JPS61244058A - Band gap voltage reference circuit - Google Patents

Band gap voltage reference circuit

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Publication number
JPS61244058A
JPS61244058A JP19752985A JP19752985A JPS61244058A JP S61244058 A JPS61244058 A JP S61244058A JP 19752985 A JP19752985 A JP 19752985A JP 19752985 A JP19752985 A JP 19752985A JP S61244058 A JPS61244058 A JP S61244058A
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JP
Japan
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transistors
transistor
voltage
circuit
emitter
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Application number
JP19752985A
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Japanese (ja)
Inventor
デレク・エフ・ボウアーズ
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Precision Monolithics Inc
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Publication date
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Publication of JPS61244058A publication Critical patent/JPS61244058A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、集積回路バンドギャップ電圧基準(リファレ
ンス)に関し、更に詳細には、CMOS(コンプリメン
タリ金属酸化物半導体)製造技術を使用して得られるバ
ンドギャップ電圧基準に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to integrated circuit bandgap voltage references, and more particularly to bandgap voltage references obtained using CMOS (complementary metal oxide semiconductor) manufacturing techniques. Regarding standards.

(従来技術) 電圧基準は、入力電圧ζ出力電流、そして温度に関係な
く実質上一定の出力電圧を供給するのに必要となる。そ
の電圧基準は、多(の設計忙適用され、例えば、ディジ
タル−アナログ・コンバータ、電源、冷接点サーミスタ
補償回路、アナログ−ディジタル・コンバータ、パネル
中メータ、較正用標準、高精度電流源及び制御設定点回
路に応用される。
PRIOR ART A voltage reference is required to provide a substantially constant output voltage regardless of input voltage ζ output current and temperature. The voltage reference has many design applications, such as digital-to-analog converters, power supplies, cold-junction thermistor compensation circuits, analog-to-digital converters, mid-panel meters, calibration standards, precision current sources, and control settings. Applied to point circuits.

最近の電圧基準は、一般にツェナー・ダイオード又はバ
ンドギャップで発生された電圧に基いている。ツェナー
・デバイスは、特徴として、消費電力が大きく、ノイズ
特性がよくない。一方、バンドギャップ電圧基準は、負
及び正の温度係数の一対の電圧を加算することによって
温度に対して安定した出力電圧を供給するように設計さ
れる。
Modern voltage standards are generally based on Zener diode or bandgap generated voltages. Zener devices are characterized by high power consumption and poor noise characteristics. Bandgap voltage references, on the other hand, are designed to provide a temperature-stable output voltage by summing a pair of voltages with negative and positive temperature coefficients.

負の温度係数の電圧はトランジスタのベース・エミッタ
接合から得られ、正の温度係数の電圧は等しくない電流
密度で動作する2つのトランジスタのベース・エミッタ
電圧間の差から得られる。その差電圧が増幅され第1ト
ランジスタのベース・エミッタ電圧に加えられるとき、
その和がシリコンのバンドギャップ電圧に近い1.23
ボルトに等しければ低い温度係数の電圧レベルとなる。
A negative temperature coefficient voltage is obtained from the base-emitter junction of a transistor, and a positive temperature coefficient voltage is obtained from the difference between the base-emitter voltages of two transistors operating at unequal current densities. When the differential voltage is amplified and added to the base-emitter voltage of the first transistor,
The sum is 1.23, which is close to the bandgap voltage of silicon.
being equal to volts results in a voltage level with a low temperature coefficient.

その1.25ボルトは次に増幅され、典型的には5.0
又は10.0ボルトの安定な出力電圧が供給される。
That 1.25 volts is then amplified, typically 5.0
Or a stable output voltage of 10.0 volts is provided.

典型的なバイポーラ−トランジスタ又はダイオードは、
そのデバイスがオンしているとき約600mVのベース
・エミッタ電圧で、約−2mV/’Cの負の温度係数を
有する。2つのトランジスタのベース・エミッタ電圧間
の差から得られる正の温度係数の電圧は、その2つのト
ランジスタの電流密度が10:1の比である場合、典型
的には25°Cで60 mVであり、1.23ポル)−
レベルll成するためには、第1トランジスタのベース
・エミッタに加えられる前に増幅しなければならない。
A typical bipolar transistor or diode is
With a base-emitter voltage of about 600 mV when the device is on, it has a negative temperature coefficient of about -2 mV/'C. The positive temperature coefficient voltage resulting from the difference between the base-emitter voltages of two transistors is typically 60 mV at 25°C when the current densities of the two transistors are in a 10:1 ratio. Yes, 1.23 pol) -
In order to achieve the level II, it must be amplified before being applied to the base-emitter of the first transistor.

60 mVの差は大きなデバイスでは約200 ?FI
Vになるが、実用的には不充分で更に増幅する必要があ
る。
A 60 mV difference is about 200 mV for a large device? FI
However, it is insufficient for practical use and needs to be further amplified.

初期のバンドギャップ電圧基準は、IEEE J。The early bandgap voltage standard was IEEE J.

5olid 5tate C1rcuits (197
1年、2月)のVol、5C−6、2〜7頁に記載のR
,Widlarによる論文に述べられている。最近、よ
り一般的な回路がp au l B rokawにより
開発され、IEEE J。
5olid 5tate C1rcuits (197
1, February) Vol. 5C-6, pages 2-7
, Widlar. Recently, a more general circuit was developed by Paul Brokaw and published in IEEE J.

