンジスタＴ３は、基本バンドギャップ・セルのための低
インピーダンス駆動段である。トランジスタＴ３は、コ
レクタがノード１６に接続され、ベースがノード１５に
接続され、エミッタがノード１４に接続されている。ト
ランジスタＴ６，Ｔ７は、カレント・ミラー段である。
トランジスタＴ６は、ドレインおよびゲートがノード１
６に共通に結合され、ソースが電源端子（例えば、ＶＤ
Ｄ）に接続されている。トランジスタＴ７は、トランジ
スタＴ６の電流をミラーする。トランジスタＴ７は、ド
レインがノード１５に接続され、ゲートがノード１６に
接続され、ソースがＶＤＤに接続されている。カレント
・ミラー段は、ＭＯＳＦＥＴで実施されているが、バイ
ポーラ・トランジスタでも同様に実施可能である。トラ
ンジスタＴ７は、トランジスタＴ６の導電性領域に等し
い導電性領域を有し、Ｉ（Ｔ７）＝Ｉ（Ｔ３）＝２＊Ｉ
（Ｒ２）に等しい電流を供給する。トランジスタＴ１，
Ｔ２の電流の二倍で動作するトランジスタＴ４のベース
電流は、バンドギャップ・セルにおいてトランジスタＴ
１，Ｔ２のベース電流を相殺する。

【００１４】トランジスタＴ８は、トランジスタＴ６の
電流をミラーし、既知の温度係数を有する電流Ｉ（Ｔ
８）を供給する。トランジスタＴ６をバイアスする電流
Ｉ（Ｔ３）は、バンドギャップ・セルの抵抗Ｒ２を通過
する電流Ｉ（Ｒ２）に対応する。即ち、電流Ｉ（Ｒ２）
が変動すると、電流Ｉ（Ｔ８）は温度と共に変動する。
トランジスタＴ８は、ドレインがノード１７に接続さ
れ、ゲートがノード１６に接続され、ソースがＶＤＤに
接続されている。

【００１５】電圧フォロワ１３０は、バンドギャップ・
セルによって生成された基準電圧を、出力Ｖｒｅｆに供
給する。出力Ｖｒｅｆにおける電圧は、ノード１４にお
ける電圧に対応する。電圧フォロワ１３０はトランジス
タＴ５を含む。トランジスタＴ５は、抵抗Ｒ４によって
決定される強度を有する電流Ｉ（Ｔ５）を導通させる。
トランジスタＴ５は、コレクタがノード１７に接続さ
れ、ベースがノード１５に接続され、エミッタが出力Ｖ
ｒｅｆに接続されている。抵抗Ｒ４は、第１端子が出力
Ｖｒｅｆに接続され、第２端子が接地に接続されてい
る。

【００１６】コンデンサＣ１は、電圧および電流基準回
路１１０のための補償コンデンサであり、発振を防止す
る。コンデンサＣ１は、閉ループ安定性を与える。コン
デンサＣ１は、ノード１３，１５間に接続されている。
コンデンサＣ１は、ノード１５において支配極(dominat
epole)を形成し、典型的に、標準的な集積回路では、５
ないし１０ピコファラッドの範囲の値を有する。

【００１７】電流Ｉ（Ｔ８）が電流Ｉ（Ｔ５）よりも大
きいことによって、差電流が発生し、これをカレント・
ミラー回路１４０に結合する。カレント・ミラー１４０
はトランジスタＴ９，Ｔ１０を含む。トランジスタＴ９
は、ドレインおよびゲートがノード１７に共通に結合さ
れ、ソースが接地に接続されている。トランジスタＴ１
０は、ドレインが出力Ｉｒｅｆ１に接続され、ゲートが
ノード１７に接続され、ソースが接地に接続されてい
る。トランジスタＴ１０は、トランジスタＴ９に結合さ
れた差電流に対応する電流Ｉｏｕｔを出力する。電圧お
よび電流基準１１の一実施例では、トランジスタＴ３，
Ｔ５は導電性領域が等しく、トランジスタＴ６，Ｔ７，
Ｔ８も導電性領域が等しく、トランジスタＴ９，Ｔ１０
も導電性領域が等しい。

