KR100533526B1 - Start up circuit - Google Patents
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Abstract
반도체 칩이나 아날로그 회로에 바이어스를 공급하는 바이어스 회로의 원할한 동작을 위한 스타트 업 회로가 개시된다. 본 발명의 스타트 업 회로에 따르면 밴드 갭 기준 회로 등과 같은 바이어스 회로가 전원공급 직후 오동작하는 것을 방지하고 정상상태(steady state)에 이르는 시간을 단축시켜 준다. 이러한 효과에 의해 대부분의 전자 회로나 반도체 칩 회로에서 채용하고 있는 바이어스 회로의 동작이 보다 안정해지고 전체 시스템이나 칩의 동작 신뢰성이 증가된다. 바이어스 회로에 전원공급된 후 정상상태에 이르면 스타트 업 회로에서 소모되는 전력소비를 막기 위해 본 발명의 스타트 업 회로 동작을 멈추는 기능도 포함한다.A start-up circuit for smooth operation of a bias circuit for supplying a bias to a semiconductor chip or an analog circuit is disclosed. According to the start-up circuit of the present invention, a bias circuit such as a band gap reference circuit or the like is prevented from malfunctioning immediately after the power supply and shortens the time to reach a steady state. By this effect, the operation of the bias circuit employed in most electronic circuits and semiconductor chip circuits becomes more stable, and the operation reliability of the entire system or chip is increased. It also includes a function to stop the start-up circuit operation of the present invention in order to prevent the power consumption consumed in the start-up circuit when the steady state after the power is supplied to the bias circuit.
Description
본 발명은 바이어스 전압을 발생하는 밴드 갭 기준회로나 여타의 회로에 있어서 전원이 인가될 시에 발생할 수 있는 회로의 오동작을 줄이고, 전원이 인가된 후 조속한 시간내에 안정한 바이어스를 발생할 수 있도록 보조하는 스타트 업(start up) 회로에 관한 것이다.In the present invention, a bandgap reference circuit or other circuit that generates a bias voltage reduces start-up of a circuit that may occur when power is applied, and assists to generate a stable bias within a fast time after the power is applied. It relates to a start up circuit.
오늘날 대부분의 전자회로 시스템이 점점 고집적화되면서 수 많은 기능을 하는 여러가지 회로들이 하나의 칩에 집적(集積)되어 있다. 이 가운데 특히 아날로그(analog) 회로는 그 특성상 여러가지 직류 바이어스를 필수적으로 필요로 한다. 오늘날 아날로그 회로에 가해지는 직류 바이어스는 칩 외부에서 따로 공급하는 예가 드물고 칩 내부에서 직류 바이어스를 발생하는 회로를 따로 두고 있다. 직류 바이어스를 발생시키는 회로는 여러가지가 다양하게 쓰이고 있으나 그 가운데 밴드 갭 기준(band gap reference) 회로는 전원전압의 변동이나 온도의 변동에도 불구하고 상대적으로 안정한 바이어스를 공급할 수 있는 특성으로 인해 회로 설계자들이 선호하고 있다. Today, as most electronic circuit systems become increasingly integrated, many circuits with many functions are integrated on a single chip. Among them, analog circuits inevitably require various DC biases due to their characteristics. The DC bias applied to today's analog circuits is rarely supplied from the outside of the chip, and there is a circuit that generates the DC bias inside the chip. Various circuits are used to generate DC bias, but among them, the band gap reference circuit is designed by circuit designers to provide relatively stable bias in spite of fluctuations in power supply voltage or temperature. I prefer.
한편, 밴드 갭 기준 회로를 포함한 바이어스 발생회로들, 특히 트랜지스터를 사용하는 바이어스 발생회로들을 사용하고 있는 반도체 칩이나 시스템에 전원이 공급되면 바이어스 발생회로들은 회로 설계자가 원하는 동작을 할 수 있도록 재빨리 정상상태(steady state)로 돌입하여 아날로그 회로나 여타의 회로들에 바이어스를 공급할 준비를 미리 마쳐야 한다. On the other hand, when power is supplied to a bias generation circuit including a bandgap reference circuit, in particular a semiconductor chip or a system using a bias generation circuit using a transistor, the bias generation circuits are quickly in a steady state so that the circuit designer can perform a desired operation. It must enter the steady state and be ready to bias the analog circuits or other circuits.
