KR100603520B1 - Temperature independent biasing circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 변동에 독립하는 바이어스 전류 회로에 관한 것으로, 보다 상세히는 일단이 접지된 제1 저항을 포함하여 열 전압(Thermal Voltage)을 이용한 기준 전류를 제공받는 전류 미러부와, 전원 전압을 제공받아 출력 바이어스 전류를 출력하는 제1 전류 미러부와, 상기 출력 바이어스 전류에 응답하여 상기 기준 전류량을 제어하는 스위칭부를 구비한 바이어스 전류 회로에 있어서, 온도 보상부는 전원 전압을 제공받는 소정 레벨의 전류를 출력하는 제2 전류 미러부를 포함하여, 출력 바이어스 전류를 제공받아 제1 전압을 유기하고, 유기된 제1 전압에 응답하여 제2 전류 미러부로부터 출력되는 전류를 싱크하고, 싱크된 전류만큼의 온도 보상 전류를 출력하고, 바이어스부는 온도 보상 전류와 출력 바이어스 전류를 합산하여 온도 보상된 출력 바이어스 전류를 출력한다. The present invention relates to a bias current circuit independent of temperature fluctuation, and more particularly, a current mirror unit receiving a reference current using a thermal voltage, including a first resistor grounded at one end thereof, and a power supply voltage. A bias current circuit having a first current mirror unit for receiving an output bias current and a switching unit for controlling the reference current amount in response to the output bias current, wherein the temperature compensator is configured to receive a predetermined level of current supplied with a power supply voltage. Including an output second current mirror unit, receiving an output bias current to induce a first voltage, and sinks the current output from the second current mirror unit in response to the induced first voltage, the temperature of the sink current The compensation current is output, and the bias unit is a temperature compensated output buyer by adding the temperature compensation current and the output bias current Outputs current.

이에 따라 열 전압에 의한 온도 계수의 증감 비율과 저항에 의한 온도 계수의 증감 비율이 상이하여 발생되는 온도에 불안정한 요소를 해결할 수 있어 온도 변동과 무관하게 안정적으로 출력 바이어스 전류를 제공할 수 있다.Accordingly, it is possible to solve the unstable factor due to the temperature caused by the difference between the increase and decrease ratio of the temperature coefficient due to the thermal voltage and the increase and decrease ratio of the temperature coefficient due to the resistance, thereby providing a stable output bias current regardless of temperature fluctuations.

바이어스 전류, 온도변동, 밴드 갭, 보상, 열 전압, 온도 계수, 저항 계수Bias Current, Temperature Fluctuation, Band Gap, Compensation, Thermal Voltage, Temperature Coefficient, Resistance Coefficient

Description

온도 변동에 독립하는 바이어스 전류 회로{TEMPERATURE INDEPENDENT BIASING CIRCUIT}Bias current circuit independent of temperature fluctuations {TEMPERATURE INDEPENDENT BIASING CIRCUIT}

도 1은 밴드갭 레퍼런스(Band-Gap Reference)의 동작 원리를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an operating principle of a band-gap reference.

도 2는 열 전압을 이용한 바이어스 전류 회로도이다.2 is a bias current circuit diagram using a column voltage.

도 3은 본 발명에 의한 온도 변동에 독립하는 바이어스 전류회로도이다.3 is a bias current circuit diagram independent of temperature fluctuations according to the present invention.

도 4는 본 발명의 바이어스 전류의 온도 특성을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the temperature characteristic of the bias current of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 출력 전류의 온도 보상 결과를 설명하기 위한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a temperature compensation result of an output current according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 바이어스부 110 : 전류씽킹부100: bias unit 110: current sinking unit

120, 210 : 전류 미러부 130 : 스위칭부120, 210: current mirror unit 130: switching unit

200 : 피드백부 Io : 출력 바이어스 전류200: feedback portion Io: output bias current

Iref : 열 전압을 이용한 기준 전류 Ic : 보상 전류Iref: reference current using thermal voltage Ic: compensation current

본 발명은 바이어스 전류 회로에 관한 것으로, 보다 상세히는 열 전압(thermal voltage)에 의한 온도 계수와 저항에 의한 온도 계수와의 불일치를 해결하여 온도 변동에 독립적으로 바이어스 전류를 제공할 수 있는 바이어스 전류 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a bias current circuit, and more particularly, a bias current circuit capable of providing a bias current independently of temperature fluctuations by resolving a mismatch between a temperature coefficient caused by a thermal voltage and a temperature coefficient caused by a resistance. It is about.