【００１８】次に、電圧および電流基準回路１１０の動
作について、以下に説明する。電圧および電流基準回路
１１０は、低い温度係数（ＴＣ）を有する電流および電
圧の双方を供給する。バンドギャップ・セルを有する電
圧基準は、低い温度係数の基準電圧を発生するために用
いられる。基本バンドギャップ・セルからの電流に対応
する第１電流が発生される。この電流は、バンドギャッ
プ・セルの特性に基づいた既知のＴＣを有する。基準電
圧から第２電流が発生される。第２電流は、第１電流の
温度特性を相殺する温度特性を有する。第２電流は第１
電流から差し引かれる。残った電流は低い温度係数を有
することになる。電圧および電流基準回路の一実施例に
ついて、以下に説明する。尚、ここで選択した値は例示
の目的のためのものであって、素子の値は特定用途にあ
わせて変更が可能であり、その場合にも優れた結果が得
られることを注記しておく。

【００１９】トランジスタＴ１は、トランジスタＴ２の
導電性領域に対比される(ratioed)導電性領域を有す
る。図１に示すように、トランジスタＴ１は、Ｔ２のエ
ミッタ領域よりもＮ倍大きなエミッタ領域を有する。例
示の目的のために、Ｎ＝８とする。抵抗Ｒ２は、バンド
ギャップ・セルの動作電流を決定する。本例では、抵抗
Ｒ１＝抵抗Ｒ３であり、抵抗Ｒ１，Ｒ３の抵抗値も、出
力Ｖｒｅｆにおける電圧を調節するために用いられる。
本実施例では、シリコンのバンドギャップ電圧（１．２
６０５ボルト）に等しい基準電圧を、出力Ｖｒｅｆに供
給する。

【００２０】まず最初に、起動回路がトランジスタＴ３
のベースに電流を供給する。起動回路は、電圧および電
流基準回路１１０が安定した後には、電流を供給しな
い。バンドギャップ・セルが所望の出力に安定したとき
に、トランジスタＴ３が電流Ｉ（Ｔ３）を供給する。ト
ランジスタＴ１，Ｔ２は、トランジスタＴ２のベース−
エミッタ接合電圧が、トランジスタＴ１のベース−エミ
ッタ接合電圧と抵抗Ｒ２間の電圧との和に等しくなるよ
うに構成されている。即ち、トランジスタＴ１，Ｔ２は
同一電流で動作する。トランジスタＴ２は、素子間の導
電性領域の違いにより、トランジスタＴ１よりも高い電
流密度で動作する。したがって、同一電流で動作する
が、トランジスタＴ２はトランジスタＴ１よりも大きな
ベース−エミッタ接合電圧を有する。トランジスタＴ
１，Ｔ２のベース−エミッタ接合間の差電圧は、抵抗Ｒ
２をバイアスする。電流Ｉ（Ｔ３）は、バンドギャップ
・セルの電流に対応する電流である。トランジスタＴ
６，Ｔ８は、電流Ｉ（Ｔ３）をミラーするカレント・ミ
ラー回路を形成する。トランジスタＴ８は、電流Ｉ（Ｔ
３）に対応する電流Ｉ（Ｔ８）を出力する。本実施例で
は、Ｔ６＝Ｔ８であるので、Ｉ（Ｔ３）＝Ｉ（Ｔ８）と
なる。