그러나 바이어스 회로들에 전원공급이 시작되면 재빨리 바이어스 공급준비를 마치지 못하거나 바이어스 회로 자체의 성공적인 동작여부가 불투명해지는 경우가 가끔 있다. However, when power is supplied to the bias circuits, the bias supply may not be completed quickly or the operation of the bias circuit itself may become opaque.
이를 방지하지 위해 바이어스 발생회로에 전원공급이 시작될때 안전하고 신속히 정상상태로 돌입케 하는 이른바 스타트 업(start up)회로가 쓰이고 있다.To prevent this, a so-called start up circuit is used to safely and quickly return to the normal state when power is supplied to the bias generation circuit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 밴드 갭 기준 회로와 스타트 업 회로의 동작을 간단히 설명한다.Hereinafter, the operation of the band gap reference circuit and the start-up circuit will be briefly described with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 전자회로에 바이어스 공급을 위해 널리 쓰이는 기준전압 발생기 가운데서 대표적인 밴드갭 기준전압 발생기 회로를 나타내었다. 잘 알려진 대로, 밴드갭 기준 전압 발생기는 그 출력전압 Vref가 다음의 식과 같이 주어진다.FIG. 1 shows a representative bandgap reference voltage generator circuit among reference voltage generators widely used for supplying a bias to an electronic circuit. As is well known, the bandgap reference voltage generator is given its output voltage Vref as follows.
----- (1) ----- (One)
여기서, 는 바이폴라 트랜지스터의 에미터-베이스 사이의 전압을, 는 상수, 는 열전압(thermal voltage)를 각각 나타낸다.here, Is the voltage between the emitter-base of the bipolar transistor, Is a constant, Represents thermal voltage, respectively.
바이폴라 트랜지스터의 베이스-에미터 사이의 전압인 는 온도가 올라갈수록 감소하는 이른 바 음의 온도계수를 가진 전압이고, 열전압 는 온도가 올라갈수록 증가하는 이른 바 양의 온도계수를 가진 전압이므로 상수 를 적절히 선택할 경우 이들 두 전압의 온도에 따른 변화는 서로 상쇄되어 출력전압 Vref은 온도변화에 영향을 받지 않게 된다.Voltage between base-emitter of bipolar transistor Is the voltage with the so-called negative temperature coefficient that decreases with increasing temperature, Since is a voltage with a so-called positive temperature coefficient which increases with increasing temperature, when the constant is properly selected, the temperature-dependent changes of these two voltages cancel each other out so that the output voltage Vref is not affected by the temperature change.
전술한 바와 같은 밴드갭 기준 전압 발생회로의 구체적인 실시예를 도 1에 나타내었다. 이를 참조하여 밴드갭 기준전압 발생기 회로의 기본동작을 설명하면 다음과 같다. A specific embodiment of the bandgap reference voltage generation circuit as described above is shown in FIG. 1. Referring to this, the basic operation of the bandgap reference voltage generator circuit is described as follows.
두 쌍의 전류미러(MN4, MN5와 MP6, MP8)의 작용과 더불어 MP9, MP10 두 개의 트랜지스터들의 채널 넓이(channel width)가 MP11, MP12의 그것들 보다 두 배 키움으로 인해 MP9, MP10을 관통하는 전류는 MP11, MP12를 관통하는 전류의 두배이다. 이 전류들은 각각 바이폴라 트랜지스터 Q1과 Q2를 각각 통과한다. In addition to the action of two pairs of current mirrors (MN4, MN5 and MP6, MP8), the current through MP9 and MP10 is increased because the channel widths of the two transistors MP9 and MP10 are twice as large as those of MP11 and MP12. Is twice the current through MP11 and MP12. These currents pass through bipolar transistors Q1 and Q2 respectively.
트랜지스터 Q1은 베이스와 콜렉터가 모두 접지되어 있으므로 에미터 노드와 베이스 노드 사이의 전압은 VEB1이 된다. Since transistor Q1 has both the base and collector grounded, the voltage between the emitter node and the base node is VEB1.
저항 R2 양단의 전압은 -----(2)The voltage across resistor R2 -----(2)
여기서 양의 정수 N은 바이폴라 트랜지스터 Q1과 Q2의 에미터(emitter)크기 비를 나타낸다.Positive integer N here represents the emitter size ratio of bipolar transistors Q1 and Q2.