집적회로(IC)의 설계에 있어서, 생길 수 있는 오차는 두 분류로 정리될 수 있는데, 그 첫 번째는 공정 변동에 의한 소자 특성의 변동, 즉 칩 내에서의 공정 불균일에 의한 불일치 등의 고정 오차이고, 두 번째는 외부 전압원, 온도 등의 환경 변동과 핫 캐리어 효과(hot carrier)등으로 인한 소자 특성 열화에 의한 가변 오차이다.In the design of integrated circuits (ICs), the possible errors can be grouped into two categories, the first of which is a fixed error, such as a change in device characteristics due to process variation, that is, a mismatch due to process unevenness within the chip. The second is a variable error due to deterioration of device characteristics due to environmental changes such as external voltage source, temperature, and hot carrier effect.

바이폴라 트랜지스터(BJT)나 모스 트랜지스터(MOSFET)를 사용한 아날로그 집적회로의 특성은 회로의 내부 바이어스 변동에 매우 민감한 반응을 보이기 때문에 이러한 오차를 줄이는 연구가 계속 진행되어 왔다. 특히, 대부분의 아날로그 집적회로가 전류공급회로를 바탕으로 하는 바이어스 방식을 사용하고 있으므로 공정이나 환경 등의 변동에 무관한 전류원을 사용하는 것이 매우 중요하다.Since the characteristics of an analog integrated circuit using a bipolar transistor (BJT) or a MOS transistor (MOSFET) are very sensitive to the internal bias variation of the circuit, studies to reduce such errors have been conducted. In particular, since most analog integrated circuits use a bias method based on a current supply circuit, it is very important to use a current source that is independent of process or environment variation.

작업 공정 변화로 인한 바이어스 전류의 오차는 저항의 레이저 트리밍(trimming) 등의 방법을 써서 줄이는 것이 가능하며, 온도 변동에 의한 오차는 밴드갭 레퍼런스(Band-gap Reference)회로 등을 사용함으로써 줄일 수 있다.The bias current error due to the change of the working process can be reduced by using a method such as laser trimming of the resistance, and the error due to temperature fluctuation can be reduced by using a band-gap reference circuit. .

도 1은 밴드갭 레퍼런스(Band-Gap Reference)의 동작 원리를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an operating principle of a band-gap reference.

도 1을 참조하면, 상기 밴드갭 레퍼런스 회로(Band-Gap Reference Circuit) 는 양의 온도 계수를 가지는 열 전압(Thermal Voltage)(Vt)과 음의 온도 계수를 가지는 트랜지스터의 베이스-에미터간 전압(VBE)을 함께 사용함으로써 온도 변동에 따른 오차를 줄인다.Referring to FIG. 1, the band-gap reference circuit includes a thermal voltage V t having a positive temperature coefficient and a base-emitter voltage of a transistor having a negative temperature coefficient. V BE ) is used together to reduce errors caused by temperature fluctuations.

즉, 음의 온도 계수를 가지는 베이스-에미터간 전압(VBE)이 양의 온도 계수를 가지는 열전압에 소정 상수(K)를 곱한 전압을 합산하면 하기한 수학식 1과 같은 출력전압(Vout)을 얻게 된다.That is, when the base-emitter voltage V BE having a negative temperature coefficient is added to a thermal voltage having a positive temperature coefficient multiplied by a predetermined constant K, the output voltage Vout as shown in Equation 1 below. You get

Vout = VBE(ON) + KVT 이때 K는 상수이다.Vout = V BE (ON) + KV T where K is a constant.

Figure 111999008383912-pat00001
Figure 111999008383912-pat00001

여기서,

Figure 111999008383912-pat00002
는 -2mV/℃이고,
Figure 111999008383912-pat00003
는 0.085mV/℃이다. 따라서, K값을 적절히 조절하면
Figure 111999008383912-pat00004
=0으로 즉, 온도의 변동에 무관한 출력 전압을 제공할 수 있다.here,
Figure 111999008383912-pat00002
Is -2 mV / ° C,
Figure 111999008383912-pat00003
Is 0.085 mV / ° C. Therefore, if the K value is properly adjusted
Figure 111999008383912-pat00004
= 0, i.e., can provide an output voltage independent of temperature fluctuations.

