KR100563888B1

KR100563888B1 - 전압 발생 회로

Info

Publication number: KR100563888B1
Application number: KR1020050013397A
Authority: KR
Inventors: 신야 야마세
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-03-27
Also published as: US20050184796A1; TW200530780A; CN1658109A; JP2005234988A

Abstract

본 발명은, 온도 구배를 갖는 전압을 발생하는 전압 발생 회로에서, 온도 구배를 갖는 전압을 발생하는 다이오드를 IC에 내장화함과 함께, 저항 분압된 각 전압 간의 전압 단계가 일정하고, 또한 각 전압의 온도 구배도 일정하게 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 온도 구배를 갖지 않는 전압 Vref와 온도 구배를 갖는 전압 Vd1을 발생시킨다. 전압 Vref를 저항 분압한 전압 V11, V12를 발생한다. 그리고, 전압 d1, V11, V12를 제1 연산 처리용 오피 앰프 OP14와 제2 연산 처리용 오피 앰프 OP15를 이용하여 연산 처리하고, 전압 VH1과 전압 VL1을 작성한다. 전압 VH1과 전압 VL1 간의 전압차는 하기의 식과 같이 되어 온도 의존성이 제거된 일정한 전압으로 된다. VH1-VL1=mag×(V12-V11)

밴드 갭 회로, 저항 분압 회로, 다이오드, 볼티지 팔로워용 오피 앰프, 연산 처리용 오피 앰프

Description

전압 발생 회로{VOLTAGE GENERATING CIRCUIT}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 발생 회로의 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 발생 회로의 온도 특성도.

도 3은 종래 기술에 따른 전압 발생 회로의 회로도.

도 4는 종래 기술에 따른 전압 발생 회로의 온도 특성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 밴드 갭 회로

20 : 제1 저항 분압 회로

30 : 제2 저항 분압 회로

D1 : 다이오드

OP11 : 오피 앰프

OP12, OP13 : 볼티지 팔로워용 오피 앰프

OP14 : 제1 연산 처리용 오피 앰프

OP15 : 제2 연산 처리용 오피 앰프

본 발명은 전압 발생 회로에 관한 것으로, 특히, 온도 구배를 갖는 전압을 발생하기 위한 전압 발생 회로에 관한 것이다.

도 3에 종래예에 따른 온도 구배를 갖는 전압을 발생하기 위한 전압 발생 회로의 회로도를 도시한다. 전원 전압 Vdd와 접지 전압 사이에 저항(21)과 다이오드 D2가 직렬 접속되며, 그 접속점으로부터 온도 구배(온도 의존성)를 갖는 전압 Vd2가 발생된다. 이 전압 Vd2는 다이오드 D2의 순방향 전압과 거의 같은 전압이며, 그 온도 특성을 반영하여서, -1.8㎷/℃의 온도 구배를 갖고 있다. 오피 앰프 OP21은 이 전압 Vd2를 증폭하여, 전압 VH2를 출력한다. 그 증폭률은 (r22+r23)/r23이다. 여기서, r22, r23은 저항 R22, R23의 저항값을 나타내는 것으로 한다.

그리고, 이 전압 VH2는 저항 분압 회로(50)의 고전압측에 전압원으로서 공급된다. 저항 분압 회로(50)는, 전압 VH2와 접지 전압 사이에 n개의 저항 R1, R2,…Rn을 직렬 접속하며, 그 각 접속점에 (n+1)개의 트랜스미션 게이트 TG1, TG2,…TGn+1을 접속하여 구성된다. 그리고, 이들 트랜스미션 TG1, TG2,…TGn+1 중에서 1개의 트랜스미션 게이트가 온되면, 그 트랜스미션 게이트의 접속점의 분압된 전압이 그 트랜스미션 게이트를 통해 출력된다. 그 트랜스미션 게이트로부터 출력된 전압은 볼티지 팔로워용 오피 앰프 OP22를 통해 저임피던스로 변환되어 출력된다.

따라서, 이 회로에 따르면, 증폭된 온도 구배를 갖는 전압 VH2를 저항 분압 회로(50)에 의해 분압하여 원하는 전압을 추출할 수 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특개 제2003-108241호 공보

그러나, 종래의 회로에서는 2가지 문제점이 있었다. 첫째, 다이오드 D2의 순방향 전압을 낮게 설정해야만 하기 때문에, 다이오드 D2를 IC에 내장화할 수 없어서, IC에 외부 부착해야 한다.

