KR100724145B1 - Cmos reference circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밴드-갭 레퍼런스(bandgap reference) 회로에서 전원전압의 의존성을 개선시킬 수 있는 CMOS 레퍼런스 회로에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 의한 CMOS 레퍼런스 회로는 절대온도에 비례하는 전류원을 이용하여 기준전압을 발생하는 기준전압 발생부와, 상기 절대온도에 비례하는 전류원에 부궤환을 걸어주는 앰프부와, 상기 기준전압 발생부와 상기 앰프부 사이에 접속되며 전원전압을 정전류로 출력하여 상기 앰프부의 바이어스를 걸어주는 정전류 발생부를 구비한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a CMOS reference circuit that can improve the dependence of the power supply voltage in a bandgap reference circuit. According to the present invention, a CMOS reference circuit includes a reference voltage generator for generating a reference voltage using a current source proportional to an absolute temperature, an amplifier unit for negative feedback to a current source proportional to the absolute temperature, and the reference voltage And a constant current generator connected between the generator and the amplifier to apply a bias to the amplifier by outputting a power supply voltage at a constant current.
Description
도 1은 종래의 CMOS 밴드-갭 레퍼런스 회로를 나타낸 회로도1 is a circuit diagram illustrating a conventional CMOS band-gap reference circuit.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 레퍼런스 회로를 나타낸 회로도2 is a circuit diagram illustrating a CMOS reference circuit according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기준전압 발생부 200 : 정전류 발생부100: reference voltage generator 200: constant current generator
300 : 앰프부300: amplifier
본 발명은 CMOS 레퍼런스 회로에 관한 것으로, 특히 밴드-갭 레퍼런스(bandgap reference) 회로에서 전원전압의 의존성을 개선시킬 수 있는 CMOS 레퍼런스 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS reference circuit, and more particularly to a CMOS reference circuit that can improve the dependence of the power supply voltage in the bandgap reference circuit.
일반적으로, 밴드-갭 레퍼런스 회로는 ADC(Analog to Digital Conversion), DAC(Digital Analog Conversion)의 기준전압을 제공하는 회로로 보통 ADC, DAC의 내부에 온-칩화하는 경향이다. 여기서, 레퍼런스 회로로써 필요한 조건은 온도, 공정변화에 민감하게 변하면 안되므로 정밀한 레퍼런스의 경우 대부분 밴드-갭 레퍼런스 회로가 사용된다. In general, a band-gap reference circuit is a circuit that provides a reference voltage of Analog to Digital Conversion (ADC) and Digital Analog Conversion (DAC), and usually tends to be on-chip inside the ADC and DAC. In this case, the band-gap reference circuit is used in the case of a precision reference because the conditions required for the reference circuit should not be sensitive to temperature and process changes.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 CMOS 레퍼런스 회로에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional CMOS reference circuit will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 CMOS 밴드-갭 레퍼런스 회로를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional CMOS band-gap reference circuit.
도 1에 도시한 바와 같이 제 1, 제 2, 제 3 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)와, 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2) 그리고 제 1, 제 2 저항(R1)(R2) 및 제 1, 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the first, second, and third PMOS transistors P1, P2, and P3, the first and second NMOS transistors N1, N2, and the first and second resistors R1 are illustrated in FIG. 1. ) R2 and first and second PNP type bipolar transistors PNP1 and PNP2.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제 1, 제 2, 제 3 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)의 일단이 상호 공통되어 전원전압(VDD)을 제공받고, 상기 제 1, 제 2 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)의 타단과 상기 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)의 일단이 직렬로 접속된다. 이때, 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트와 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트는 공통 접속되고, 상기 공통 접속된 제 1, 제 2 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)의 게이트가 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 일단에 접속되며, 상기 공통 접속된 제 1, 제 2 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)의 게이트는 상기 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)의 게이트에 접속된다.In more detail, one end of the first, second, and third PMOS transistors P1, P2, and P3 is mutually common to receive a power supply voltage VDD, and the first and second PMOS transistors ( The other end of P1) and P2 and one end of the first and second NMOS transistors N1 and N2 are connected in series. In this case, the gate of the first PMOS transistor P1 and the gate of the second PMOS transistor P2 are commonly connected, and the gates of the first and second PMOS transistors P1 and P2 that are commonly connected are the first. It is connected to one end of the NMOS transistor N1, and the gates of the commonly connected first and second PMOS transistors P1 and P2 are connected to the gates of the third PMOS transistor P3.
