KR100410633B1 - 정전류 발생회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전류 발생회로에 관한 것으로서, 특히, 전원전압과 접지 사이에서 전압분배에 의해 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단; 상기 기준전압과 피드백된 비교전압을 비교하는 비교수단; 온도 종속적인 비교전압을 발생하고, 상기 비교전압을 상기 비교수단에 피드백하는 비교전압 발생수단; 상기 온도 종속적인 비교전압의 온도변화를 보상하는 온도보상수단; 및 상기 온도보상수단의 출력전류에 대응하는 정전류를 발생하는 출력수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 직접회로 내부온도의 변화에 무관한 바이어스 전류를 공급하기 위하여 반도체 공정의 두가지 형태의 저항을 이용하고, 그 두 저항의 온도변화율의 적절한 설정에 의해 온도보상해 줌으로써, 매우 간단하면서도 정확한 정전류를 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

정전류 발생회로
본 발명은 정전류 발생회로에 관한 것으로서, 특히, 온도 변화율을 갖는 두저항을 이용하여 그 두 저항의 온도변화비를 적절하게 맞춰줌에 따라 온도변화에 무관하게 일정한 정전류를 공급할 수 있는 정전류 발생회로에 관한 것이다.
일반적으로, 직접회로(IC) 내부의 각 회로들이 정확하게 제 기능을 수행하기 위해서는 정확한 바이어스(BIAS) 전류를 필요로 하는 데 바이어스(BIAS) 전류는 여러 가지 요소에 의해 변화한다. 그 중에서 가장 중요한 요소는 온도이며, 바이어스 전류는 온도의 변화에 민감하게 반응한다. 따라서, 바이어스 전류의 변동은 곧 집적회로(IC)의 성능과 직결하기 때문에 이러한 변동요인들에 대한 보상이라든지 어떤한 대책이 필요하게 된다.
도 1 은 종래의 정전류 발생회로를 설명하기 위한 회로도로서, 도시된 바와 같이 전압분배에 의한 기준전압(Vref)을 발생하는 기준전압 발생부(10)와, 온도 종속적인 비교전압을 발생하는 비교전압 발생부(20)와, 기준전압(Vref)과 비교전압 발생부(20)에서 피드백된 비교전압(Va)을 비교하여 비교전압 발생부(40)와, 비교부(20)의 출력신호에 응답하여 온도에 종속적인 정전류(IO)를 발생하는 출력부(60)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 기준전압 발생부(10)는 저항(R1)과 저항(R2)를 전압분배 법칙에 의하여 기준전압(Vref)을 발생한다. 이 기준전압(Vref)은 비교부(20)에 피드백되는 비교전압(Va)와 같도록 제어하여 바이어스 전류 즉, 정전류(IO)를 발생하도록 한다.
상기 정전류(IO)는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
상기 수학식 1 로부터 기준전압(Vref)은 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure kpo00002
여기에서, Rim은 비교전압 발생부(40)의 저항이다.
상기 수학식 2를 온도의 변화에 대한 편미분으로 표현하면 다음의 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure kpo00003
Figure kpo00004
상기 수학식 3에서 기준전압(Vref)은 온도의 변화에 무관하므로 아래와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure kpo00005
여기에서,
Figure kpo00006
: 양의 계수(positive coefficient)
따라서, 상기 수학식 4에 나타낸 바와 같이 도 1 의 회로는 양의 계수를 가지므로 온도가 상승하면 저항(Rim)이 증가하여 전류 I1이 감소하게 되고, 이 감소한 전류가 출력부(60)의 트랜지스터(Q6)에 흐른다. 따라서, 트랜지스터(Q6)과 전류미러를 형성하는 트랜지스터(Q7)는 감소된 정전류(IO)를 발생한다.
반면에, 온도가 감소하면 저항(Rim)이 감소하여 정전류(IO)가 증가하게 된다.
도 2 는 온도변화에 따른 종래 정전류 발생회로의 출력전류를 도시한 그래프이다.
상기 그래프에서 알수 있듯이, 도 1 회로의 출력전류는 온도가 상승함에 따라 비례적으로 정전류가 감소하는 것을 보이고 있다. 결국 종래 기술은 온도변화에 따라 불안정한 출력전류를 발생하므로 이를 집적회로에 적용할 시 오동작의 원인이 되어 그 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 집적회로(IC) 내부온도의 변화에 무관한 바이어스 전류를 얻기 위한 많은 회로들은 집적회로(IC) 내부의 온도변화에 대해 다양한 방법으로 온도보상하여 일정한 바이어스 전류를 공급한다. 그러나 이들 종래 기술들은 회로가 복잡하거나, 다소 정확성이 떨어지는 회로가 대부분을 이루고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 온도 변화율을 갖는 두 저항을 이용하여 그 두 저항의 온도변화율를 적절하게 맞춰줌에 따라 간단하게 온도변화에 무관하게 일정한 정전류를 공급할 수 있는 정전류 발생회로를 제공하는 데 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 회로는 전원전압과 접지 사이에서 전압분배에 의해 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단; 상기 기준전압과 피드백된 비교전압을 비교하는 비교수단; 온도 종속적인 비교전압을 발생하고, 상기 비교전압을 상기 비교수단에 피드백하는 비교전압 발생수단; 상기 온도 종속적인 비교전압의 온도변화를 보상하는 온도보상수단; 및 상기 온도보상수단의 출력전류에 대응하는 정전류를 발생하는 출력수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 종래의 정전류 발생회로를 설명하기 위한 회로도.
도 2 는 온도변화에 따른 종래 정전류 발생회로의 출력전류를 도시한 그래프.