일반적으로 트랜지스터의 열 전압(Thermal voltage, VT)을 이용한 바이어스 전류 회로를 구성함에 있어서 전원전압에 독립적인 구성이 가능하다.In general, in the bias current circuit using the thermal voltage (V T ) of the transistor, a configuration independent of the power supply voltage is possible.

도 2는 종래의 열 전압을 이용한 바이어스 전류 회로도이다.2 is a bias current circuit diagram using a conventional column voltage.

도 2를 참조하면, 종래의 열 전압(Thermal voltage)을 이용한 전류 바이어스 회로(100)는 일단이 접지된 제1 저항(R1)을 포함하여 열 전압을 이용한 출력 바이어스 전류(Io)를 제공받는 전류씽킹부(110)와, 전원 전압(Vcc)을 제공받아 온도 변동에 따라 가변되는 출력 바이어스 전류(Io)를 출력하는 제1 전류 미러부(120)와, 제1 전류 미러부(120)로부터 제공되는 출력 바이어스 전류에 응답하여 출력 바이어스 전류(Io)의 양을 제어하는 스위칭부(130)를 구비한다. 이때 사용자는 출력단자(OUT1)(OUT2)를 통해 바이어스 전류를 출력하여 이용한다.Referring to FIG. 2, the current bias circuit 100 using the conventional thermal voltage includes a first resistor R1 having one end grounded and a current provided with an output bias current Io using the column voltage. Provided from the sinking unit 110, the first current mirror unit 120 receiving the power supply voltage Vcc and outputting an output bias current Io that varies according to a temperature change, and the first current mirror unit 120. And a switching unit 130 that controls the amount of output bias current Io in response to the output bias current. At this time, the user outputs and uses the bias current through the output terminals OUT1 and OUT2.

이러한 도 2에 도시된 출력 바이어스 전류의 일반적인 온도 특성은 하기 하는 수학식 3 내지 5와 같이 나타낼 수 있다.The general temperature characteristic of the output bias current shown in FIG. 2 may be represented by Equations 3 to 5 below.

Figure 111999008383912-pat00005
Figure 111999008383912-pat00005

여기서, Io는 출력 바이어스 전류이고, VT는 열전압(Thermal Voltage)이며, A는 전류씽킹부(110)의 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 영역과 제2 트랜지스터(Q2)의 에미터 영역과의 비율이다.Here, Io is an output bias current, V T is a thermal voltage, and A is an emitter region of the first transistor Q1 and the emitter region of the second transistor Q2 of the current sinking unit 110. Ratio.

수학식 3를 온도에 대해서 편미분하면, 하기 하는 수학식 4과 같다.If the partial differential of the equation (3) with respect to the temperature, it is equal to the following equation (4).

Figure 111999008383912-pat00006
Figure 111999008383912-pat00006

또한 상기한 수학식 4에서, 열 전압(VT)에 대한 온도의 편미분치(TCF(VT))와 저항에 대한 온도의 편미분치(TCF(R))의 항을 간단히 표시하면, 하기 하는 수학식 5 와 같다.In addition, in the above Equation 4, if the terms of the partial differential value (T CF (V T )) of the temperature with respect to the thermal voltage (V T ) and the partial differential value (T CF (R)) of the temperature with respect to the resistance are simply expressed, Equation 5 to be described below.

Figure 111999008383912-pat00007
Figure 111999008383912-pat00007

상기한 수학식 5에서 알 수 있듯이 출력 바이어스 전류(Io)가 온도의 변동에 무관하게 일정하게 유지되기 위해서는 열 전압의 온도 계수(TCF(VT))와 저항의 온도 계수(TCF(R))가 같은 조건에서만 성립하게 된다.As can be seen from Equation 5, in order for the output bias current Io to be kept constant regardless of the change in temperature, the temperature coefficient T CF (V T ) of the thermal voltage and the temperature coefficient T CF (R )) Holds only under the same conditions.

