KR100619344B1 - 온도독립 전류원 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도특성을 보상하는 회로를 추가함으로써 온도변화에도 일정한 전류를 공급할 수 있는 전류원 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 온도 독립 전류원 회로는, 전압 신호를 입력하는 독립 전원부; 상기 독립 전원부로부터 입력된 전압 신호를 전류 신호로 변환하는 전압 전류 변환부; 상기 전압 전류 변환부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 상승하는 제1 바이어스 전류를 생성하는 제1 전류 생성부; 상기 전압 전류 변화부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 감소하는 제2 바이어스 전류를 생성하는 제2 전류 생성부; 및 상기 제1 전류 생성부 및 제2 전류 생성부로부터 수신한 바이어스 전류를 합성하여 출력하는 전류 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
온도 독립, 전류원, 전류 미러

Description

온도독립 전류원 회로{Current source circuit independent of temperature}
도1은 종래의 전류원 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도2는 종래 전류원 회로에 대한 회로도이다.
도3은 본 발명에 따른 온도 독립 전류원 회로의 블록도를 나타낸다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 독립 전류원 회로의 회로도를 나타낸다.
도5a 및 도5b는 제1 전류 생성부에 의한 제2 바이어스 전류의 보상 동작을 설명하는 도면이다.
도6a 및 도6b는 본 발명에 따른 효과를 나타낸다.
※ 도면의 주요 부분의 부호 설명 ※
31 : 독립전원부 32 : 전압 전류 변환부
33 : 제1 전류 생성부 34 : 제2 전류 생성부
35 : 전류 합성부
본 발명은 온도변화에 독립적인 전류원 회로에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 온도특성을 보상하는 회로를 추가함으로써 온도변화에도 일정한 전류를 공급할 수 있는 전류원 회로에 관한 것이다.
연산 증폭기의 다양한 응용분야에서 낮은 전력 소모와 온도특성에도 일정한 전류 공급은 항상 연산 증폭기의 중요한 평가 항목이다. 특히 온도변화가 큰 환셩에서 구동되는 IC의 경우 온도변화에 독립적인 고성능의 바이어스 회로가 필요하다. 일반적으로 온도변화에 독립적인 전압 바이어스 회로는 소위 BGR(Gandgap Reference) 형태의 전압회로를 사용하고, 전류 바이어스 회로는 전압 바이어스 회로의 고정전압을 전류형태로 변환하여 사용하였다.
그러나, 이러한 소위 BGR 등의 독립 전류원으로부터의 전압을 전류로 변환하는 전류-전압변환회로는 저항값 변화에 의해 온도특성이 열화되는 단점이 있었다.
도1은 종래의 전류원 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
독립전원부(11)는 주위 온도 변화에 독립적인 전압 신호를 제공한다. 전압 전류 변환부(12)는 독립전원부(12)로부터 수신한 전압 신호를 전류 신호 변환하고, 전류 신호는 전류 미러(13)를 통해 Ibias로 출력된다.
도2는 도1의 종래의 전류원 회로의 회로도이다.
독립전원부(11)에서 일정 전압(VB)이 공급된다. 전압 전류 변환부(12)는 연산 증폭기(Amp)와 트랜지스터(Q1)로 구성된다. 연산 증폭기(Amp)의 비반전 입력단 에 인가된 전압이 Q1의 게이트 입력에 인가되어 Q1이 도통되고, Q2도 도통되어 전류(Iref)가 흐른다. Q2 및 Q3은 전류 미러(13)를 구성한다. Q2에 흐르는 전류는 Q3에 Ibias로 나타난다.
이 때, Q2에 발생하는 전류(Iref) 다음과 같다.
Iref = VB / RE
주위의 온도가 상승하면 저항값(RE)이 하강하여 Iref가 감소한다. 결과적으로, 주위 온도가 상승하게 되면 Ibias가 감소하게 되어, 주위 온도에 따라 공급되는 전류가 변화하게 되므로, 전류원의 온도특성이 열화된다.
주위 온도 변화에 따라 온도 특성이 일정한 전류를 공급하는 전류원 회로가 요구된다.
본 발명은 주위 온도 변화에도 일정한 전류를 공급할 수 있는 전류원 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 온도 독립 전류원 회로는, 전압 신호를 입력하는 독립 전원부; 상기 독립 전원부로부터 입력된 전압 신호를 전류 신호로 변환하는 전압 전류 변환부; 상기 전압 전류 변환부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 상승하는 제1 바이어스 전류를 생성하는 제1 전류 생성부; 상기 전압 전류 변화부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 감소하는 제2 바이어스 전류를 생성하는 제2 전류 생성부; 및 상기 제1 전류 생성부 및 제2 전류 생성부로부터 수신한 바이어스 전류를 합성하여 출력하는 전류 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 온도 독립 전류원 회로의 블록도를 나타낸다. 독립전원부(31)에 의해 전압 신호가 제공되고, 전압 전류 변환부(32)는 제공된 전압 신호를 전류 신호로 변환한다. 제1 전류 생성부(33)는 온도 변화에 따라 상승하는 제1 바이어스 전류를 생성하고, 제2 전류 생성부(34)는 온도 변화에 따라 감소하는 제2 바이어스 전류를 생성한다. 전류 합성부(35)는 제1 바이어스 전류와 제2 바이어스 전류를 합하여 Ibias 전류로 출력한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 독립 전류원 회로의 회로도를 나타낸다.