【００２１】トランジスタＴ５は、電圧フォロワ構成と
なっている。トランジスタＴ５がトランジスタＴ３と同
様に動作すると、出力Ｖｒｅｆにおける電圧は、ノード
１４における電圧と同一となる。抵抗Ｒ１，Ｒ３は、ト
ランジスタＴ３，Ｔ５が異なる動作を行った場合、出力
Ｖｒｅｆにおける電圧をシリコンのバンドギャップ電圧
に変化させるための調節を行う。抵抗Ｒ４間のバンドギ
ャップ電圧は電流Ｉ（Ｔ５）を発生し、これはトランジ
スタＴ５によって導通される。本例では（簡略化のため
に）、電圧および電流基準１１のバイポーラ・トランジ
スタのベータは、コレクタ電圧およびエミッタ電流間の
差を無視し得る程大きいものとする。

【００２２】電流Ｉ（Ｔ８）は、電流Ｉ（Ｔ５）よりも
大きい。電流Ｉ（Ｔ５）を電流Ｉ（Ｔ８）から差し引
き、Ｉ（Ｔ８）の残りの電流をカレント・ミラー１４０
のトランジスタＴ９に結合する。トランジスタＴ９に結
合された電流は、Ｔ１０にミラーされる。本例では、ト
ランジスタＴ９，Ｔ１０の導電性領域は等しい。出力電
流ＩｏｕｔはトランジスタＴ９に結合される電流と等し
い。したがって、出力電流Ｉｏｕｔは、数１で表わされ
る。

【００２３】

【数１】Ｉｏｕｔ＝Ｉ（Ｔ８）−Ｉ（Ｔ５）（１）先に述べたように、トランジスタＴ１，Ｔ２によって導
通される電流は等しい。トランジスタＴ３は、トランジ
スタＴ１，Ｔ２双方に電流を供給するので、トランジス
タＴ３の電流Ｉ（Ｔ３）は、電流Ｉ（Ｒ２）の２倍に等
しい。電流Ｉ（Ｔ３）＝２＊Ｉ（Ｒ２）がトランジスタ
Ｔ６によって導通される。本例では、トランジスタＴ
６，Ｔ８は等しく、カレント・ミラー構成となってい
る。Ｉ（Ｔ８）とバンドギャップ・セルの電流との間の
関係は、数２で記述される。

【００２４】

【数２】Ｉ（Ｔ８）＝Ｉ（Ｔ３）＝２＊Ｉ（Ｒ２）（２）トランジスタＴ１，Ｔ２間のベース−エミッタ接合電圧
差によって抵抗Ｒ２を通過する電流は、数３で記述され
る。ＶｔはＫＴ／ｑに対応するバイポーラ・トランジス
タの熱電圧であり、ここで、ｋはボルツマン係数、Ｔは
温度、ｑは電子の電荷である。

【００２５】

【数３】Ｉ（Ｒ２）＝（Ｖｔ＊Ｉｎ（Ｎ））／Ｒ２（３）本例では、出力Ｖｒｅｆにおける電圧は、シリコンのバ
ンドギャップ電圧（１．２６０５）である。電流Ｉ（Ｔ
５）は抵抗Ｒ４によって決まり、数４で示される。

【００２６】

【数４】Ｉ（Ｔ５）＝Ｖｂａｎｄｇａｐ／Ｒ４（４）電流の温度係数に電流強度をかけると、電流温度感度の
測定値が得られる。以下に示す数５は、電流Ｉ（Ｔ８）
およびＩ（Ｔ５）の電流温度感度が等しいことを表わし
ている。数５の結果、電流Ｉ（Ｔ８）と電流Ｉ（Ｔ５）
の温度依存性が相殺されることになる。Ｉ（Ｔ５）をＩ
（Ｔ８）から差し引くことによって得られる差電流（ト
ランジスタＴ９に結合される）は、低い温度係数を有す
る。