그러나, 이러한 경우는 이상적인 경우이고, 일반 실리콘을 이용한 공정에서는 트랜지스터의 열 전압에 대한 온도 계수가 저항의 온도 계수와 상이하여 바이어스 전류 변동량은 양, 또는 음의 온도 계수를 갖게되어 온도 변동에 독립적으로 바이어스 전류를 출력한다는 것은 어려움이 있었다.However, this is an ideal case, and in a process using general silicon, the temperature coefficient of the transistor's thermal voltage is different from that of the resistor, so that the bias current fluctuation has a positive or negative temperature coefficient and is independent of temperature variation. It was difficult to output the bias current.

이에, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 트랜지스터와 저항을 이용한 바이어스 전류원에 온도 보상을 하기 위하여 부가 회로를 추가함으로써 온도 변동에 따른 전류 변동량을 최소화하는 전류원을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve such a conventional problem, an object of the present invention is to provide a current source that minimizes the amount of current fluctuations due to temperature fluctuation by adding an additional circuit for temperature compensation to the bias current source using a transistor and a resistor. It is for that purpose.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명은, 전원전압을 제공받아 출력 바이어스 전류를 출력하는 제1 전류 미러부를 포함하는 바이어스 전류회로에 있어서, 전원전압을 제공받아 소정 레벨의 전류를 출력하는 제2 전류 미러부를 포함하여, 상기 출력 바이어스 전류에 대응되는 제1 전압에 응답하여 온도 보상 전류를 출력하는 온도 보상 수단; 및 상기 온도 보상 전류와 상기 출력 바이어스 전류를 합산하여 온도 보상된 출력 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 수단을 포함하며,
이때 상기 온도보상수단은, 에미터가 저항을 통해 연결되고, 베이스단이 상기 제1 전류 미러부의 트랜지스터의 베이스에 연결되어 콜렉터를 통해 상기 제1 전류 미러부의 출력 바이어스 전류와 동일 량의 전류를 출력하는 제1 트랜지스터; 상기 제1 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결되어 출력 바이어스 전류에 따른 상기 제1 전압을 유기하는 제2 저항; 에미터단이 제3 저항을 통해 접지점에 연결되며, 베이스를 통해 상기 유기된 제1 전압을 제공받아 콜렉터를 통해 상기 제2 전류 미러부로부터 온도 보상 전류를 싱크하는 제2 트랜지스터; 및 전원 전압을 제공받고, 상기 제2 트랜지스터에 의해 씽크되는 콜렉터 전류만큼의 보상 전류를 상기 바이어스부에 피드백시키는 제2 전류 미러부를 포함한다.As a means for achieving the above object, the present invention is a bias current circuit comprising a first current mirror unit for receiving a power supply voltage and outputting an output bias current, the present invention comprises: Temperature compensation means for outputting a temperature compensation current in response to a first voltage corresponding to the output bias current, including a second current mirror; And bias means for summing the temperature compensation current and the output bias current to output a temperature compensated output bias current,
At this time, the temperature compensation means, the emitter is connected via a resistor, the base end is connected to the base of the transistor of the first current mirror portion and outputs the same amount of current as the output bias current of the first current mirror portion through the collector A first transistor; A second resistor connected to the collector of the first transistor to induce the first voltage according to an output bias current; A second transistor having an emitter terminal connected to a ground point through a third resistor and receiving the induced first voltage through a base to sink a temperature compensation current from the second current mirror through a collector; And a second current mirror unit receiving a power supply voltage and feeding back a compensation current equal to a collector current sinked by the second transistor to the bias unit.