독립 전원부(31)는 온도에 무관한 임의의 전압 신호 공급원으로 구성될 수 있다. 전압 전류 변환부는 트랜지스터(Q1,Q2,Q3) 및 저항(RE1)으로 구성된다. 독립 전원부(31)로부터 공급된 전압 신호가 Q1을 도통시키고, Q2에 전류가 흐르고, Q2와 Q3으로 구성된 전류 미러에 의해 Q3에는 Iref가 흐른다. 결과적으로, 독립 전원부(31)에 의해 입력된 전압 신호는 전압 전류 변환부(32)에 의해 전류 신호 Iref로 변환된다.
Iref는 RE1에 걸리는 전압에 의해 발생하는데, 온도가 상승하면 RE1 값이 작 아지므로, Iref도 작아진다.
Iref는 Q1과 Q2의 전류 미러로 구성되는 제2 전류 생성부(43)에 의해 제2 바이어스 전류(Ibias2)로 나타난다. 결과적으로 온도 상승에 따라 Ibias2는 감소한다.
제1 전류 생성부(33)는 Q5,Q6 및 RE3으로 구성된다. Q5의 게이트 입력단의 전압을 Vx라 하고, Q4,Q5,Q6의 베이스-이미터간 전압을 각각 Vbe4, Vbe5, Vbe6이라 하면,
Vx = Vbe4 + Vbe5이고,
제1 바이어스 전류(Ibias1)는,
Ibias1 = (Vbe4+Vbe5-Vbe6) / RE3
이 된다.
여기서, Vbe4≒Vbe5≒Vbe6 이므로,
Ibias1 = Vbe6 / RE3
이 된다.
회로 동작에 따라, 온도가 상승하면, 저항값 RE3은 하강하므로, 결과적으로 Ibias1은 증가한다.
Q5는 제1 바이어스 전류를 생성하는 역할을 하는 이외에 제2 전류 생성부 (34)에 의해 발생되는 제2 바이어스 전류를 보상하는 역할도 한다. 도5a 및 도5b는 Q5의 역할을 설명하는 도면이다.
도5a 및 도5b는 각각 Q4와 Q7로 구성되는 전류 미러에서 Q5가 없는 경우와 있는 경우를 나타낸다.
도5a와 같이 Q5가 없는 경우에, 이상적으로는 Q4에 흐르는 전류 Iref와 동일한 크기의 IE가 Q7에 흘러야 하지만 실제적으로는,
Iref = IE + 2IB
가 된다.
즉, Q4에는 Q7보다 2IB 만큼의 전류가 더 흐르게 된다. 여기서 IB는 Q4와 Q7의 베이스 단자 전류이다.
도5b와 같이 Q5가 존재하는 경우에는, Q5의 증폭계수를 β라 하면,
Iref = IE + 2IB/β
가 되는데, 2IB << β이므로,
Iref ≒ IE
이 된다.
전류 합성부(35)는 Q3 및 Q4로 구성되는 전류 미러이다. 제1 바이어스 전류 및 제2 바이어스 전류는 전류 합성부(35)에 의해 Ibias로 출력된다.
결과적으로, 위와 같은 구성에 의해, 온도가 상승함에 따라 제1 바이어스 전류는 증가하고 제2 바이어스 전류는 감소하므로, Ibias 전류는 온도 상승에 따라 일정하게 된다.
도6a는 본 발명에 따른 온도 독립 전류원 회로에 있어서, 온도 변화에 따른 제1 바이어스 전류(61) 및 제2 바이어스 전류(62)의 크기 변화를 나타내고, 도6b는 바이어스 전류(63)의 크기 변화를 나타낸다. 온도가 증가하여도 바이어스 전류 (Ibias)가 소정 값 이하로 제한되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 동작에 따라 주위 온도 변화가 증가하여도 일정한 전류를 공급할 수 있는 전류원 회로를 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 전압 신호를 입력하는 독립 전원부;
    상기 독립 전원부로부터 입력된 전압 신호를 전류 신호로 변환하는 전압 전류 변환부;
    상기 전압 전류 변환부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 상승하는 제1 바이어스 전류를 생성하는 제1 전류 생성부;
    상기 전압 전류 변화부로부터 전류 신호를 수신하여 온도에 따라 감소하는 제2 바이어스 전류를 생성하는 제2 전류 생성부; 및
    상기 제1 전류 생성부 및 제2 전류 생성부로부터 수신한 바이어스 전류를 합성하여 출력하는 전류 합성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도독립 전류원 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 생성부는 상기 제2 전류 생성부의 제2 바이어스 전류를 보상하는 것을 특징으로 하는 온도독립 전류원 회로.
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