【００２７】

【数５】ＴＣ（Ｉ（Ｔ８））＊Ｉ（Ｔ８）＝ＴＣ（Ｉ（Ｔ５））＊Ｉ（Ｔ５）（５）電流Ｉ（Ｔ８）の温度係数は２つのファクタに依存す
る。第１に、ベース−エミッタ接合電圧の電圧強度は、
温度が上昇すると低下する。第２に、抵抗Ｒ２の大きさ
は、温度が上昇すると大きくなる。バンドギャップ・セ
ルにおいて、トランジスタＴ４のベース−エミッタ接合
の温度係数と抵抗Ｒ１間の電圧の温度係数は、所定の温
度において相殺され、ゼロのＴＣ電圧を発生する。しか
しながら、バンドギャップ・セルによって導通される電
流Ｉ（Ｒ２）は、温度変化に対して一定ではない。電流
Ｉ（Ｒ２）に対応する温度係数間の関係を、数６に記述
する。

【００２８】数６の温度係数は、トランジスタＴ１およ
び抵抗Ｒ２による、温度に対する電流変化に対応する。
これらは双方とも既知である。温度係数は、使用した特
定のウエハ・プロセスによって様々な値を取る。

【００２９】

【数６】ＴＣ（Ｉ（Ｔ８））＝ＴＣ（Ｔ１）−ＴＣ（Ｒ２）（６）数５を変形して電流Ｉ（Ｔ５）について解くと、数７の
式が得られる。

【００３０】

【数７】Ｉ（Ｔ５）＝（ＴＣ（Ｉ（Ｔ８））／ＴＣ（Ｒ４））＊Ｉ（Ｔ８）（７）数１におけるＩ（Ｔ５）の式を用いると、数８に示すよ
うに、Ｉｏｕｔの式が得られる。

【００３１】

【数８】Ｉｏｕｔ＝Ｉ（Ｔ８）＊（１−ＴＣ（Ｉ（Ｔ８））／ＴＣ（Ｒ４））（８）抵抗Ｒ２の値は、数２および数３に記述した関係を用い
て計算する。電流Ｉ（Ｔ８）に関するＲ２の値を数９に
示す。

【００３２】

【数９】Ｒ２＝（Ｖｔ＊Ｉｎ（Ｎ））／（０．５＊（Ｉ（Ｔ８））（９）抵抗Ｒ４の値は、数７からの電流Ｉ（Ｔ５）で、出力Ｖ
ｒｅｆにおける電圧を割ったものに等しい。抵抗Ｒ４の
値の式を数１０に示す。

【００３３】

【数１０】Ｒ４＝Ｖｂａｎｄｇａｐ／Ｉ（Ｔ５）（１０）ノード１４における電圧を計算するには、出力Ｖｒｅｆ
から開始する。先に述べたように、本例では、出力電圧
Ｖｒｅｆ＝Ｖｂａｎｄｇａｐ（シリコンのバンドギャッ
プ電圧）である。

【００３４】数１１に示すように、トランジスタＴ３，
Ｔ５のベース−エミッタ接合電圧（Ｖｂｅ）を考慮す
る。

【００３５】

【数１１】Ｖ（ｎｏｄｅ１４）＝Ｖｂａｎｄｇａｐ＋Ｖｂｅ（Ｔ５）−Ｖｂｅ（Ｔ３）（１１）トランジスタＴ３，Ｔ５のベース−エミッタ接合電圧
（Ｖｂｅ）は、数１２を用いて計算する。

【００３６】

【数１２】Ｖｂｅ＝Ｖｔ＊Ｉｎ（Ｉ／Ｉｓ）（１２）Ｖｔはバイポーラ・トランジスタの熱電圧、Ｉはトラン
ジスタによって導通される電流、Ｉｓは使用するウエハ
・プロセスによって異なる飽和電流である。

【００３７】本例では、抵抗Ｒ１，Ｒ３の抵抗値は等し
く、等しい電流を導通する。Ｒ１およびＲ３の抵抗値は
数１３によって計算される。トランジスタＴ１，Ｔ２
は、Ｉ（Ｒ２）に等しい電流を導通する。