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이러한 온도 변동에 독립하는 바이어스 전류 회로에 의하면, 트랜지스터와 저항을 이용한 바이어스 전류 회로에 온도 변동에 따른 보상 전류를 제공함으로써 열 전압에 의한 온도 계수와 저항에 의한 온도 계수가 상이하여 발생되는 온도에 불안정한 요소를 해결할 수 있어 온도 변동과는 무관하게 안정적으로 출력 바이어스 전류를 제공할 수 있다.According to the bias current circuit independent of the temperature fluctuation, the bias current circuit using the transistor and the resistor is provided with a compensation current according to the temperature fluctuation so that the temperature coefficient due to the thermal voltage and the temperature coefficient due to the resistance are unstable to the temperature generated. The factor can be solved to provide a stable output bias current independent of temperature fluctuations.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 온도 변동에 독립하는 바이어스 전류 회로도이다.3 is a bias current circuit diagram independent of temperature fluctuations according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 바이어스 전류 회로는 도 2에 언급한 종래의 온도 변동에 가변적인 출력 바이어스 전류를 출력하는 바이어스부(100)와 상기 출력 바이어스 전류치를 온도 보상하는 보상 전류를 제공하는 온도보상부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the bias current circuit according to the present invention provides a bias unit 100 for outputting an output bias current variable to the conventional temperature variation mentioned in FIG. 2 and a compensation current for temperature compensation of the output bias current value. It includes a temperature compensation unit 200.

바이어스부(100)에 대한 설명은 도 1에 도시한 바와 같으므로 생략하고, 본 발명의 특징부인 온도보상부(200)의 구조 및 작용을 설명한다.Since the description of the bias unit 100 is the same as that shown in FIG. 1, the description thereof will be omitted, and the structure and operation of the temperature compensation unit 200 which is a feature of the present invention will be described.

온도보상부(200)는 제1 트랜지스터(Q13), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 제2 트랜지스터(Q14), 그리고 제2 전류 미러부(210)로 구성되어, 온도 변동을 보상하기 위한 보상 전류(Ic)를 상기 바이어스부(100)에 제공한다.The temperature compensator 200 includes a first transistor Q13, a second resistor R2, a third resistor R3, a second transistor Q14, and a second current mirror unit 210, and the temperature fluctuations are varied. The bias current 100 is provided to the bias unit 100 to compensate for the loss.

보다 상세히는 제1 트랜지스터(Q13)의 에미터단은 저항(R27)을 통해 전원전압(Vcc)와 연결되고, 베이스단은 바이어스부(100)의 제1 전류 미러부(120)의 베이스 단과 병렬 연결되어 콜렉터단을 통해 출력 바이어스 전류(Io)와 동일 량의 전류를 제2 저항(R2)에 출력한다.In more detail, the emitter terminal of the first transistor Q13 is connected to the power supply voltage Vcc through a resistor R27, and the base terminal is connected in parallel with the base terminal of the first current mirror unit 120 of the bias unit 100. As a result, a current equal to the output bias current Io is output to the second resistor R2 through the collector stage.

제2 저항(R2)에 공급되는 전류에 의해 제2 저항(R2)사이에는 전압(VR2=IOR2)이 생긴다.The voltage V R2 = I O R 2 is generated between the second resistors R2 by the current supplied to the second resistor R2.

트랜지스터(Q14)는 에미터가 제3 저항(R3)을 통해 접지점에 연결되며, 베이스를 통해 저항(R2)사이의 전압(VR2)을 제공받아 콜렉터 전류를 씽킹(sinking)한다.Transistor Q14 has an emitter connected to a ground point through a third resistor R3, and receives a voltage V R2 between the resistors R2 through a base to sink the collector current.

제2 전류 미러부(210)는 전원전압(Vcc)을 제공받고, 상기 제2 트랜지스터(Q14)에 의해 씽킹되는 콜렉터 전류만큼의 보상 전류(Ic)를 바이어스부(100)의 제1 전류 미러부(120)의 출력 측에 피드백시킨다. The second current mirror unit 210 receives the power supply voltage Vcc, and compensates the current Ic equal to the collector current sinked by the second transistor Q14 to the first current mirror unit of the bias unit 100. Feedback to the output side of 120.

보다 상세히는, 제2 전류 미러부(210)의 트랜지스터(Q15, Q16, Q17)는 각각 저항(R34, R37, R39)를 통해 전원전압과 연결되며 각각 전류 미러(current mirror)를 형성한다. 제15 트랜지스터(Q15)의 콜렉터단을 통해 출력되는 보상 전류(Ic)만큼의 전류는 제16 트랜지스터(Q16)와 제17 트랜지스터(Q17)의 콜렉터단자를 통해 바이어스부(100)의 출력단자(OUT1)(OUT2)로 공급된다.In more detail, the transistors Q15, Q16, and Q17 of the second current mirror unit 210 are connected to the power supply voltage through the resistors R34, R37, and R39, respectively, to form current mirrors. The current equal to the compensation current Ic output through the collector terminal of the fifteenth transistor Q15 is output terminal OUT1 of the bias unit 100 through the collector terminals of the sixteenth transistor Q16 and the seventeenth transistor Q17. Is supplied to OUT2.