그리고 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 타단과 제 1 저항(R1)의 일단이 접속되며, 상기 제 1 저항(R1)의 타단과 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)의 타단은 제 1, 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)의 에미터에 직렬 접속된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)의 게이트는 공통 접속되어 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)의 일단에 접속된다.The other end of the first NMOS transistor N1 and one end of the first resistor R1 are connected, and the other end of the first resistor R1 and the other end of the second NMOS transistor N2 are first and second. It is connected in series to the emitter of the PNP type bipolar transistor PNP1 (PNP2). In this case, the gates of the first and second NMOS transistors N1 and N2 are commonly connected to one end of the second NMOS transistor N2.
상기 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)의 타단은 제 2 저항(R2)의 일단과 접속되고, 상기 제 2 저항(R2)의 타단은 제 3 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP3)의 에미터의 접속된다. 그리고 상기 제 1, 제 2, 제 3 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)(PNP3)의 베이스와 콜렉터는 접지전압(VGG)에 연결된다.The other end of the third PMOS transistor P3 is connected to one end of the second resistor R2, and the other end of the second resistor R2 is connected to the emitter of the third PNP type bipolar transistor PNP3. The base and the collector of the first, second, and third PNP type bipolar transistors PNP1, PNP2, and PNP3 are connected to the ground voltage VGG.
한편, 상기 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)의 타단과 제 2 저항(R2)의 일단에서 기준전압(Vref)을 출력한다.The reference voltage Vref is output from the other end of the third PMOS transistor P3 and one end of the second resistor R2.
여기서, 상기와 같이 구성된 회로의 온도에 따라 비례하는 전류원으로써 이 전류의 값은 다음과 같이 주어진다.Here, as a current source proportional to the temperature of the circuit configured as described above, the value of this current is given as follows.
(여기서 n은 제 1 PNP형 트랜지스터(PNP1)가 제 2 PNP형 트랜지스터(PNP2)의 n개임을 나타냄)(Where n indicates that the first PNP type transistor PNP1 is n of the second PNP type transistor PNP2)
이때, 상기 VBE2는 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP2)의 베이스-에미터단의 전압이고, 상기 VBE1은 제 1 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)의 베이스-에미터단의 전압이다.In this case, V BE2 is the voltage at the base-emitter stage of the second PNP type bipolar transistor PNP2, and V BE1 is the voltage at the base-emitter stage of the first PNP type bipolar transistor PNP1.
상기와 같이 전류 IPTAT가 절대온도 T에 비례하게 된다.As above, the current I PTAT becomes proportional to the absolute temperature T.
그러나 상기와 같이 구성된 종래의 밴드-갭 레퍼런스 회로에 있어서는 공정변화에 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터의 전류가 다르게 됨으로 전원전압에 무관하게 이상적으로 전류원을 만들 수 없는 문제점이 있다.However, in the conventional band-gap reference circuit configured as described above, there is a problem in that the current source of the first and second NMOS transistors is changed differently depending on the process change, irrespective of the power supply voltage.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 전원전압에 증가되는 절대온도에 비례(PTAT:proportional to absolute temperature)하는 전류원에 앰프를 이용하여 부궤환을 걸므로 전원전압의 의존성을 감소시키고 바이폴라 트랜지스터의 수를 감소시킬 수 있는 CMOS 레퍼런스 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and the negative feedback is applied to the current source that is proportional to the absolute temperature (PTAT) increased with the power supply voltage, thereby reducing the dependence of the power supply voltage. The objective is to provide a CMOS reference circuit that can reduce the number of bipolar transistors.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CMOS 레퍼런스 회로는 절대온도에 비례하는 전류원을 이용하여 기준전압을 발생하는 기준전압 발생부와, 상기 절대온도에 비례하는 전류원에 부궤환을 걸어주는 앰프부와, 상기 기준전압 발생부와 상기 앰프부 사이에 접속되며 전원전압을 정전류로 출력하여 상기 앰프부의 바이어스를 걸어주는 정전류 발생부를 구비한 것을 특징으로 한다.The CMOS reference circuit of the present invention for achieving the above object comprises a reference voltage generator for generating a reference voltage using a current source proportional to the absolute temperature, an amplifier unit for negative feedback to the current source proportional to the absolute temperature; And a constant current generator connected between the reference voltage generator and the amplifier to output a power supply voltage at a constant current to apply a bias to the amplifier.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 CMOS 레퍼런스 회로에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a CMOS reference circuit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 밴드-갭 레퍼런스를 나타낸 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a band-gap reference according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)(P4)(P5)(P6)와, 제 1, 제 2 저항(R1)(R2) 그리고 제 1, 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)를 구비한 기준전압 발생부(100)와, 제 7, 제 8, 제 9 PMOS 트랜지스터(P7)(P8)(P9)와, 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)를 구비한 정전류 발생부(200)와, 제 10, 제 11, 제 12, 제 13 PMOS 트랜지스터(P10)(P11)(P12)(P13)와, 제 3, 제 4, 제 5 NMOS 트랜지스터(N3)(N4)(N5)를 구비한 앰프부(300)로 구성된다.