【００３８】

【数１３】Ｒ１＝Ｒ３＝（Ｖ（ｎｏｄｅ１４）−Ｖｂｅ（Ｔ２））／（Ｉ（Ｒ２））（１３）実際の値を用いた例によって、電圧および電流基準１１
の設計を例示するのに役立つ。電圧および電流基準１１
を使用する回路は、摂氏−５０℃ないし１５０℃の間の
温度で動作する。この動作範囲の中央の温度における数
１ないし１１を解くことによって、最適な結果が得ら
れ、例えば、先に掲示した範囲では５０℃となる。Ｖｒ
ｅｆにおける出力電圧＝１．２６０５ボルト（シリコン
のバンドギャップ電圧）、電圧および電流基準１１の出
力電流Ｉｏｕｔ＝２０マイクロアンペア（μａ）と仮定
する。また、バイポーラ・トランジスタのベース−エミ
ッタ接合のＴＣを３０００ｐｐｍ／℃、Ｉｓ＝１．６＊
１０^-16 アンペア、抵抗による電流変化を４３００ｐｐ
ｍ／℃とする。トランジスタＴ１，Ｔ２のトランジスタ
比（Ｎ）は８である。電圧および電流基準１１の設計
は、以下のように決定される（解いた式を括弧内に示
す）。（６）ＴＣ（Ｉ（Ｔ８））＝３０００ｐｐｍ／℃−４
３００ｐｐｍ℃＝−１３００ｐｐｍ／℃；（７）Ｉ（Ｔ５）＝（−１３００ｐｐｍ／℃／−４３
００ｐｐｍ／℃）＊Ｉ（Ｔ８）＝０．３０２＊Ｉ（Ｔ
８）；（１）Ｉｏｕｔ＝Ｉ（Ｔ８）＊（１−０．３０２）＝
０．６９８＊Ｉ（Ｔ８）＝２０μａ変形すると、Ｉ（Ｔ８）＝２０．０００μａ／０．６９８＝２８．６
５３μａ、数１を用いてＩ（Ｔ５）について解くと、Ｉ（Ｔ５）＝２８．６５３μａ−２０．０００μａ＝
８．６５３μａ；（９）Ｒ２＝（Ｖｔ＊Ｉｎ（Ｎ））／０．５＊（Ｉ
（Ｔ８））＝４，０３８オームここで、Ｖｔ＠５０℃＝２７．８２ミリボルト（ｍ
ｖ）、およびＮ＝８；（１０）Ｒ４＝１．２６０５ボルト／８．６５３μａ
＝１４５，６７２オームＩ（Ｔ３）＝Ｉ（Ｔ８）＝２８．６５３μａＩ（Ｒ２）＝Ｉ（Ｔ３）／２＝１４．３２７μａ（１２）Ｖｂｅ（Ｔ５）＝２７．８２ｍｖ＊Ｉｎ
（８．６５３μａ／１．６＊１０^-16 アンペア）＝０．
６８８ボルト（１２）Ｖｂｅ（Ｔ３）＝２７．８２ｍｖ＊Ｉｎ（２
８．６５３μａ／１．６＊１０^-16 アンペア）＝０．７
２１ボルト（１１）Ｖ（ｎｏｄｅ１４）＝（１．２６０５＋０．
６８８−０．７２１）ボルト＝１．２２７５ボルト（１２）Ｖｂｅ（Ｔ２）＝２７．８２ｍｖ＊Ｉｎ（１
４．３２７μａ／１．６＊１０^-16 アンペア）＝０．７
０２ボルト（１３）Ｒ１＝Ｒ３＝（１．２２７５ボルト−０．７
０２ボルト）／１４．３２７μａ＝３６，６７９オームバイポーラ・トランジスタＴ３，Ｔ５は、電圧フォロワ
構成であり、ＭＯＳＦＥＴ素子と置き換えることも可能
である。同様に、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＴ６，Ｔ
７，Ｔ８もバイポーラ・トランジスタと置き換えること
が可能である。