5olid  5tate C1rcuits (19
74年、12月)のVol、5C−9、383〜393
頁の論文[ASimple Three−Termin
al ICBandgapReference J に
記載されている。この回路で採用されている基本的手法
が第1図に示される。そこでは、一対のバイポーラ・ト
ランジスタQ1及びQ2は、そのコレクタが夫々抵抗R
1及びR2を介して正電圧バスV+に接続され、ペース
が共通に接続されて1.25ボルト基準を供給する。ト
ランジスタQ1及びQ2のコレクタは、また、演算増幅
器A1の各入力に接続され、その出力は電圧基準出力に
接続される。トランジスタQ1及びQ2のエミッタは抵
抗R3の両端に接続され、トランジスタQ2のエミッタ
は抵抗R4を介して接地に接続される。トランジスタQ
1及びQ2は、Qlの幾何形状をQ2よりも大きくスケ
ーリング(寸法比率決定)し、又は抵抗R1をR2より
も大きくし、あるいはその両方によって(大きなトラン
ジスタ形状又は小さな通過電流は、小さい電流密度をも
たらす)、異なる電流密度で動作させられる。それによ
って電圧差が抵抗R3の両端に生じ、温度に比例する電
流が発生され、それは抵抗R4にも流れる。抵抗R6及
びR4を適当に選択することKよって、温度に比例する
任意の電圧を抵抗R4に発生することができる。抵抗R
4に生じる電圧はトランジスタQ2のベース・エミッタ
電圧に加えられ、比較的安定な基準出力が発生される。
5olid 5tate C1rcuits (19
1974, December) Vol. 5C-9, 383-393
page paper [ASimple Three-Termin
al ICBandgap Reference J. The basic approach adopted in this circuit is shown in FIG. There, a pair of bipolar transistors Q1 and Q2 have their collectors each resistor R
1 and R2 to the positive voltage bus V+, with the paces connected in common to provide a 1.25 volt reference. The collectors of transistors Q1 and Q2 are also connected to respective inputs of operational amplifier A1, the output of which is connected to a voltage reference output. The emitters of transistors Q1 and Q2 are connected to both ends of resistor R3, and the emitter of transistor Q2 is connected to ground via resistor R4. transistor Q
1 and Q2 by scaling the geometry of Ql larger than Q2, or by making resistor R1 larger than R2, or both (larger transistor geometry or smaller current passing results in smaller current densities). ) and operated at different current densities. A voltage difference thereby occurs across resistor R3 and a current proportional to temperature is generated, which also flows through resistor R4. By appropriately selecting resistors R6 and R4, any voltage proportional to temperature can be generated across resistor R4. Resistance R
The voltage developed at Q4 is added to the base-emitter voltage of transistor Q2 to produce a relatively stable reference output.

第1図の回路は標準のバイポーラ製法を使用することが
できるが、残念ながら現在非常圧広まっているCMO8
製造技術は容易には適用することができない。CMOS
製法においては、トランジスタのコレクタはサブストレ
ートから形成され、第1図の回路がCMOS製法を使用
すると仮定するとそれはV+に結合され、抵抗R1及び
R2は短絡されることになる。特別の製造ステップを付
加して前記の問題を解消することはできるが、それによ
って今度はコストアップとなってしまう。
The circuit shown in Figure 1 can use standard bipolar manufacturing, but unfortunately the CMO8
Manufacturing techniques cannot be easily applied. CMOS
In manufacturing, the collector of the transistor is formed from the substrate, and assuming the circuit of FIG. 1 uses CMOS manufacturing, it will be coupled to V+ and resistors R1 and R2 will be shorted. Although it is possible to overcome this problem by adding extra manufacturing steps, this in turn increases costs.

標準的PウェルCMO8は有用な寄生NPNバイポーラ
・トランジスタを有するが、そのコレクタは個別には利
用できずすべて■+に接続される。
The standard P-well CMO8 has useful parasitic NPN bipolar transistors, but their collectors are not individually available and are all connected to +.

そのようなトランジスタを第2図に示す。このトランジ
スタは、N+ (強くドーピングされた)ソース/ドレ
ーン拡散部2をエミッタとして使用し、P十拡散部6を
通してPウェル4をベーストシ、そしてN十拡散部10
を通してN−(弱くドーピングされた)サブストレート
8をコレクタとして使用することによって組立てられる
。各構成要素の極性を反転してNウェルCMO8とする
ことができる。
Such a transistor is shown in FIG. This transistor uses an N+ (heavily doped) source/drain diffusion 2 as an emitter, a P well 4 as a base through a P+ diffusion 6, and a N+ diffusion 10.
is assembled by using an N- (weakly doped) substrate 8 as a collector. The polarity of each component can be reversed to form an N-well CMO8.

第1図の構成を変更して、第2図に示すような奇生バイ
ポーラ・トランジスタを使用したCMO8電圧基準を形
成するいくつかの試みが提案されそして使用された。そ
の−例を第6図に示す。この回路では、トランジスタQ
5及びQ4のコレクタはV+に直接接続され、それらの
ペースは1.23ボルト基準出力に接続される。トラン
ジスタQ6のエミッタは直列接続された抵抗R5及びR
6から成る分圧回路に接続され、トランジスタQ4のエ
ミッタは抵抗R7に接続され、抵抗R6及びR7の反対
側は両方ともグランドに接続される。演算増幅器A2は
、その入力が夫々トランジスタQ4のエミッタと、R5
及びR6の結合点と、に接続され、その出力は電圧基準
出力に接続される。
Several attempts have been proposed and used to modify the configuration of FIG. 1 to form a CMO8 voltage reference using parasitic bipolar transistors as shown in FIG. An example thereof is shown in FIG. In this circuit, transistor Q
The collectors of 5 and Q4 are connected directly to V+ and their paces are connected to the 1.23 volt reference output. The emitter of transistor Q6 is connected in series with resistors R5 and R.
6, the emitter of transistor Q4 is connected to resistor R7, and the opposite sides of resistors R6 and R7 are both connected to ground. Operational amplifier A2 has its inputs connected to the emitter of transistor Q4 and R5, respectively.
and the connection point of R6, and its output is connected to the voltage reference output.