저항 R2와 2R1 양단에 흐르는 전류 Ia, Ib는 각각 , 이고 R3 양단의 전류 I2는 I1과 같고 그 값은 Ia + Ib가 된다.The currents Ia and Ib flowing across the resistors R2 and 2R1 are respectively , And the current I2 across R3 is equal to I1 and its value is Ia + Ib.
따라서 밴드 갭 기준 회로의 출력전압 Vref은 다음과 같이 표현된다.Therefore, the output voltage Vref of the band gap reference circuit is expressed as follows.
----(3) ---- (3)
이로써 전술한 바와 같이 밴드 갭 기준 회로로 동작 가능함이 확인된다.This confirms that the band gap reference circuit can operate as described above.
도 2는 밴드 갭 기준 회로의 또 다른 실시 예를 나타낸 것이다. 도 2는 도 1의 회로에 몇 개의 소자를 추가한 것이다. 추가된 소자는 밴드 갭 회로의 직류 전력 소모를 최소화하기 위해 밴드 갭 회로가 대기상태(stand by)에 도달할 때 스위칭하도록 되어 있는 점을 제외하곤 도 1에 도시된 회로와 같다. 추가된 트랜지스터들(MP51 ~ MP54, MN51,C51,C52)의 특징은 그 게이트에 스위칭 신호가 연결되어 있다는 점이다. 스위칭 신호 dc_off는 대기상태에서 "HIGH"로 천이하는 신호이고, dc_offb는 "LOW"로 천이하는 신호여서 추가된 소자들을 적절히 스위칭한다. 추가된 소자 가운데서 커패시터 C51, C52는 바이어스 노드인 Vbiasu, Vbiasd와 전원 전압 사이에 연결되어 있는 커플링 커패시터(coupling capacitor)이다. 2 illustrates another embodiment of a band gap reference circuit. FIG. 2 adds several elements to the circuit of FIG. The added device is the same as the circuit shown in FIG. 1 except that the bandgap circuit is switched when it reaches stand by to minimize the DC power consumption of the bandgap circuit. The additional transistors MP51 to MP54, MN51, C51, and C52 have a characteristic that a switching signal is connected to the gate thereof. The switching signal dc_off is a signal transitioning to "HIGH" in the standby state, and dc_offb is a signal transitioning to "LOW" so that the added elements are properly switched. Among the additional devices, capacitors C51 and C52 are coupling capacitors connected between the bias nodes Vbiasu and Vbiasd and the supply voltage.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 출원인이 사용하고 있던 종래의 스타트 업(start up) 회로이다. 여기에 개시된 종래의 스타트 업 회로는 본 출원인들에 의해 설계되었다는 것을 의미할 뿐 이 기술이 공개되어 쓰였다는 것을 의미하지는 않는다. 도 3(a)에서는 트랜지스터 MN20과 MN21은 전류 거울회로를 이루고 P-채널 트랜지스터 MP21은 MN21과 함께 전원전압의 분배 및 전류 공급을 하는 회로이다. 이 회로의 상세한 동작은 후술되는 바와 같다.3 (a) and 3 (b) show a conventional start up circuit used by the applicant of the present invention. The conventional start-up circuit disclosed herein only means that it is designed by the applicants, but does not mean that the technology has been published. In FIG. 3A, the transistors MN20 and MN21 form a current mirror circuit, and the P-channel transistor MP21 is a circuit for distributing a power supply voltage and supplying current together with the MN21. The detailed operation of this circuit is as described later.