【００３９】抵抗Ｒ５およびトランジスタＴ１１，Ｔ１
２は、カレント・ミラー回路１４の他の実施例を形成す
る。抵抗Ｒ５は、第１端子が（破線を通じて）ノード１
７に接続され、第２端子がノード１８に接続されてい
る。トランジスタＴ１１は、コレクタおよびベースが共
通にノード１８に接続され、エミッタが接地に接続され
ている。トランジスタＴ１２は、コレクタが出力Ｉｒｅ
ｆ２に接続され、ベースがノード１８に接続され、エミ
ッタが接地に接続されている。基準電流は出力Ｉｒｅｆ
２において供給される。抵抗Ｒ５は電圧降下を生じ、ノ
ード１７における電圧を上昇させる。

【００４０】ダイオードＤ１およびトランジスタＴ１
３，Ｔ１４は、カレント・ミラー回路１４の他の実施例
を形成する。ダイオードＤ１は、アノードが（破線を通
じて）ノード１７に接続され、カソードがノード１９に
接続されている。トランジスタＴ１３は、ドレインおよ
びゲートがノード１８に共通に接続され、ソースが接地
に接続されている。トランジスタＴ１４は、ドレインが
出力Ｉｒｅｆ３に接続され、ゲートがノード１９に接続
され、ソースが接地に接続されている。基準電流は出力
Ｉｒｅｆ３において供給される。ダイオードＤ１は電圧
降下を生じ、ノード１７における電圧を上昇させる。

【００４１】図２は、図１の電圧および電流基準１１の
一例のシミュレーション結果を示すグラフである。電流
および電圧の双方を図２に示す。図２のグラフの結果
は、図１に記載した例と同様の値を用いた、トランジス
タ・レベルのシミュレーションから得たものである。グ
ラフは、２００℃の温度範囲の内５０℃を中心としてあ
る。電圧は、この温度範囲において、１．２５７７ボル
トと１．２６０５ボルトとの間で変動を生じている
（２．８ミリボルトの変動）。電流は、この温度範囲に
おいて、１９．２５マイクロアンペアと２０．５０マイ
クロアンペアとの間（１．２５マイクロアンペア）の間
で変動を生じている。

【００４２】以上の説明から、電圧および電流基準回路
が提供されたことが認められよう。この電圧および電流
基準回路は、低い温度係数を有し、素子数も最少なた
め、回路が使用するダイ面積の縮小が図られる。電圧基
準はこの回路において基準電圧を発生する。電圧基準か
らの電流を用いて、電流基準を発生する。電圧基準から
の電流の温度係数は既知である。電圧基準の基準電圧に
よって、抵抗にバイアスをかける。この抵抗および基準
電圧によって発生される電流は、電圧基準からの温度係
数に対応する温度係数を有する。抵抗によって発生され
る電流を、電圧基準からの電流から差し引く。２つの電
流の温度依存性は互いに相殺し合う。電圧基準からの電
流の残りの電流は、温度係数が低い。この残りの電流を
カレント・ミラーに結合し、ミラーされた電流を基準電
流として供給する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電圧および電流基準回路の構成
図。