増幅器A2は、抵抗R5に現われるベース・エミッタ電
圧の差を直接増幅し、第1図の回路と同様に出力基準電
圧を発生する。Q3をQ4よりも大きくし、又はR6を
R7よりも大きくし、あるいはその両方によってトラン
ジスタQ3及びQ4に対する異なった電流密度が得られ
る。
Amplifier A2 directly amplifies the base-emitter voltage difference appearing across resistor R5 to generate an output reference voltage similar to the circuit of FIG. Different current densities for transistors Q3 and Q4 are obtained by making Q3 larger than Q4 and/or making R6 larger than R7.

第6図の回路に付随する1つの問題は、増幅器A2に対
し必要となる精度である。たとえトランジスタQ6及び
Q4の電流密度が係数100程異なっても(これはたぶ
ん実用上の限度である)、約120mVl、か抵抗R5
に現われない。増幅器A2はMOSデバイスで組立てら
れるので、注意深く設計しても入力オフセットは20m
V程度になってしまう。これによって、ベース・エミッ
タ電圧の差に約16%の誤差(20mV/120mV)
が生じ、出力基準電圧には約8%の誤差が生じゐ。
One problem with the circuit of FIG. 6 is the accuracy required for amplifier A2. Even if the current densities of transistors Q6 and Q4 differ by a factor of 100 (which is probably the practical limit), about 120 mVl or resistor R5
does not appear in Amplifier A2 is assembled with MOS devices, so even with careful design the input offset is only 20 m.
It becomes about V. This results in an error of approximately 16% (20mV/120mV) in the base-emitter voltage difference.
This causes an error of approximately 8% in the output reference voltage.

更に、オフセット電圧の温度係数は予測することができ
ず、出力電圧が温度によって変動してしま第5図の回路
を改善する1つの方法は、NPNトランジスタを積み上
げベース・エミッタ電圧の差を増加させる。この方法が
第4図に示され、そこではトランジスタQ3及びQ4の
ベースは図示の如く夫々トランジスタQ5及びQ6のエ
ミッタに接続され、その4つのトランジスタのコレクタ
は■+に接続される。抵抗R5,R6及びR7は、増幅
器A2と共に第6図のようにトランジスタQ6及びQ4
のエミッタに接続されるが、電圧基準出力はQ3及びQ
4ではなくQ5及びQ6のベースに接続される。後者の
2つのトランジスタのベースは夫々抵抗R8及びR9に
よって接地以上忙保持される。再び、Q3及びQ4の幾
何形状スケーリングとR6及びR7の抵抗比は、Q6及
びQ4に異なる電流密度を発生するように選定される。
Furthermore, the temperature coefficient of the offset voltage is unpredictable and the output voltage varies with temperature. One way to improve the circuit of Figure 5 is to stack NPN transistors to increase the base-emitter voltage difference. . This method is illustrated in FIG. 4, where the bases of transistors Q3 and Q4 are connected to the emitters of transistors Q5 and Q6, respectively, as shown, and the collectors of the four transistors are connected to +. Resistors R5, R6 and R7, along with amplifier A2, connect transistors Q6 and Q4 as shown in FIG.
The voltage reference output is connected to the emitter of Q3 and Q
Connected to the bases of Q5 and Q6 instead of Q4. The bases of the latter two transistors are held above ground by resistors R8 and R9, respectively. Again, the geometric scaling of Q3 and Q4 and the resistance ratio of R6 and R7 are chosen to produce different current densities in Q6 and Q4.

更に、トランジスタQ5.Q6及び抵抗R8,R9はQ
3.Q4及びR6,R7と同様にスケールされ、Q5及
びQ6に異なる電流密度を生じさせる。
Furthermore, transistor Q5. Q6 and resistors R8 and R9 are Q
3. Q4 and R6, R7 are similarly scaled to produce different current densities in Q5 and Q6.

その結果、抵抗R5の両端のベース会エミッタ電圧差が
2倍になり、全体の誤差が半分になる。しかし、残念な
ことには、増幅器A2への入力間の電圧差には2つでは
なく4つのトランジスタのベース・エミッタ電圧が含ま
れ、ベース書エミッタ差電圧を2倍にすると共に、ベー
ス・エミッタ電圧分を2倍にする。これによって、出力
基準は2.46ボル)Kなり、多くの適用例に対しては
高すぎることになる。更忙、この回路の発生する誤差を
半分にしても多くの目的には不充分である。
As a result, the base-to-emitter voltage difference across resistor R5 is doubled, and the overall error is halved. Unfortunately, however, the voltage difference between the inputs to amplifier A2 includes the base-emitter voltages of four transistors instead of two, doubling the base-emitter differential voltage and Double the voltage. This results in a power reference of 2.46 volts) K, which is too high for many applications. Moreover, even halving the errors produced by this circuit is insufficient for many purposes.

(発明の概要) 前述した従来技術に関連の欠点に鑑み、本発明の目的は
、出力基準電圧の誤差が非常に低い新規にして改善され
たバンドギャップ基準電圧回路を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the drawbacks associated with the prior art described above, it is an object of the present invention to provide a new and improved bandgap reference voltage circuit with very low output reference voltage errors.

本発明の別の目的は、バイポーラ及びCMO8製造技術
の両方に適合するバンド・ギャップ電圧基準回路を提供
することである。
Another object of the invention is to provide a band gap voltage reference circuit that is compatible with both bipolar and CMO8 manufacturing technologies.