먼저 도 3(a)살펴본다. 전원전압 VDD가 회로에 인가되면 MP20를 통하여 전원전압 VDD로 부터 전류가 흐르기 시작한다. 이 전류는 MN20을 관통하여 접지로 흐른다. 도면에 도시된 바에서 알 수 있듯이 MN20과 MN21은 전류 미러회로를 이루고 있으므로 MN21에도 같은 값의 전류가 흐른다. MN21에 흐르는 전류는 MP21로 부터 전달되는 전류이다. 직렬연결된 MP21과 MN21 사이의 노드 Vg22는 전원 전압으로부터 적절히 나뉘어진(divided) 전압이다. 전원전압이 회로에 공급되기 시작하면 Vbiasu 노드의 전압은 전원전압을 어느정도 따라가다가(follow) Vg22노드의 전압으로 인한 MN22의 약한 턴-온(turn-on) 동작으로 인해 Va 노드와 약하게 연결되어 일정한 전압을 유지한다. 전원전압이 완전히 안정되면 MN22가 턴-오프(turn-off)되도록 Vg22전압이 셋업(set-up)되므로 Vbiasu 전압은 Va 노드로 부터 전기적으로 격리된다. First, look at Figure 3 (a). When the power supply voltage VDD is applied to the circuit, current starts to flow from the power supply voltage VDD through the MP20. This current flows through MN20 to ground. As can be seen from the figure, since MN20 and MN21 form a current mirror circuit, a current of the same value also flows in MN21. The current flowing through MN21 is the current delivered from MP21. Node Vg22 between MP21 and MN21 in series is a properly divided voltage from the supply voltage. When the supply voltage begins to be supplied to the circuit, the voltage at the Vbiasu node follows the supply voltage to some extent and is weakly connected to the Va node due to the weak turn-on of the MN22 due to the voltage at the Vg22 node. Keep the voltage. When the supply voltage is fully settled, the Vbiasu voltage is electrically isolated from the Va node because the Vg22 voltage is set up to turn the MN22 off.
이로써 Vbiasu노드의 전압은 여타의 회로에 영향을 더 이상 미치지 않게 하여 스타트 업 기능을 완료한다.This completes the start-up function so that the voltage on the Vbiasu node no longer affects other circuits.
도 3(b)의 회로 기능도 도 3(a)와 동일하므로 동작 설명은 생략한다. Since the circuit function of FIG. 3B is also the same as that of FIG. 3A, the description of the operation is omitted.
도 1, 도 3(a) 및 도 3(b)의 회로를 서로 연결한 후 컴퓨터를 이용한 모의실험을 하였다. 도 4에 도시한 시뮬레이션 결과를 참조하여 보면 종래의 스타트 업 회로에 의한 바이어스 노드(Vbiasu, Vbiasd, Va, Vb)들의 전압은 전원인가 후 약 2.5 usec 지난 후에야 비로소 정상상태(steady state)에 이르는 것을 알 수 있다. 정상상태에 이르는 시간이 길어질수록 바이어스 전압을 공급받는 회로는 대기상태(stand by)에 머물러야 하고 전체 칩 역시 대기 상태를 유지하여야 한다. 만약 이 시간 동안 전체 칩이 동작(operation)을 하게 되면 원래의 의도와는 달리 오동작한다거나, 동작하더라도 주어진 규정값(specification)의 범위 내에서 동작하지 못하게 된다. 이는 또한 바이어스 회로 내장된 칩을 사용하고 있는 전체 시스템에 심각한 오류나 지대한 타격이 가하지게 되는 결과를 나타낸다. 인명이나 재산상의 큰 피해를 일으킬 수도 있는 전자 시스템의 오동작 등은 이와 같은 작은 요인으로 인해 발생할 수도 있는 것이다.After the circuits of Figs. 1, 3 (a) and 3 (b) were connected to each other, simulations were performed using a computer. Referring to the simulation result shown in FIG. 4, the voltages of the bias nodes Vbiasu, Vbiasd, Va, and Vb by the conventional start-up circuit do not reach a steady state until about 2.5 usec after the power is applied. Able to know. As the time to reach a steady state becomes longer, the circuit supplied with the bias voltage must stay stand by, and the entire chip must also stand by. If the whole chip is operated during this time, it will not work as originally intended, or even if it is operated, it will not operate within the given specification. It also results in severe errors or significant blows to the entire system using chips with integrated bias circuits. Malfunctions in electronic systems that can cause serious damage to people or property can be caused by such small factors.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로 전원 공급 후 신속하게 안정화되는 스타트 업 회로를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a start-up circuit that is stabilized quickly after power supply to solve the above-mentioned problems.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 회로를 이용하는 바이어스 발생 회로로 하여금 전원 공급이 개시된 후 신속하게 바이어스를 공급케 하는 기능을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a function of causing a bias generation circuit using the circuit of the present invention to supply the bias quickly after the power supply is started.