현재, 전원 전압이 5V±10%, 출력 전압 VH2의 온도 구배가 -20㎷/℃, 동작 온도 범위가 -25℃∼75℃라는 회로 사양 설정을 생각할 수 있다. 온도 구배를 -20㎷에 정합하기 위해, 오피 앰프 OP21의 증폭율은 11배로 설정된다(정확하게는, 20/1.8배이지만, 여기서는 설명을 간단히 하기 위해 11배로 함). 전원 전압의 최저값은 4.5V이므로, 온도가 -25℃일 때의 다이오드 D2의 순방향 전압은, 4.5/11=0.409V로 된다.

그렇게 하면, 상온(25℃)의 다이오드 D2의 순방향 전압은, 4.5/11-0.0018×50=0.319V로 된다. 일반적인 패턴 사이즈의 IC 내장 다이오드에서 0.3V 정도의 다이오드 순방향 전압을 얻기 위해서는, 거기에 흘리는 전류를 수십 ㎀∼수백 ㎀로 좁혀야만 하여서, 다이오드에 접속하는 직렬 저항의 저항값으로서는 수십 GΩ 이상이 필요하게 되어, 현실적이지 않다. 따라서, 낮은 다이오드 순방향 전압을 얻기 위해서 어느 정도 큰 전류(㎂ 오더)를 흘릴 수 있는 디스크리트 다이오드를 IC에 외부 부착하는 것이 필요하게 된다.

제2 문제는, 저항 분압 회로(50)에 의해 얻어지는 분압된 전압 간의 전압 단계가 온도에 의존함과 함께, 그 분압된 개개의 전압의 온도 구배가 서로 상이한 것이다. 도 4는 도 3의 저항 분압 회로(50)의 출력 전압의 온도 특성도이다. 도면 에서, 전압 VH2, 접지 전압인 전압 VL2, 및 이들 전압의 중간 전압 Cent2가 나타나 있다. 증폭기로서 사용되어 있는 오피 앰프 OP21의 출력인 전압 VH2는 소정의 온도 구배를 갖는다. 이 전압 VH2를, 온도 구배를 갖지 않는 전압 VL2에 대하여 저항 분압하면, 온도에 의해 분압된 각 전압 간의 전압 단계도 가변되어, 분압된 각 전압의 온도 구배도 가변한다.

본 발명의 전압 발생 회로는, 상기 과제를 해결하기 위해, 온도 구배를 갖지 않는 제1 전압을 출력하는 제1 전압 발생 수단과, 온도 구배를 갖는 제2 전압을 발생하는 제2 전압 발생 수단과, 상기 제1 전압을 분압한 제3 및 제4 전압을 발생하는 제1 저항 분압 회로와, 플러스 입력 단자에 상기 제2 전압이 입력되며, 마이너스 입력 단자에 상기 제3 전압이 제1 저항을 통해 입력되고, 출력과 상기 마이너스 입력 단자 사이에 제2 저항이 접속된 제1 오피 앰프와, 플러스 입력 단자에 상기 제2 전압이 입력되며, 마이너스 입력 단자에 상기 제4 전압이 제3 저항을 통해 입력되고, 출력과 상기 마이너스 입력 단자 사이에 제4 저항이 접속된 제2 오피 앰프를 구비하며, 상기 제1 오피 앰프 및 제2 오피 앰프의 출력 전압이 서로 동일한 온도 구배를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

〈실시예〉

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전압 발생 회로에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 이 전압 발생 회로의 회로도이다. 참조 부호 10은 온도 구배를 갖지 않는 전압 Vref를 발생하는 밴드 갭 회로로, 저항 R11, R12, R13, 다 이오드 D1, 복수의 병렬 접속 다이오드 Dn, 오피 앰프 OP11로 구성되어 있다. 또한, 이 회로 내의 저항(13)과 다이오드 D1의 접속점으로부터 온도 구배를 갖는 전압 Vd1이 추출된다. 덧붙여서, 다이오드 D1 대신, 바이폴라 트랜지스터로부터 온도 구배를 갖는 전압을 추출하여도 된다. 또한, 상기 밴드 갭 회로(10)는 오피 앰프를 이용하여 구성되어 있지만, 일반적으로 알려져 있는 정전류형 밴드 갭 회로를 이용해도 된다.