本発明の前記目的及び他の目的を達成するため、ベース
・エミッタ電圧を累積するように接続される2組のバイ
ポーラ・トランジスタと、各トランジスタのコレクタ・
エミッタ回路に夫々の電流を流す伝送手段と、を含むバ
ンドギャップ電圧基準回路が提供される。各組のトラン
ジスタの数、各トランジスタの幾何形状及び各トランジ
スタを流れる電流は、第1及び第2組の累積されたベー
ス−エミッタ電圧が所定のバンドギャップ電圧に対応す
る量だけ異なるよ5に、選定される。2つのトランジス
タ組の間の累積されたベース・エミッタ電圧差を高精度
基準電圧として供給する出力手段が設けられる。
In order to achieve the above and other objects of the present invention, two sets of bipolar transistors are connected to accumulate base-emitter voltages, and each transistor's collector and
A bandgap voltage reference circuit is provided including: transmission means for passing respective currents to the emitter circuits. 5. The number of transistors in each set, the geometry of each transistor, and the current flowing through each transistor are such that the accumulated base-emitter voltages of the first and second sets differ by an amount corresponding to a predetermined bandgap voltage. Selected. Output means are provided for providing the accumulated base-emitter voltage difference between the two sets of transistors as a precision reference voltage.

好適実施例においては、第1のトランジスタ組は、第2
組よりもトランジスタを1つ多く含んでいる。各組の各
トランジスタには個別の電流源が設けられ、第1組のト
ランジスタを流れる電流が第2組の電流よりも大きくさ
れる。第2組のトランジスタは第1組のトランジスタよ
りも大きくスケールされる。従って、第1組のトランジ
スタを流れる電流密度は第2組の電流密度よりも大きく
なる。その結果、第1組の各トランジスタに対するベー
ス・エミッタ電圧がより大きくなり、2つの組の間の累
積されたベース・エミッタ電圧差が1.25ボルトにな
る。使用される回路素子が典型的なCMO8製造法で形
成される場合は、通常約100:1の電流密度の差が必
要になる。これは、第1組のトランジスタの電流を第2
組よりも10倍大きくし、第2組のエミッタの面積を第
1組よりも10倍大きくすることによって、容易に達成
される。回路素子が典型的なバイポーラ製造法により形
成される場合、電流密度の不平衡は約50=1となる。
In a preferred embodiment, the first set of transistors is
It contains one more transistor than the set. Each transistor in each set is provided with an individual current source such that the current flowing through the transistors in the first set is greater than the current in the second set. The second set of transistors is scaled larger than the first set of transistors. Therefore, the current density flowing through the first set of transistors is greater than the current density through the second set. As a result, the base-emitter voltage for each transistor in the first set is larger, resulting in an accumulated base-emitter voltage difference between the two sets of 1.25 volts. If the circuit elements used are formed using typical CMO8 manufacturing methods, a current density difference of about 100:1 is typically required. This reduces the current in the first set of transistors to the second set of transistors.
This is easily accomplished by making the area of the second set of emitters ten times larger than the first set. If the circuit elements are formed by typical bipolar manufacturing methods, the current density imbalance will be approximately 50=1.

この理由は、バイポーラ製造法忙よるトランジスタのV
beは、ドーピング・レベルが一般に高いことから、C
MOS寄生バイポーラ・トランジスタよりも約90mV
大きくなるからである。50:1の比は、7二1の電流
スケーリング及び7:1のエミッタ面積スケーリングで
同様に達成することができる。
The reason for this is that the V of the transistor depends on the bipolar manufacturing method.
be is C because of its generally high doping level.
Approximately 90mV lower than MOS parasitic bipolar transistor
This is because it gets bigger. A 50:1 ratio can similarly be achieved with a 721 current scaling and a 7:1 emitter area scaling.

各組の°第1トランジスタのベースを接地し℃、バンド
ギャップ基準は、各組の最後のトランジスタのエミッタ
間の電圧差から直接得られる。それと違って、接地基準
が望ましい場合、各組の最後のトランジスタのエミッタ
は演算増幅器の各入力に接続される。これによって、2
つの組の間の累積されたベース・エミッタ電圧差が各組
の第1トランジスタのベース間に現われる。これらのト
ランジスタのベースは、別の演算増幅器及び接地基準分
圧回路と接続されて、接地基準バンドギャップ出力を発
生する。
By grounding the base of the first transistor in each set, the bandgap reference is obtained directly from the voltage difference between the emitters of the last transistor in each set. Alternatively, if a ground reference is desired, the emitter of the last transistor of each set is connected to each input of the operational amplifier. With this, 2
An accumulated base-emitter voltage difference between the two sets appears across the bases of the first transistors of each set. The bases of these transistors are connected to another operational amplifier and a ground reference voltage divider circuit to produce a ground reference bandgap output.

回路がバイポーラ製造法によるときの別の実施例は、両
方の組のトランジスタをダイオードとして接続し、各組
に1つの電流源を設け、2つの電流源以外の電流源を油
路する。
Another embodiment, when the circuit is bipolar, is to connect both sets of transistors as diodes, provide one current source for each set, and route all but two current sources.

(実施例の説明) 本発明を以下実施例に従って詳細に説明する。(Explanation of Examples) The present invention will be explained in detail below according to examples.