본 발명의 또 다른 목적은 전원이 가해질 때 신속하게 안정화되는 스타트 업 회로와 이를 이용하는 바이어스 회로 및 바이어스 회로를 채용하고 있는 칩이나 전자 시스템이 보다 빠른 세틀링 시간 (settling time)을 갖도록 하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a faster settling time for a startup circuit that stabilizes rapidly when a power is applied, a bias circuit using the same, and a chip or electronic system employing the bias circuit.
본 발명의 또 다른 목적 가운데 하나는 바이어스 회로를 동작케 하는 스타트 업(start up)회로의 전류 소비를 감소케 하여 보다 효율적으로 동작하는 바이어스 회로를 제공할 수 있게 하는 것 뿐 아니라 본 발명의 회로를 채용하고 있을 칩의 동작 신뢰성 또한 보장케 하는데 있다.Another object of the present invention is to reduce the current consumption of the start-up circuit for operating the bias circuit to provide a bias circuit that operates more efficiently, as well as providing a circuit of the present invention. It also ensures the operation reliability of the chip to be employed.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스타트 업회로는 전원전압 노드로부터 직렬연결된 복수 개의 MOS 트랜지스터; 직렬연결된 MOS 트랜지스터와 한 쪽 브랜치(branch)가 연결된 전류 미러(mirror)회로;전류 미러회로의 다른 브랜치(branch)에 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급 트랜지스터; 및 복수 개의 게이트 노드 각각 대응하여 드레인 노드들이 연결되어 드레인 바이어스 전압들이 발생되고, 소오스 노드 각각은 정상상태(steady state)에서 소오스 바이어스 전압들이 발생되고, 게이트 노드들은 공통으로 상기 전류 미러회로의 상기 다른 브랜치에 연결되는 복수 개의 병렬 MOS 트랜지스터; 를 포함한다. In order to achieve the above object, the start-up circuit of the present invention comprises a plurality of MOS transistors connected in series from a power supply voltage node; A current mirror circuit having a series-connected MOS transistor and one branch connected thereto; a current supply transistor connected to another branch of the current mirror circuit to supply current; And drain nodes are connected to correspond to the plurality of gate nodes, respectively, to generate drain bias voltages. Each of the source nodes generates source bias voltages in a steady state, and gate nodes are commonly used in the other of the current mirror circuits. A plurality of parallel MOS transistors connected to the branch; It includes.
바람직하기로는, 복수 개의 직렬 연결 MOS 트랜지스터들은 전류 미러 회로를 구성하는 소자 가운데 다이오드(diode) 소자와 연결되는 것이 좋다. Preferably, the plurality of series-connected MOS transistors are connected to a diode element among the elements constituting the current mirror circuit.
전류 공급 트랜지스터는 P-채널 트랜지스터로 구성되어 그 게이트 노드가 접지로 연결되고, 전류 미러 회로의 또 다른 한 쪽의 브랜치에 연결되어 전류 미러 회로와 함께 적절한 전압 분배회로를 구성하면 좋다.The current supply transistor may consist of a P-channel transistor whose gate node is connected to ground and connected to the branch of the other side of the current mirror circuit to form an appropriate voltage distribution circuit together with the current mirror circuit.
전류 미러 회로를 구성하는 트랜지스터 소자 가운데서 다이오드 연결된 소자는 그 게이트에 커패시터를 부가적으로 연결되어도 무방하다. Among the transistor elements constituting the current mirror circuit, a diode-connected element may additionally connect a capacitor to the gate thereof.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기술적인 사상에 의한 또 다른 스타트 업회로는 전원전압 노드로부터 직렬연결된 복수 개의 MOS 트랜지스터; 직렬연결된 MOS 트랜지스터와 한 쪽 브랜치(branch)가 연결된 전류 미러(mirror)회로;전류 미러회로의 다른 브랜치(branch)에 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급 트랜지스터; 및 복수 개의 게이트 노드 각각 대응하여 드레인 노드들이 연결되어 드레인 바이어스 전압들이 발생되고, 소오스 노드 각각은 정상상태(steady state)에서 소오스 바이어스 전압들이 발생되고, 게이트 노드들은 공통으로 상기 전류 미러회로의 상기 다른 브랜치에 연결되는 복수 개의 병렬 MOS 트랜지스터; 전류 미러 회로와 병렬연결된 MOS 트랜지스터의 게이트에는 대기상태(stand by)에서 전력을 소비하지 않도록 하는 요소들을 포함한다. In order to achieve the above object, another start-up circuit according to the technical idea of the present invention comprises a plurality of MOS transistors connected in series from a power supply voltage node; A current mirror circuit having a series-connected MOS transistor and one branch connected thereto; a current supply transistor connected to another branch of the current mirror circuit to supply current; And drain nodes are connected to correspond to the plurality of gate nodes, respectively, to generate drain bias voltages. Each of the source nodes generates source bias voltages in a steady state, and gate nodes are commonly used in the other of the current mirror circuits. A plurality of parallel MOS transistors connected to the branch; The gate of the MOS transistor connected in parallel with the current mirror circuit includes elements that do not consume power in a stand by state.