도 3 은 본 발명에 의한 정전류 발생회로를 설명하기 위한 회로도.
도 4 는 온도변화에 따른 본 발명의 정전류 발생회로의 출력전류를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.>
10; 기준전압 발생부 20; 비교부
40; 비교전압 발생부 60; 온도보상부 80; 출력부
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 의한 정전류 발생회로를 설명하기 위한 회로도로서,도시된 바와 같이, 전원전압(VCC)과 접지 사이에서 전압분배에 의해 기준전압(Vref)을 발생하는 기준전압 발생부(10)와, 기준전압(Vref)과 피드백된 비교전압(Va)을 비교하는 비교부(20)와, 온도 종속적인 비교전압을 발생하고, 비교전압(Va)을 비교부(20)에 피드백하는 비교전압 발생부(40), 온도 종속적인 비교전압(Va)의 온도변화를 보상하는 온도보상부(60)와, 온도보상부(60)의 출력전류(I1)에 대응하는 정전류(I0)를 발생하는 출력부(80)로 구성된다.
상기 온도보상부(60)는 전원전압원(Vcc)에 연결되고, 전류미러를 형성하는 한쌍의 제 5 및 제 6 트랜지스터(Q5,Q6)와, 제 5 및 제 6 트랜지스터(Q5,Q6)의 일측단에 각각이 연결되고, 비교부(20)의 출력신호에 의해 동시에 턴온되는 제 7 및 제 8 트랜지스터(Q7, Q8)와, 제 8 트랜지스터(Q8)와 접지사이에 연결되어 비교전압 발생부(40)의 저항(Rim)과 N:1 의 온도변화율을 갖는 온도보상저항(Rbs)으로 구성된다.
상기 제 8 트랜지스터(Q8)와 제 7 트랜지스터(Q7)의 사이즈 비는 n:1 이다.
상기와 같이 구성된 실시예에 관한 동작 전반을 설명하면 다음과 같다.
상기 기준전압 발생부(10)는 저항(R1)과 저항(R2)를 전압분배 법칙에 의하여 기준전압(Vref)을 발생한다. 이 기준전압(Vref)이 비교부(20)에 피드백되는 비교전압(Va)과 온도보상저항(Rbs)에 인가되는 전압(Vb)가 같도록 제어하여 바이어스 전류 즉, 정전류(IO)를 발생하도록 한다.
상기 정전류(IO)는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 5]
Figure kpo00007
상기 수학식 5의 결과를 다시 표현하면 다음의 수학식 6과 같다.
[수학식 6]
Figure kpo00008
상기 수학식 6을 온도변화에 관한 편미분식으로 전개하면 아래의 수학식 7과 같다.
[수학식 7]
Figure kpo00009
상기 수학식 7에서 두 저항 Rim과 Rbs의 온도의 변화율이 N : 1이라면 즉,
Figure kpo00010
:
Figure kpo00011
N : 1 이라면,
Figure kpo00012
이 되므로 (N·Rbs = Rim)이 되도록 설계하면 온도변화에 무관한 정전류(Io)를 얻을 수 있게 된다.
따라서, 위의 결과식을 상기 수학식 5의 결과에 대입하면, 다음의 수학식 7을 얻을 수 있다.
[수학식 7]
Figure kpo00013
Figure kpo00014
상기 수학식 7에서 알수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 정전류(IO)는 비교전압 발생부(40)의 저항(Rim)과 출력부(60)의 온도보상저항(Rbs) 이 두 저항의 온도변화율의 차와 상기 저항(Rim)에 흐르는 전류(1I)의 곱으로 나타난다.
따라서, 상기 두 저항의 비를 적절하게 설계함으로써, 온도변화에 무관한 정전류(IO)를 얻을 수 있다.
도 4 는 온도변화에 따른 본 발명에 의한 정전류 발생회로의 출력전류를 도시한 그래프로서, 도시된 바와 같이. 온도가 상승함에 따라 전류(I1)이 감소하게 되면, 온도보상저항(Rbs)에 흐르는 전류(I2)를 동일 비율로 감소시키고, 반면에, 온도의 감소에 따라 전류(I1)가 증가하면 전류(I2)를 동일 비율로 감소시켜서 일정한 정전류(IO)가 출력되도록 한다.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 직접회로 내부 온도의 변화에 무관한 바이어스 전류를 공급하기 위하여 반도체 공정의 두가지 형태의 저항을 이용하고, 그 두 저항의 온도변화율을 적절하게 설정하여 온도보상해 줌으로써, 매우 간단하면서도 정확한 정전류를 공급할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 전원전압과 접지 사이에서 전압분배에 의해 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단; 상기 기준전압과 피드백된 비교전압을 비교하는 비교수단; 온도 종속적인 비교전압을 발생하고, 상기 비교전압을 상기 비교수단에 피드백하는 비교전압 발생수단; 상기 온도 종속적인 비교전압의 온도변화를 보상하는 온도보상수단; 및 상기 온도보상수단의 출력전류에 대응하는 정전류를 발생하는 출력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전류 발생회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보상수단은 전원전압원에 연결되고, 전류미러를 형성하는 한쌍의 제 5 및 제 6 트랜지스터와, 상기 제 5 및 제 6 트랜지스터의 일측단에 각각이 연결되고, 상기 비교수단의 출력신호에 의해 동시에 턴온되는 제 7 및 제 8 트랜지스터와, 상기 제 6 트랜지스터와 접지사이에 연결되어 상기 비교전압 발생수단의 저항과 N:1 의 온도변화율을 갖는 온도보상저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전류 발생회로.
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