従来よりも非常に低いオフセット電圧誤差のバンドギャ
ップ電圧基準回路を第5図忙示す。この回路は、また、
バイポーラ処理(製造)技術及びCMO3処理(製造)
技術の両方に適合する。6個のトランジスタQ7 、Q
8.Q9.Q10.Qll及びQ12は、最後のトラン
ジスタQ12を除いて、各トランジスタのエミッタが次
のトランジスタのベースに結合されて次々と接続される
。各トランジスタのコレクタは正電圧バス■+に接続さ
れ、エミッタは各電流源I7.I8.I9.110゜1
11及び112に接続される。第1トランジスタQ7の
ベースは接穂され、トランジスタQ12のエミッタは出
力端子12に接続される。
FIG. 5 shows a bandgap voltage reference circuit with a much lower offset voltage error than the conventional one. This circuit also
Bipolar processing (manufacturing) technology and CMO3 processing (manufacturing)
Compatible with both technologies. 6 transistors Q7, Q
8. Q9. Q10. Qll and Q12 are connected one after the other with the emitter of each transistor coupled to the base of the next transistor, except for the last transistor Q12. The collector of each transistor is connected to the positive voltage bus ■+, and the emitter is connected to each current source I7. I8. I9.110゜1
11 and 112. The base of the first transistor Q7 is grafted, and the emitter of the transistor Q12 is connected to the output terminal 12.

トランジスタQ13 、Q14.Q15.Q16及びQ
17から成る回路の左側の第2のトランジスタ組は、最
後のトランジスタQ17を除き、各トランジスタのエミ
ッタが次のトランジスタのベース忙結合されながら順次
接続される。各トランジスタのコレクタは正電圧バスV
+に接続され、エミッタは各電流源113.114,1
15.116及び117に接続される。第2組の第1ト
ランジスタQ13のベースは接地され、最後のトランジ
スタQ17のエミッタは出力端子14に接続される。
Transistors Q13, Q14. Q15. Q16 and Q
The second set of transistors on the left side of the circuit consisting of 17 are connected in sequence with the emitter of each transistor coupled to the base of the next transistor, except for the last transistor Q17. The collector of each transistor is connected to the positive voltage bus V
+, and the emitter is connected to each current source 113,114,1
15, connected to 116 and 117. The base of the first transistor Q13 of the second set is grounded, and the emitter of the last transistor Q17 is connected to the output terminal 14.

第1組のトランジスタQ7〜Q12は、第2組のトラン
ジスタQ13〜Q17よりも1つ多(トランジスタを含
み、それによって出力端子12の電圧は、出力端子14
の電圧よりも1つのベース・エミッタ電圧降下分だけ低
くなる。更に、トランジスタQ7〜Q12の幾何形状は
対応するトランジスタQ′13〜Q17の幾何形状より
も小さい割合にされ、電流源エアー112は電流源11
3〜117よりも大きい電流を夫々のトランジスタのコ
レクタ・エミッタ回路から引き出す。コノヨうな形状と
電流の尺度付け(スケーリング)の結果、トランジスタ
Q13〜Q17を流れる電流の密度よりも大きい電流密
度がトランジスタQ7〜Q12に発生される。これKよ
って、トランジスタQ7〜Q12のベース会エミッタ電
圧降下がトランジスタQ13〜Q17よりも大きくなり
、出力端子12と14の間の電圧差が増加する。電流源
の大きさ及びトランジスタの幾何形状スケーリングは、
出力端子12における付加的ベース・エミッタ電圧降下
を考慮して、出力端子12と14の間の電圧差が1.2
3ボルトの所望バンドギャップ基準レベルとなるように
選定される。このようにして、バンドギャップ基準電圧
は、2組のトランジスタの間の差として直接的に達成さ
れる。従来の差動電圧の増幅は、その電圧と関連の誤差
成分をも増幅する結果となったが、本発明においてはそ
の点が回避される。
The first set of transistors Q7-Q12 includes one more transistor than the second set of transistors Q13-Q17, such that the voltage at output terminal 12 is
is one base-emitter voltage drop lower than the voltage of . Furthermore, the geometry of transistors Q7-Q12 is made smaller than the geometry of corresponding transistors Q'13-Q17, so that current source air 112 is smaller than current source 11.
A current greater than 3 to 117 is drawn from the collector-emitter circuit of each transistor. As a result of this geometry and current scaling, a current density is generated in transistors Q7-Q12 that is greater than the density of the current flowing through transistors Q13-Q17. Accordingly, the base-to-emitter voltage drop of transistors Q7-Q12 becomes larger than that of transistors Q13-Q17, and the voltage difference between output terminals 12 and 14 increases. The current source size and transistor geometry scaling are:
Considering the additional base-emitter voltage drop at output terminal 12, the voltage difference between output terminals 12 and 14 is 1.2
The desired bandgap reference level of 3 volts is selected. In this way, the bandgap reference voltage is achieved directly as the difference between the two sets of transistors. Conventional amplification of differential voltages resulted in amplification of the voltage and associated error components, which is avoided in the present invention.

各組に使用されるトランジスタの数は、幾分かは任意で
ある。トランジスタの数が多くなると、必要となる幾何
形状スケーリング比が小さくなるが、面積がより多く必
要となる。そして、トランジスタの数が少なくなると、
必要となる面積が小さくなるが、幾何形状スケーリング
比が大きくなる。しかし、各組のトランジスタの絶対数
と無関係に、第1組の方が第2組よりもトランジスタの
数を1つ多くすることが望ましい。ベース・エミッタ電
圧分がベース・エミッタ電圧差分に加算されて所望の温
度に対して安定なバンドギャップ基準を発生する。
The number of transistors used in each set is somewhat arbitrary. A larger number of transistors requires a smaller geometric scaling ratio, but requires more area. And when the number of transistors decreases,
Less area is required, but the geometric scaling ratio is greater. However, regardless of the absolute number of transistors in each set, it is desirable to have one more transistor in the first set than in the second set. The base-emitter voltage component is added to the base-emitter voltage differential to generate a bandgap reference that is stable for the desired temperature.