바이어스부(100)의 전류 싱킹부(110)는 바이어스부(100)의 제1 전류 미러부(120)로부터 출력되는 출력 바이어스 전류(Io)와 온도보상부(200)의 제2 전류 미러부(210)로부터 출력되는 온도 보상 전류(Ic)와의 합 전류인 온도 보상된 출력 바이어스 전류(Iref)를 씽킹한다.The current sinking unit 110 of the bias unit 100 includes the output bias current Io output from the first current mirror unit 120 of the bias unit 100 and the second current mirror unit of the temperature compensating unit 200 ( The temperature compensated output bias current Iref which is the sum current with the temperature compensation current Ic output from 210 is sinked.

이하 도 3에 도시한 바이어스 전류 회로를 보다 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 도시된 Iref는 온도 보상된 출력 바이어스 전류이며, Ic는 출력 바이어스 전류(Io)의 온도 보상을 위한 온도 보상 전류라 정의한다.Hereinafter, the bias current circuit shown in FIG. 3 will be described in more detail. For convenience of description, Iref is a temperature compensated output bias current and Ic is defined as a temperature compensation current for temperature compensation of the output bias current Io.

먼저, 온도 보상된 출력 바이어스 전류(Iref)는 열 전압(Thermal Voltage)과 저항의 온도 특성으로 상기한 도 4에서와 같이 온도에 따라 일정 기울기를 갖고서 변동한다고 가정할 때 수학식 6와 같이 나타낼 수 있고, 보상 전류(Ic)의 특성 또한 하기 하는 수학식 7과 같이 정의한다.First, the temperature-compensated output bias current Iref can be expressed as shown in Equation 6 when it is assumed that the temperature-compensated output bias current Iref varies with temperature as shown in FIG. 4 due to the thermal characteristics of the thermal voltage and the resistance. The compensation current Ic is also defined as in Equation 7 below.

Iref(T)=TCF(Iref)*Iref0*ΔT+Iref0Iref (T) = T CF (Iref) * Iref0 * ΔT + Iref0

여기서, Iref(T)는 특정 온도에서 온도 보상된 출력 바이어스 전류치이고, TCF(Iref)는 온도 보상된 출력 바이어스 전류에 대한 온도의 편미분치이고, Iref0은 초기 온도 보상된 출력 바이어스 전류치이고, ΔT는 온도 변동분이다.Where Iref (T) is the temperature compensated output bias current at a specific temperature, T CF (Iref) is the partial derivative of the temperature with respect to the temperature compensated output bias current, Iref0 is the initial temperature compensated output bias current and ΔT is Temperature fluctuations.

Ic(T)=TCF(Iref)*Iref0*ΔT+Ic0Ic (T) = T CF (Iref) * Iref0 * ΔT + Ic0

여기서, 어느 특정 온도에서의 온도 보상된 출력 바이어스 전류와 보상 전류의 차(Iref(T)-Ic(T))는 도 4에 도시된 바와 같이 항상 일정해야 한다.Here, the difference between the temperature compensated output bias current and the compensation current Iref (T) -Ic (T) at any particular temperature must be constant as shown in FIG. 4.

즉, Iref(T)-Ic(T)=ΔT*[TCF(Iref)*Iref0-TCF(Iref)*Iref0]+[Iref0-Ic0]에서 ICF(T)-Ic(T)=I0=Iref0-Ic0으로 일정해야 하므로, TCF(Iref)*Iref0-TCF(Iref)*Iref0=0이므로 하기 하는 수학식 8과 같다.That is, Iref (T) -Ic (T) = ΔT * [T CF (Iref) * Iref0-T CF (Iref) * Iref0] + [Iref0-Ic0] to I CF (T) -Ic (T) = I0 Since it must be constant as = Iref0-Ic0, T CF (Iref) * Iref0-T CF (Iref) * Iref0 = 0, so that Equation 8 is given below.