바람직하기로는, 전류 미러 회로와 병렬연결된 MOS 트랜지스터의 게이트에는 대기상태(stand by)에서 전력을 소비하지 않도록 하는 요소들은 스위칭 신호에 의해 동작하고, 칩이 정상상태(steady state)일때는 동작 중이고 전체 칩이 대기 상태(stand by)에 머무를때 스위칭이 이루어져 오프(off)됨으로써 전류 소모를 감소를 유도하는 신호이면 된다.Preferably, at the gate of the MOS transistor connected in parallel with the current mirror circuit, elements which do not consume power in stand-by are operated by a switching signal, which is in operation when the chip is in a steady state and in total. When the chip stays in a standby state, the switching takes place, which is a signal that induces a reduction in current consumption.
본 발명에 포함된 기술적인 사상을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 내용 및 첨부도면의 회로와 그 타이밍도를 참조하여야 한다. In order to fully understand the technical idea included in the present invention, reference should be made to the description of the exemplary embodiments of the present invention and the circuits and timing diagrams of the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재나 동일한 역할을 나타내기 위한 것임을 유의하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same reference numerals shown in each drawing are for indicating the same member or the same role.
도 5에는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면이다.5 is a view showing an embodiment of the present invention.
이를 참조하면 본 발명의 스타트 업 회로는 전원전압 노드로부터 직렬 연결된 복수 개의 P-채널 MOS 트랜지스터(MP30, MP31)들; 이들과 한 쪽 브랜치(branch)가 연결된 전류 미러(mirror)회로(CM); 전류 미러 회로(CM)의 다른 쪽 브랜치(branch)에 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급 트랜지스터(MP32)와 복수 개의 병렬 MOS 트랜지스터(MN32, MN33); 전류 미러 회로의 한 쪽 브랜치에 연결된 커패시터(C30)을 포함한다. Referring to this, the start-up circuit of the present invention includes a plurality of P-channel MOS transistors MP30 and MP31 connected in series from a power supply voltage node; A current mirror circuit CM to which they are connected to one branch; A current supply transistor MP32 and a plurality of parallel MOS transistors MN32 and MN33 connected to the other branch of the current mirror circuit CM to supply current; And a capacitor C30 connected to one branch of the current mirror circuit.
전원공급이 시작되기 이전에는 모든 노드들의 전압이 접지 상태에 머물러 있다. 전원공급이 시작되면 직렬 연결된 두 개의 트랜지스터 MP30, MP31을 통해 전류 미러의 한 쪽 노드인 Vg30에 전류가 공급되기 시작하면서 Vg30노드의 전압이 증가한다. 전류 미러의 또 다른쪽 노드인 Vg32 또한 전류 공급 트랜지스터 MP32에 의해 전류가 공급되기 시작하면서 노드의 전압이 증가하기 시작한다. 이때 Vbiasu, Vbiasd 노드는 도2와 같은 회로에 연결되어 있어 전원전압의 증가와 함께 같이 증가한다. Vg32노드의 전원 전압이 증가하는 동안 MP32 트랜지스터에 의해 MN32, MN33이 약하게 턴-온(turn on)되어 Va, Vb와 Vbiasu, Vbiasd가 각각 약하게 연결되어 있어 Va, Vb와 Vbiasu, Vbiasd는 일정전압 이상 증가하지 않아 도 2와 같은 바이어스 회로를 충분히 동작 가능한 상태로 만들어 준다. 이러한 상태은 바이어스 회로의 전류 미러의 게이트 노드의 전압이 Vbiasu, Vbiasd이므로 이들 전압 범위에 따라 바이어스 회로의 전류 미러회로(MP1~MP4, 도2)가 동작되게 때문이다.Before powering up, the voltages at all nodes remain at ground. When the power supply is started, the voltage of the Vg30 node increases as the current begins to be supplied to one node of the current mirror Vg30 through two transistors MP30 and MP31 connected in series. The other node of the current mirror, Vg32, also begins to supply current by the current supply transistor MP32, and the voltage of the node begins to increase. At this time, the Vbiasu and Vbiasd nodes are connected to the circuit shown in FIG. 2 and increase with increasing power supply voltage. While the power supply voltage of Vg32 node is increased, MN32 and MN33 are weakly turned on by MP32 transistor, and Va, Vb, Vbiasu, and Vbiasd are weakly connected, respectively. It does not increase, making the bias circuit shown in FIG. 2 fully operational. This is because the voltages at the gate nodes of the current mirror of the bias circuit are Vbiasu and Vbiasd, so that the current mirror circuits MP1 to MP4 of FIG. 2 are operated in accordance with these voltage ranges.