バイポーラ組立技術では、ベース・エミッタ電圧降下は
典型的には0.65〜0.75ボルトの範囲内にあり、
トランジスタQ13〜Q17をトランジスタQ7〜Q1
2よりも約係数7で大きくスケーリングし、電流源I7
〜112を電流源113〜117よりも同様に約係数7
だけ大きくすることKよって、出力端子12.14の間
に所望の1.23ボルトのバンドギャップ基準を達成す
る。
In bipolar assembly techniques, the base-emitter voltage drop is typically in the range of 0.65 to 0.75 volts;
Transistors Q13 to Q17 to transistors Q7 to Q1
2 by about a factor of 7, and the current source I7
~112 than the current sources 113-117 as well by a factor of about 7
By increasing K by an amount K, we achieve the desired 1.23 volt bandgap reference between output terminals 12.14.

この場合、電流源エフ〜112は各々約14.6μAで
電流源113〜117は各々約100μAとなる。CM
O8処理技術では、ベース・エミッタ電圧は典型的には
0.55〜0.65ボルトの範囲にあり、1.25ボル
トの差出力を達成するのに少し大きな面積及び電流のス
ケーリングが必要になる。第5図の回路に対しては、ト
ランジスタ面積及び電流の両方について約10=1のス
ケーリングでCMOSデバイスのための所望の出力が得
られる。
In this case, the current sources F-112 each have a current of about 14.6 μA, and the current sources 113-117 each have a current of about 100 μA. CM
With O8 processing technology, the base-emitter voltage is typically in the 0.55-0.65 volt range, requiring slightly larger area and current scaling to achieve a 1.25 volt differential output. . For the circuit of FIG. 5, a scaling of approximately 10=1 in both transistor area and current provides the desired output for a CMOS device.

第5図の回路は、従来のCMO8回路よりも誤差成分が
低いが、1つの利点は、出力端子12.14間の基準電
圧が浮動で接地を基準にしていないことである。この回
路の変形例として、調節可能な接地基準出力電圧を供給
する回路が第6図忙示される。この回路ではトランジス
タQ7〜Q17及び電流源l7−117が第5図の回路
と同様に必須なものとして組込まれる。しかし、出力を
直接取り出すかわりに、Q12及びQ17のエミッタは
演算増幅器(OPアンプ)A5の入力忙接続される。演
算増幅器はその人力に加えられる電圧を等しくするよう
に動作するので、この接続の効果によってトランジスタ
Q12とQ17のエミッタ電圧は実質上等しくされ、前
の1.23ボルトの出力は2つのトランジスタ組を通し
て各組の第1トランジスタQ7とQ13のベース間の電
圧差として戻される。第5図の回路のように接地するの
ではなり、トランジスタQ7及びQ150ベースは夫々
出力端子16及び別の演算増幅器A40反転入力に接続
され、増幅器A3の出力はトランジスタQ1!1のベー
スと共通に増幅器A4の反転入力に接続される。出力端
子16への接続に加えて、トランジスタQ7のベースは
、増幅器A4の出力と、抵抗RID及びR11の直列接
続から成る電圧分割(分圧)回路の一端と、に接続され
る。増幅器A4への非反転入力は、分圧回路の抵抗R1
0及びR11の中間点18から取られる。
Although the circuit of FIG. 5 has a lower error component than the conventional CMO8 circuit, one advantage is that the reference voltage across output terminals 12.14 is floating and not referenced to ground. A variation of this circuit is shown in FIG. 6, which provides an adjustable ground referenced output voltage. In this circuit, transistors Q7-Q17 and current sources 17-117 are incorporated as essential components, similar to the circuit of FIG. However, instead of taking the output directly, the emitters of Q12 and Q17 are connected to the input of operational amplifier (OP amp) A5. Since the operational amplifier operates to equalize the voltages applied to its inputs, the effect of this connection is to make the emitter voltages of transistors Q12 and Q17 substantially equal, and the previous 1.23 volt output is routed through the two sets of transistors. It is returned as a voltage difference between the bases of the first transistors Q7 and Q13 of each set. Rather than being grounded as in the circuit of FIG. 5, the bases of transistors Q7 and Q150 are respectively connected to the output terminal 16 and the inverting input of another operational amplifier A40, and the output of amplifier A3 is connected in common with the base of transistor Q1!1. Connected to the inverting input of amplifier A4. In addition to the connection to output terminal 16, the base of transistor Q7 is connected to the output of amplifier A4 and one end of a voltage divider circuit consisting of the series connection of resistors RID and R11. The non-inverting input to amplifier A4 is connected to resistor R1 of the voltage divider circuit.
It is taken from the midpoint 18 between 0 and R11.

増幅器A4の作用は、トランジスタQ13のベース電圧
が接続点18の電圧に等しくなるまで、出力端子16の
電圧を上昇させ、増幅器A4への2つの入力の電圧を等
しくさせることである。従って、トランジスタQ7及び
Q13のベース間に生じる1、2′5ボルトが抵抗R1
0の両端にも現われる。これらの条件のもとで、端子1
6の出力電圧は接地基準で(R10+R11)/R11
の1.23倍に等しくなる。この回路は、更に、たとえ
増幅器A5及びA4が従来の回路で使用される増幅器程
正確でなくても、従来技術よりも正確な出力電圧が得ら
れるという利点を有する。その理由は、増幅器A3及び
A4は従来技術のように非常に小さい電圧ではなく1.
23ボルトを増幅するからである。
The action of amplifier A4 is to raise the voltage at output terminal 16 until the base voltage of transistor Q13 is equal to the voltage at node 18, making the voltages at the two inputs to amplifier A4 equal. Therefore, the 1.2'5 volts developed between the bases of transistors Q7 and Q13 is applied to resistor R1.
It also appears on both ends of 0. Under these conditions, terminal 1
The output voltage of 6 is (R10+R11)/R11 with ground reference.
It is equal to 1.23 times of . This circuit also has the advantage that a more accurate output voltage is obtained than in the prior art, even though amplifiers A5 and A4 are not as accurate as the amplifiers used in conventional circuits. The reason is that the amplifiers A3 and A4 are not at very small voltages as in the prior art, but at 1.
This is because it amplifies 23 volts.