TCF(Iref) : TCF(Ic) = Ic0 : Iref0T CF (Iref): T CF (Ic) = Ic0: Iref0

상기한 도 3으로부터 하기 하는 수학식 9을 확인할 수 있다.Equation 9 described below can be confirmed from FIG. 3.

Ic * R3 = I0 * R2 - VbeIc * R3 = I0 * R2-Vbe

위의 수학식 9을 온도에 대해서 편미분하면 하기 하는 수학식 10를 얻을 수 있다.If the above equation (9) is partial differentiated with respect to temperature, the following equation (10) can be obtained.

Figure 111999008383912-pat00008
Figure 111999008383912-pat00008

상기한 수학식 10에서 출력 바이어스 전류(Io)는 상수라 가정했으므로, 출력 바이어스 전류의 편미분항을 삭제하고, 양변을 Ic * R3으로 제산하면, 하기 하는 수학식 11을 얻는다.Since the output bias current Io is assumed to be a constant in Equation 10, the partial derivative of the output bias current is eliminated, and both sides are divided by Ic * R3.

Figure 111999008383912-pat00009
Figure 111999008383912-pat00009

상기한 수학식 11에서, Io * R2 = VR2, Ic *R3 = VR3으로 정의하면, In Equation 11, if Io * R2 = V R2 , Ic * R3 = V R3 ,

VR2,= VR3 +Vbe 이다.V R2 , = V R3 + Vbe.

또한 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)이 동일 타입의 저항으로 온도 계수가 같다고 가정하면, 하기 하는 수학식 12과 같이 나타낼 수 있다.In addition, assuming that the second resistor R2 and the third resistor R3 are the same type of resistance and have the same temperature coefficient, they may be represented by Equation 12 below.

Figure 111999008383912-pat00010
Figure 111999008383912-pat00010

Figure 111999008383912-pat00011
여기서,
Figure 111999008383912-pat00012
이다.
Figure 111999008383912-pat00011
here,
Figure 111999008383912-pat00012
to be.

상기한 수학식 12에서 알 수 있듯이 제3 저항(R3)의 의해 발생되는 전압과 제2 저항(R2)에 의해 발생되는 전압을 적정 설계함으로써 온도 보상 전류에 대한 온도의 편미분치(TCF(Ic))의 값을 조정할 수 있다.As can be seen from Equation 12, the partial differential value of the temperature (T CF (Ic) with respect to the temperature compensation current is appropriately designed by appropriately designing the voltage generated by the third resistor R3 and the voltage generated by the second resistor R2. You can adjust the value of)).

또한, 도 3에서

Figure 111999008383912-pat00013
이므로, 이를 온도 보상을 위한 보상 전류로 표기하면, 하기 하는 수학식 13와 같다.3,
Figure 111999008383912-pat00013
Therefore, if this is expressed as a compensation current for temperature compensation, it is expressed by Equation 13 below.

Figure 111999008383912-pat00014
Figure 111999008383912-pat00014

상기한 수학식 13에서 출력 바이어스 전류(Io)와 보상 전류의 초기치(Ic0)를 설정한 후 상기한 수학식 8과 수학식 12로부터 열 전압(Thermal voltage)을 이용한 온도 보상된 출력 바이어스 전류의 초기치(Iref0)와 보상 전류의 초기치(Ico)의 크기에 의한 TCF(Ic)를 조정해주고, 그 결과로부터 제3 저항(R3)의 양단간의 전압(VR3)을 구한 후 상기한 수학식 13로부터 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)을 설정한다.After setting the initial value of the output bias current (Io) and the compensation current (Ic0) in the above equation (13), the initial value of the temperature-compensated output bias current using the thermal voltage from the above equations (8) and (12) After adjusting the T CF (Ic) by the magnitude of Iref0 and the initial value Ico of the compensation current, and calculating the voltage V R3 between both ends of the third resistor R3 from the result, The second resistor R2 and the third resistor R3 are set.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 출력 전류의 온도 보상 결과를 설명하기 위한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a temperature compensation result of an output current according to an embodiment of the present invention.