참조 부호 20은 전압 Vref를 분압하는 제1 저항 분압 회로로서 오피 앰프 OP11의 출력과 접지 전압 사이에 직렬 접속된 저항 R14, R15, R16으로 구성되어 있다. 그리고, 저항 R14와 R15의 접속점에 전압 V12를 발생시키며, 저항 R15와 R16의 접속점에, 전압 V12보다 낮은 전압인 전압 V11을 발생시킨다.

OP14는 제1 연산 처리용 오피 앰프로서, 플러스 입력 단자(+)에 전압 Vd1이 인가되며, 마이너스 입력 단자(-)에는 전압 V12가 볼티지 팔로워용 오피 앰프 OP12에 의해 저임피던스로 변환된 후에, 저항 R171을 통해 입력되어 있다. 제1 연산 처리용 오피 앰프 OP14의 출력과 마이너스 입력 단자(-) 사이에는 저항 R172가 접속되어 있다.

OP15는 제2 연산 처리용 오피 앰프로서, 플러스 입력 단자(+)에 전압 Vd1이 인가되며, 마이너스 입력 단자(-)에는 전압 V11이 볼티지 팔로워용 오피 앰프 OP13에 의해 저임피던스로 변환된 후에, 저항 R181을 통해 입력되어 있다. 제2 연산 처리용 오피 앰프 OP15의 출력과 마이너스 입력 단자(-) 사이에는 저항 R182가 접속되어 있다.

제2 저항 분압 회로(30)는, 제1 연산 처리용 오피 앰프 OP14의 출력 전압 VL1과 제2 연산 처리용 오피 앰프 OP15의 출력 전압 VH1(VH1>VL1) 사이에, n개의 저항 R1, R2,…Rn을 직렬 접속하며, 그 각 접속점에 (n+1)개의 트랜스미션 게이트 TG1, TG2,…TGn+1을 접속하여 구성된다. 그리고, 이들 트랜스미션 TGl, TG2,…TGn+1 중에서 1개의 트랜스미션 게이트가 온되면, 그 트랜스미션 게이트의 접속점의 분압된 전압이 그 트랜스미션 게이트를 통해 출력된다. 그 트랜스미션 게이트로부터 출력된 전압은, 볼티지 팔로워용 오피 앰프 OP16을 통해 저임피던스로 변환되어 출력된다.

제2 연산 처리용 오피 앰프 OP15의 출력 전압 VH1은, 다음의 수식으로 표시된다.

VH1={1+(r182/r181)}×Vd1-(r182/r181)×V11

또한, 제1 연산 처리용 오피 앰프 OP14의 출력 전압 VL1은, 다음의 수식으로 표시된다.

VL1={1+(r172/r171)}×Vd1-(r172/r171)×V12

이들 수식에서, r171, r172, r181, r182는, 각각 저항 R171, R172, R181, R182의 저항값이다. 이들의 수식의 제1항은 온도 구배를 갖는 전압이며, 제2항은 온도 구배를 갖지 않는 일정한 전압이다. 또한, 전압 VH1과 전압 VL1은 제1항과 제2항의 전압 차분으로 표시되기 때문에, 다이오드 전압 Vd1 혹은 그 계수가 다소 크더라도 낮은 전압으로 된다. 이에 따라, 전원 전압을 작게 설정할 수 있다. 또한, 다이오드 전압 Vd1을 크게 설정할 수 있어서, IC에 내장화가 가능하게 된다.

여기서, 전압 VH1과 전압 VL1의 온도 구배를 일치시키기 위해, r172/r171=r182/r181=mag로 설정한다. 즉, 저항비를 동일하게 한다. 그리고, 수식을 다시 쓰면, 전압 VH1, VL1은 다음식과 같이 된다.

VH1={1+mag)×Vd1-mag×V11

VL1={1+mag)×Vd1-mag×V12

전압 VH1과 전압 VL1 간의 전압차는, 하기의 식과 같이 되어 온도 의존성이 제거된 일정한 전압으로 된다.

VH1-VL1=mag×(V12-V11)

구체적으로, 전원 전압; 5V±10%, 온도 특성; -20㎷/℃, 동작 온도 범위; -25∼75℃, 출력 전압 범위; 1V의 회로 설정을 생각한다. 온도 특성과 동작 온도 범위로부터, 온도에 따른 전압 변화는 25℃의 전압 ± 1.0V로 되기 때문에, 전원 전압을 고려하여 VH1, VL1의 25℃에서의 값을 각각 3V와 2V로 한다.