バイポーラ組立法に特に適用される本発明の別の実施例
が第7図に示される。この実施例では、第5図の回路と
同様に2組のトランジスタが設けられる。第1組は、通
常6個のトランジスタQ18゜Q19.Q20.Q21
 、Q22及びQ23から成り、第2組は通常5個のト
ランジスタQ24゜Q25 、Q23 、Q27及びQ
2Bから成る。各トランジスタのエミッタは各組の最後
のトランジスタを除き、第5図のように次のトランジス
タのベースに接続される。しかし、第7図の各トランジ
スタはコレクタとベースを短絡することによってダイオ
ードとして作用する。各組の第1トランジスタQ1B及
びQ24のベースは接地されず、コレクタと共KV+に
接続される。各組のトランジスタは直列に接続され、各
組の第1トランジスタのみがV+に接続される。
Another embodiment of the invention, particularly adapted to bipolar assembly methods, is shown in FIG. In this embodiment, two sets of transistors are provided, similar to the circuit of FIG. The first set typically consists of six transistors Q18°Q19 . Q20. Q21
, Q22 and Q23, the second set usually consists of five transistors Q24, Q25, Q23, Q27 and Q
Consists of 2B. The emitter of each transistor, except the last transistor in each set, is connected to the base of the next transistor as shown in FIG. However, each transistor in FIG. 7 acts as a diode by shorting its collector and base. The bases of the first transistors Q1B and Q24 of each set are not grounded, and the collectors are both connected to KV+. The transistors of each set are connected in series, with only the first transistor of each set connected to V+.

この実施例では、電流源は2つの他は除去することがで
き、それKよって回路が非常に簡単になる。1つの電流
源T:18はトランジスタQ23のエミッタに接続され
、トランジスタQ1B−Q23の各々から電流を引き出
し、−力覚流源119はトランジスタQ28のエミッタ
に接続され、トランジスタQ24〜Q28の各々から電
流を引き出す。トランジスタ及び2つの電流源のスケー
リングは第5図の回路と同様に選定され、トランジスタ
Q23及びQ28の夫々エミッタの出力端子20及び2
20間に1.23ボルトのバンドギャップ基準電圧を確
立する。
In this embodiment, the only two current sources can be eliminated, which greatly simplifies the circuit. One current source T:18 is connected to the emitter of transistor Q23 and draws current from each of transistors Q1B-Q23, - a force sensing current source 119 is connected to the emitter of transistor Q28 and draws current from each of transistors Q24-Q28. bring out. The scaling of the transistors and the two current sources are selected similarly to the circuit of FIG.
A bandgap reference voltage of 1.23 volts is established between 20 and 20 volts.

以上、バイポーラとCMO8の両方の製法で実現できる
高精度の新規にして改良されたバンドギャップ電圧基準
回路の各種実施例について説明した。
Various embodiments of new and improved high precision bandgap voltage reference circuits that can be implemented in both bipolar and CMO8 fabrications have been described.

しかし、多くの変更及び他の実施例が可能であることは
当業者には明らかである。例えば、各回路素子の極性を
単に反転させることKよって回路をNウェルCMO8製
法で組立ることができ、そのような実施例は例示した回
路と考えられる。
However, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and other embodiments are possible. For example, the circuit could be fabricated in N-well CMO8 fabrication by simply reversing the polarity of each circuit element, and such an embodiment would be considered an exemplary circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来のバンドギャップ基準回路の回路図であ
る。 第2図は、CMOSデバイス内に存在する奇生バイポー
ラ・トランジスタを示す拡大断面図である。 第5図及び第4図はCMO8製造技術と適合する従来の
バンドギャップ電圧基準回路の回路図である。 第5図は本発明の一実施例を示す回路図である。 第6図及び第7図は本発明の他の実施例の回路図である
。 見8.2゜
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional bandgap reference circuit. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a parasitic bipolar transistor present within a CMOS device. 5 and 4 are circuit diagrams of conventional bandgap voltage reference circuits compatible with CMO8 manufacturing technology. FIG. 5 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. 6 and 7 are circuit diagrams of other embodiments of the present invention. Seen 8.2°