전원전압의 증가가 완전하게 이루어 지면 전류 미러회로은 MN30, MN31의 전류 미러링(mirroring)동작에 따라 Vg32노드의 전압이 전원전압으로 부터 적절히 분배되고 낮아져서 MN32, MN33이 턴-오프(turn-off)되므로 Va, Vb와 Vbiasu, Vbiasd는 서로 전기적으로 격리되고 더 이상 바이어스 회로의 동작에 영향을 미치지 않는다. 이로써 도 5의 회로는 전원전압이 전체 회로에 가해질때만 바이어스 회로의 적절한 동작을 보장케 하는 이른바 스타트 업 회로로서의 기능을 다하게 된다. When the power supply voltage is fully increased, the current mirror circuit is properly divided and lowered from the power supply voltage according to the current mirroring operation of the MN30 and MN31, so that the MN32 and MN33 are turned off. Va, Vb, Vbiasu and Vbiasd are electrically isolated from each other and no longer affect the operation of the bias circuit. Thus, the circuit of FIG. 5 functions as a so-called start-up circuit that ensures proper operation of the bias circuit only when a power supply voltage is applied to the entire circuit.
도 6은 전술한 바와 같은 본 발명의 회로 동작을 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션을 한 그림이다. 바이어스 전압 Vbiasu, Vbiasd, Va, Vb 등이 정상상태(steady state)로 접어드는 안정화 시간이 대략 1.5 usec 이내로 종래의 경우보다 훨씬 줄어들었음을 알 수 있다. FIG. 6 is a diagram illustrating a computer simulation of the circuit operation of the present invention as described above. It can be seen that the stabilization time at which the bias voltages Vbiasu, Vbiasd, Va, Vb, and the like enter into a steady state is much shorter than that of the conventional case within approximately 1.5 usec.
전술한 바와 같은 효과는 바이어스 회로 -본 발명의 명세서에서는 밴드 갭 기준회로-의 증폭기 (도 1 및 도 2의 A1)의 부하단이 도면에 도시된 바와 같이 캐스코드(cascode)연결되어 있으므로(도 1 및 도 2의 Mp1 ~ Mp4), 이 캐스코드 구성과 대응되게 직렬연결된 p-채널 트랜지스터로 스타트 업 회로를 구성함에 의해 바이어스 회로에 가장 적절한 전압을 적시에 공급해 줄 수 있기 때문이다. The effect as described above is that the load end of the amplifier circuit (A1 in Figs. 1 and 2) of the bias circuit—in the specification of the bandgap reference circuit—is cascoded as shown in the figure (Fig. This is because the start-up circuit is composed of p-channel transistors connected in series to correspond to the cascode configuration, and Mp1 to Mp4 of FIG. 2, so that the most appropriate voltage can be supplied to the bias circuit in a timely manner.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도 7은 도2에서 도시되고 전술되어 설명된 바와 같이 전체 칩이 이른바 대기상태(stand by)일때 스타트-업 회로에서 소모되는 DC전류 소비를 막기 위한 소자들을 부가로 삽입하여 전력소모를 줄일 수 있게 한 것이다. 부가되는 소자는 MN34, MN35 및 Mp32로서 이들의 게이트에 가해지는 신호 dc_off는 전체 칩이 대기상태나 절전모드로 돌입했을때 "High"가 스위칭되어 스타트-업 회로의 전류소비를 제한한다. 이에 의해 전류 미러 CM의 동작도 정지하게 되고 MN32, MN33 소자도 "off"되어 스타트-업 회로의 전력소모는 없게 된다. 7 illustrates another embodiment of the present invention. FIG. 7 further reduces the power consumption by additionally inserting elements to prevent DC current consumption in the start-up circuit when the entire chip is stand by, as shown in FIG. 2 and described above. It is. Additional devices are MN34, MN35 and Mp32, and the signal dc_off applied to their gates is switched to "High" when the entire chip enters standby or sleep mode to limit the current consumption of the start-up circuit. As a result, the operation of the current mirror CM is also stopped, and the MN32 and MN33 elements are " off, "