이때 TCF(VT) = 3300ppm/℃, TCF(R) = 1350ppm/℃, ∂Vbe/∂T = -2mV/℃을 적용하였고, 측정 장비로는 미국의 메타(META)사의 시뮬레이션 소프트웨어인 에이치스파이스(HSPICE)를 사용하였다.At this time, T CF (VT) = 3300ppm / ℃, T CF (R) = 1350ppm / ℃, ∂Vbe / ∂T = -2mV / ℃ was applied as a measurement equipment, H, US simulation software (META) Spice was used.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 바이어스 전류 회로에 의한 출력 바이어스 전류는 온도 변동에 따라 일정 경사각을 갖고서 증가하고 있으나, 본 발명의 바이어스 전류 회로에 의한 출력 바이어스 전류는 온도 변동에 거의 무관하게 일정 레벨의 출력 바이어스 전류를 출력함을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the output bias current by the conventional bias current circuit increases with a constant inclination angle with temperature variation, but the output bias current by the bias current circuit of the present invention is substantially constant regardless of temperature variation. It can be seen that the output bias current of the level is output.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 기존의 바이어스 전류 회로에 상기 바이어스 전류 회로 내에 구성된 트랜지스터의 열 전압에 의한 온도 계수와 저항의 온도 계수가 상이함으로 인하여 발생되는 온도에 따라 변동되는 바이어스 전류를 보상하기 위해 온도 보상을 위한 커런트 소스인 피드백 회로를 구성하므로써 온도에 따른 전류 변동량을 최소화시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, in order to compensate a bias current which varies according to a temperature generated due to a difference between a temperature coefficient due to a thermal voltage of a transistor configured in the bias current circuit and a temperature coefficient of a resistor, according to the present invention. The feedback circuit, the current source for temperature compensation, can be minimized to minimize current fluctuations over temperature.

Claims (2)

전원전압을 제공받아 출력 바이어스 전류를 출력하는 제1 전류 미러부를 포함하는 바이어스 전류회로에 있어서,A bias current circuit comprising a first current mirror unit receiving a power supply voltage and outputting an output bias current, 전원전압을 제공받아 소정 레벨의 전류를 출력하는 제2 전류 미러부를 포함하여, 상기 출력 바이어스 전류에 대응되는 제1 전압에 응답하여 온도 보상 전류를 출력하는 온도 보상 수단; 및 Temperature compensation means for outputting a temperature compensation current in response to a first voltage corresponding to the output bias current, including a second current mirror unit receiving a power supply voltage and outputting a current of a predetermined level; And 상기 온도 보상 전류와 상기 출력 바이어스 전류를 합산하여 온도 보상된 출력 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 수단을 포함하며,Bias means for summing the temperature compensation current and the output bias current to output a temperature compensated output bias current, 이때 상기 온도보상수단은 At this time, the temperature compensation means 에미터가 저항을 통해 연결되고, 베이스단이 상기 제1 전류 미러부의 트랜지스터의 베이스에 연결되어 콜렉터를 통해 상기 제1 전류 미러부의 출력 바이어스 전류와 동일 량의 전류를 출력하는 제1 트랜지스터;A first transistor having an emitter connected through a resistor and having a base end connected to a base of the transistor of the first current mirror part to output a current equivalent to an output bias current of the first current mirror part through a collector; 상기 제1 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결되어 출력 바이어스 전류에 따른 상기 제1 전압을 유기하는 제2 저항;A second resistor connected to the collector of the first transistor to induce the first voltage according to an output bias current; 에미터단이 제3 저항을 통해 접지점에 연결되며, 베이스를 통해 상기 유기된 제1 전압을 제공받아 콜렉터를 통해 상기 제2 전류 미러부로부터 온도 보상 전류를 싱크하는 제2 트랜지스터; 및 A second transistor having an emitter terminal connected to a ground point through a third resistor and receiving the induced first voltage through a base to sink a temperature compensation current from the second current mirror through a collector; And 전원 전압을 제공받고, 상기 제2 트랜지스터에 의해 씽크되는 콜렉터 전류만큼의 보상 전류를 상기 바이어스부에 피드백시키는 제2 전류 미러부를 포함하는 바이어스 전류 회로.And a second current mirror unit receiving a power supply voltage and feeding back a compensation current equal to the collector current sinked by the second transistor to the bias unit. 삭제delete
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