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ベース・エミッタ電圧を累積するように相互に接
続される第1組のバイポーラ・トランジスタと、 ベース・エミッタ電圧を累積するように相互に接続され
る第2組のバイポーラ・トランジスタと、前記各トラン
ジスタのコレクタ・エミッタ回路に電流を伝送する装置
と、 から構成され、各組のトランジスタの数、各トランジス
タの幾何形状、及び各トランジスタのコレクタ・エミッ
タ回路に伝送される電流は、第1及び第2組の累積され
たベース・エミッタ電圧が所定のバンドギャップ電圧に
対応する量だけ異なる様に、選定され、更に、 第1及び第2組のトランジスタの間の累積されたベース
・エミッタ電圧差を基準電圧として供給するように接続
される出力装置を有する、バンドギャップ電圧基準回路
(1) a first set of bipolar transistors interconnected to accumulate base-emitter voltage; and a second set of bipolar transistors interconnected to accumulate base-emitter voltage; a device for transmitting current to the collector-emitter circuit of each transistor; and the number of transistors in each set, the geometry of each transistor, and the current transmitted to the collector-emitter circuit of each transistor are the accumulated base-emitter voltage difference between the first and second sets of transistors is selected such that the accumulated base-emitter voltages of the second set differ by an amount corresponding to a predetermined bandgap voltage; A bandgap voltage reference circuit having an output device connected to provide a reference voltage.
(2)特許請求の範囲第1項記載の回路において、前記
第1組のトランジスタが前記第2組のトランジスタより
も1つ多いトランジスタを含み、トランジスタ幾何形状
及び電流伝送装置は、第1組のトランジスタに対して、
第2組よりも高い電流密度及びそれに対応してベース・
エミッタ電圧をより高くするように選定される、バンド
ギャップ電圧基準回路。
(2) The circuit of claim 1, wherein the first set of transistors includes one more transistor than the second set of transistors; For transistors,
A higher current density than the second set and a corresponding base
Bandgap voltage reference circuit selected to provide higher emitter voltage.
(3)特許請求の範囲第1項記載の回路において、前記
第1及び第2トランジスタ組の間の累積ベース・エミッ
タ電圧差が実質上1.23ボルトに等しいバンドギャッ
プ電圧基準回路。
3. The circuit of claim 1, wherein the cumulative base-emitter voltage difference between the first and second sets of transistors is substantially equal to 1.23 volts.
(4)特許請求の範囲第1項記載の回路において、前記
回路の各素子がバイポーラ製法で組立られ、両方の組の
トランジスタがダイオード接続され、電流伝送装置が第
1及び第2トランジスタ組に夫々電流を伝送するように
接続される第1及び第2電流源から成るバンドギャップ
電圧基準回路。
(4) In the circuit according to claim 1, each element of the circuit is assembled by a bipolar manufacturing method, both sets of transistors are diode-connected, and a current transmission device is provided for each of the first and second transistor sets. A bandgap voltage reference circuit comprising first and second current sources connected to carry current.
(5)特許請求の範囲第1項記載の回路において、各組
のトランジスタのベース・エミッタ回路が夫々の組で第
1トランジスタから最後のトランジスタまで直列に接続
され、各組の第1トランジスタのベースが接地され、前
記出力装置が各組の最後のトランジスタのエミッタに接
続され、その間の電圧差を基準電圧として供給するバン
ドギャップ電圧基準回路。
(5) In the circuit according to claim 1, the base-emitter circuits of the transistors in each set are connected in series from the first transistor to the last transistor in each set, and the base-emitter circuit of the first transistor in each set is connected in series. is grounded, the output device is connected to the emitter of the last transistor of each set, and the voltage difference therebetween is provided as a reference voltage.
(6)特許請求の範囲第1項記載の回路において、各組
のトランジスタのベース・エミッタ回路が各組の内で第
1トランジスタから最後のトランジスタまで直列に接続
され、 (a)各組の最後のトランジスタのエミッタに接続され
る入力を有する第1演算増幅器であつて、それらのトラ
ンジスタのエミッタ電圧を実質上等しくさせ、2つの組
の間の累積ベース・エミッタ電圧差を各組の第1トラン
ジスタのベース間の電圧差として反映させる第1演算増
幅器と、 (b)第1組の第1トランジスタのベースに接続される
接地基準分圧回路と、 (c)第2組の第1トランジスタのベースに接続される
1つの入力を有する第2演算増幅器であつて、その他方
の入力が前記分圧回路に接続され、その出力が第1組の
第1トランジスタのベースと出力端子とに接続され、そ
れによつて2つの組の間の累積ベース・エミッタ電圧差
に比例する接地基準電圧が出力端子に確立される、第2
演算増幅器と、を有する、バンドギャップ電圧基準回路
(6) In the circuit according to claim 1, the base-emitter circuits of the transistors in each set are connected in series from the first transistor to the last transistor in each set, and (a) the last transistor in each set a first operational amplifier having an input connected to the emitters of the transistors of the first transistor of each set, the first operational amplifier having inputs connected to the emitters of the transistors of the first transistor of each set; (b) a ground reference voltage divider circuit connected to the bases of the first transistors of the first set; and (c) the bases of the first transistors of the second set. a second operational amplifier having one input connected to the voltage divider circuit, the other input being connected to the voltage divider circuit, and the output thereof being connected to the base and output terminal of the first transistor of the first set; A second ground reference voltage is thereby established at the output terminal that is proportional to the cumulative base-emitter voltage difference between the two sets.
A bandgap voltage reference circuit having an operational amplifier.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4954769A (en) * 1989-02-08 1990-09-04 Burr-Brown Corporation CMOS voltage reference and buffer circuit
US5126653A (en) * 1990-09-28 1992-06-30 Analog Devices, Incorporated Cmos voltage reference with stacked base-to-emitter voltages
DE4242989C1 (en) * 1992-12-18 1994-05-11 Itt Ind Gmbh Deutsche Longitudinal voltage regulator using regulation loop - uses sensor in starting circuit for initiating starting phase to bring regulation into normal operating range
CN103677037B (en) * 2012-09-11 2016-04-13 意法半导体研发(上海)有限公司 For generating circuit and the method for bandgap voltage reference
CN112859993B (en) * 2021-01-08 2022-05-17 中国科学院微电子研究所 High-voltage band-gap reference voltage source and generation method thereof, high-voltage fixed power supply and application thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224537A (en) * 1978-11-16 1980-09-23 Motorola, Inc. Modified semiconductor temperature sensor
JPS5936826A (en) * 1982-08-25 1984-02-29 Nec Corp Circuit for generating constant voltage

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