또한, 밴드 갭 회로(10)의 다이오드 D1로부터의 다이오드 전압 Vd1은 0.6V(25℃일 때)이며, 그 온도 구배는 -1.8㎷/℃로 한다. 또한, 밴드 갭 회로(10)로부터의 전압 Vref는 1.2V로 일반적인 값으로 한다. 이상의 조건 하에서, 각 회로 소자의 값을 산출하여 그 효과를 검증한다.

온도 구배가 -20㎷/℃라는 요구 온도 특성으로부터 (1+mag)=11로 설정된다(정확하게는, 20/1.8이지만, 여기서는 설명을 간단히 하기 위해 11로 함).

다음으로, mag 및, Vd1, VH1, VL1의 25℃에서의 전압값으로부터, 전압 V11, V12를 역산하면,

3.0=(1+10)×0.6-10×V11

2.0=(1+10)×0.6-10×V12

이들 식으로부터, V11=0.36, V12=0.46을 얻는다. 따라서, 제1 저항 분압 회로(20)의 저항 R14, R15, R16의 저항비는, r14:r15:r16=74:10:36, r171:r172=r181:r182=1:10으로 설정하면 된다.

도 2는, 이 전압 발생 회로의 출력 전압의 온도 특성도이다. 이 도면에서는, 상기 회로 사양 설정에 기초하는 전압 VH1, 전압 VL1 및 이들 전압의 중간 전압 Cent1이 나타나 있다.

따라서, 본 실시예의 전압 발생 회로에 따르면, 다이오드 D1로부터의 전압을 0.6V라는 큰 값으로 설정할 수 있기 때문에, 다이오드 D1에 직렬 접속된 저항 R13의 저항값을 낮게 설정할 수 있다. 이에 따라, 다이오드 D1을 IC에 내장하는 것이 가능해진다. 또한, 종래 회로에 비해 저전원 전압으로 동작할 수 있다. 또한, 제2 저항 분압 회로(30)에 의해 저항 분압된 각 전압 간의 전압 단계가 일정하며, 또한 각 전압의 온도 구배도 일정하게 할 수 있다.

본 발명의 전압 발생 회로에 따르면, 온도 구배를 갖는 원하는 전압을 추출할 수 있음과 함께, 온도 구배를 갖는 소자, 예를 들면 다이오드를 IC에 내장화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 종래 회로에 비하여 저전원 전압으로 동작할 수 있다. 또한, 저항 분압된 각 전압 간의 전압 단계가 일정하며, 또한 각 전압의 온도 구배도 일정하게 할 수 있다.

Claims

온도 구배를 갖지 않는 제1 전압을 출력하는 제1 전압 발생 수단과, 온도 구배를 갖는 제2 전압을 발생하는 제2 전압 발생 수단과,

상기 제1 전압을 분압한 제3 및 제4 전압을 발생하는 제1 저항 분압 회로와,

플러스 입력 단자에 상기 제2 전압이 입력되며, 마이너스 입력 단자에 상기 제3 전압이 제1 저항을 통해 입력되고, 출력과 상기 마이너스 입력 단자 사이에 제2 저항이 접속된 제1 오피 앰프와,

플러스 입력 단자에 상기 제2 전압이 입력되며, 마이너스 입력 단자에 상기 제4 전압이 제3 저항을 통해 입력되고, 출력과 상기 마이너스 입력 단자 사이에 제4 저항이 접속된 제2 오피 앰프를 구비하며, 상기 제1 오피 앰프 및 제2 오피 앰프의 출력 전압이 서로 동일한 온도 구배를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 저항값의 비가, 상기 제3 저항과 상기 제4 저항의 저항값의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제1 오피 앰프의 출력 전압과 상기 제2 오피 앰프의 출력 전압 사이에 접속된 제2 저항 분압 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제3 전압을 저임피던스의 출력 전압으로 변환하는 볼티지 팔로워용 제3 오피 앰프 및 상기 제4 전압을 저임피던스의 출력 전압으로 변환하는 볼티지 팔로워용 제4 오피 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제1 전압 발생 수단이 밴드 갭 회로인 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제2 전압 발생 수단이 다이오드인 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.
제1항에 있어서,

상기 제2 전압 발생 수단이 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전압 발생 회로.