【図２】図１に示した電圧および電流基準のシミュレー
ションを示すグラフ。

【符号の説明】

１１０電圧および電流基準回路１２０電圧基準１３０電圧フォロワ１４０カレント・ミラー回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ
９，Ｔ１０トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４抵抗Ｃ１コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準電圧と基準電流とを供給する電圧およ
び電流基準回路（１１０）であって：第１端子と、第１
電流を供給する第２端子とを有する電圧基準（１２
０）；前記電圧基準（１２０）の第２端子に結合された
第１電極と、前記電圧基準（１２０）の第１端子に結合
された制御電極と、前記基準電圧を供給するための第２
電極とを有するトランジスタ（Ｔ５）；第１端子が前記
トランジスタ（Ｔ５）の第２電極に結合され、第２端子
が第１電源端子に結合された抵抗（Ｒ４）であって、第
２電流を発生する前記抵抗（Ｒ４）；および前記電圧基
準（１２０）の第２端子に結合された第１端子と、前記
基準電流を供給するための第２端子とを有するカレント
・ミラー回路（１４０）；から成ることを特徴とする電
圧および電流基準回路（１１０）。
【請求項２】電圧および電流基準回路（１１０）であっ
て：第１端子および第２端子を有する第１抵抗（Ｒ
１）；前記第１抵抗（Ｒ１）の第２端子に結合された第
１電極と、制御電極と、第２電極とを有する、第１導電
型の第１トランジスタ（Ｔ１）；第１端子が前記第１ト
ランジスタ（Ｔ１）の第２電極に結合され、第２端子が
第１電源端子に結合され第１電源電圧を受ける第２抵抗
（Ｒ２）；第１電極および制御電極が前記第１トランジ
スタ（Ｔ１）の制御電極に共通に結合され、第２電極が
前記第１電源端子に結合された、前記第１導電型の第２
トランジスタ（Ｔ２）；第１端子が前記第１抵抗（Ｒ
１）の第１端子に結合され、第２端子が前記第２トラン
ジスタ（Ｔ２）の第１電極に結合された第３抵抗（Ｒ
３）；第１電極と、制御電極と、前記第１抵抗（Ｒ１）
の第１端子に結合された第２電極とを有する、前記第１
導電型の第３トランジスタ（Ｔ３）；第１電極が前記第
３トランジスタ（Ｔ３）の制御電極に結合され、制御電
極が前記第１抵抗（Ｒ１）の第２端子に結合され、第２
電極が前記第１電源端子に結合された、前記第１導電型
の第４トランジスタ（Ｔ４）；第１電極と、前記第３ト
ランジスタ（Ｔ３）の制御電極に結合された制御電極
と、前記電圧および電流基準回路（１１０）の電圧基準
出力に結合された第２電極とを有する、前記第１導電型
の第５トランジスタ（Ｔ５）；第１端子が前記電圧基準
出力に結合され、第２端子が前記第１電源端子に結合さ
れた第４抵抗（Ｒ４）；第１電極および制御電極が前記
第３トランジスタ（Ｔ３）の第１電極に共通に結合さ
れ、第２電極が第２電源端子に結合され第２電源電圧を
受ける、第２導電型の第６トランジスタ（Ｔ６）；第１
電極が前記第３トランジスタ（Ｔ３）の制御電極に結合
され、制御電極が前記第６トランジスタ（Ｔ６）の制御
電極に結合され、第２電極が前記第２電源端子に結合さ
れた、前記第２導電型の第７トランジスタ（Ｔ７）；第
１電極が前記第５トランジスタ（Ｔ５）の第１電極に結
合され、制御電極が前記第６トランジスタ（Ｔ６）の制
御電極に結合され、第２電極が前記第２電源端子に結合
された、前記第２導電型の第８トランジスタ（Ｔ８）；
第１電極および制御電極が前記第８トランジスタ（Ｔ
８）の第１電極に共通に結合され、第２電極が前記第１
電源端子に結合された、前記第１導電型の第９トランジ
スタ（Ｔ９）；および第１電極が前記電圧および電流基
準回路（１１０）の電流基準出力に結合され、制御電極
が前記第９トランジスタ（Ｔ９）の制御電極に結合さ
れ、第２電極が前記第１電源端子に結合された、前記第
１導電型の第１０トランジスタ（Ｔ１０）；から成るこ
とを特徴とする電圧および電流基準回路（１１０）。
【請求項３】基準電圧および基準電流を発生する方法で
あって：基準電圧を発生する段階；既知の温度係数を有
する第１電流を発生する段階；前記基準電圧で抵抗（Ｒ
４）にバイアスをかけ、第２電流を発生する段階；前記
第１電流から前記第２電流を差し引き、前記第２電流が
温度による前記第１電流の変化を相殺する段階；および
前記第１電流の残りの電流を、低い温度係数を有する基
準電流として供給する段階；から成ることを特徴とする
方法。