본 발명은 도면에 도시된 두 가지의 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 손 쉬운 예를 들면 본 발명의 CMOS회로의 구성을 N-채널부, P-채널부를 서로 바꾸는 이른바 상보적(complementary) 회로로 구성하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to two embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. For example, it is also possible to configure the CMOS circuit of the present invention with a so-called complementary circuit that replaces the N-channel portion and the P-channel portion. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술하여 설명한 본 발명의 스타트 업 회로에 따르면, 전원전압이 인가된 후 신속하게 정상상태(steady state)에 도달하는 효과가 있다. According to the start-up circuit of the present invention described above, there is an effect of quickly reaching a steady state after the power supply voltage is applied.
본 발명의 다른 효과는, 본 발명의 스타트 업 회로를 채용하고 있을 바이어스 전압 발생회로가 보다 빠른 시간내에 안정적인 바이어스 전압을 발생시키게 되는 장점이 있다. Another effect of the present invention is that the bias voltage generating circuit, which will employ the start-up circuit of the present invention, generates a stable bias voltage in a faster time.
본 발명의 회로에 의하면 스타트-업 회로가 하나로 합쳐서 전류 소비가 줄어들뿐 아니라 칩이 대기 상태일때 전류 소모를 최소화되는 효과가 나타난다.According to the circuit of the present invention, the start-up circuits are combined into one to reduce the current consumption as well as to minimize the current consumption when the chip is in the standby state.
본 발명의 주요한 효과 가운데 하나는 본 발명의 회로를 채용하는 전자 시스템이나 여타의 전자회로 시스템이 전원이 인가되기 시작한 후 보다 빠른 시간내에 정상화되므로서 보다 신속하고 효율적인 시스템 사용이 가능하게 되었다는 점이다.One of the main effects of the present invention is that an electronic system or other electronic circuit system employing the circuit of the present invention is normalized within a shorter time after power is applied, thereby enabling a faster and more efficient use of the system.
도 1은 본 발명의 회로가 적용될 수 있는 밴드 갭 기준 회로의 한 예이다.1 is an example of a band gap reference circuit to which the circuit of the present invention may be applied.
도 2는 본 발명의 회로가 적용될 수 있는 밴드 갭 기준 회로의 다른 예이다.2 is another example of a band gap reference circuit to which the circuit of the present invention may be applied.
도 3은 종래의 스타트 업 회로이다.3 is a conventional start-up circuit.
도 4는 종래의 스타트 업 회로의 기능을 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.4 is a computer simulation result showing the function of a conventional start-up circuit.
도 5는 본 발명의 스타트 업 회로의 한 실시예이다.5 is an embodiment of a start-up circuit of the present invention.
도 6은 본 발명의 스타트 업 회로의 기능을 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.6 is a computer simulation result showing the function of the startup circuit of the present invention.
도 7은 본 발명의 스타트 업 회로의 다른 실시 예이다.7 is another embodiment of the start-up circuit of the present invention.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명* Description of the main symbols in the drawing
Vbiasu : 바이어스 전압 Vbiasd : 바이어스 전압Vbiasu: Bias Voltage Vbiasd: Bias Voltage
Va : 바이어스 전압 Vb : 바이어스 전압Va: bias voltage Vb: bias voltage
CM : 전류 미러 Vref : 기준 전압CM: Current Mirror Vref: Reference Voltage
Mp32 : 전류공급 트랜지스터 dc_off : 정상상태 스위칭 신호Mp32: current supply transistor dc_off: steady state switching signal
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