As shown in Fig. 2, the first, second, third, fourth, fifth, and sixth PMOS transistors P1, P2, P3, P4, P5, P6, and the first and second A
이를 상세히 설명하면, 상기 기준전압 발생부(100)는 상기 제 1, 제 2, 제 3 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)의 일단이 상호 공통되어 전원전압(VDD)을 제공받고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)의 타단과 상기 제 4, 제 5, 제 6 PMOS 트랜지스터(P4)(P5)(P6)의 일단이 각각 직렬로 접속된다. 이때, 상기 제 1, 제 2, 제 3 PMOS 트랜지스터(P1)(P2)(P3)의 게이트는 서로 공통 접속되고, 상기 제 4, 제 5, 제 6 PMOS 트랜지스터(P4)(P5)(P6)의 게이트도 서로 공통 접속된다.In detail, the
그리고 상기 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)의 타단과 제 1 저항(R1)의 일단이 제 1 노드(Nd1)에 의해 접속되고, 상기 제 1 저항(R1)의 타단과 상기 제 5 PMOS 트랜지스터(P5)의 타단이 각각 제 1, 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)의 에미터에 직렬 접속된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)(PNP2)의 베이스와 콜렉터는 접지전압(VGG)에 연결된다.The other end of the fourth PMOS transistor P4 and one end of the first resistor R1 are connected by a first node Nd1, and the other end of the first resistor R1 and the fifth PMOS transistor P5. The other end of is connected in series to the emitters of the first and second PNP type bipolar transistors PNP1 and PNP2, respectively. At this time, the base and the collector of the first and second PNP type bipolar transistors PNP1 and PNP2 are connected to the ground voltage VGG.
또한, 상기 제 5 PMOS 트랜지스터(P5)의 타단이 제 2 저항(R2)의 일단과 제 2 노드(Nd2)에 의해 접속되고, 상기 제 6 PMOS 트랜지스터(P6)의 타단과 제 2 저항(R2)의 타단이 접속되어 기준전압(Vref)을 출력한다. The other end of the fifth PMOS transistor P5 is connected to one end of the second resistor R2 by the second node Nd2, and the other end of the sixth PMOS transistor P6 and the second resistor R2. The other end of is connected to output a reference voltage (Vref).
상기 정전류 발생부(200)는 상기 제 7, 제 9 PMOS 트랜지스터(P7)(P9)의 일단이 공통으로 상기 전원전압(VDD)을 제공받고, 상기 제 7 PMOS 트랜지스터(P7)의 타단과 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)의 일단이 직렬 접속되며, 상기 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)의 타단과 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 일단이 직렬 접속된다. 이때, 상기 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트는 상기 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)의 타단과 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 일단에 접속된다.
The constant
그리고 상기 제 9 PMOS 트랜지스터(P9)의 타단과 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)의 일단이 직렬 접속되고, 상기 제 9 PMOS 트랜지스터(P9)의 게이트는 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)에 접속된다.The other end of the ninth PMOS transistor P9 and one end of the second NMOS transistor N2 are connected in series, and a gate of the ninth PMOS transistor P9 is connected to the second NMOS transistor N2.
또한, 상기 제 7 PMOS 트랜지스터(P7)의 게이트는 상기 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)의 게이트와 공통 접속되고, 상기 제 8, 제 9 PMOS 트랜지스터(P8)(P9)의 게이트는 상기 제 6 PMOS 트랜지스터(P6)의 게이트와 공통 접속되며, 상기 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)의 게이트는 서로 공통 접속된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)의 타단은 접지전원에 접속된다.The gate of the seventh PMOS transistor P7 is commonly connected to the gate of the third PMOS transistor P3, and the gates of the eighth and ninth PMOS transistors P8 and P9 are the sixth PMOS transistor. Commonly connected to the gate of P6, the gates of the first and second NMOS transistors N1 and N2 are commonly connected to each other. In this case, the other ends of the first and second NMOS transistors N1 and N2 are connected to a ground power source.
상기 앰프부(300)는 제 10, 제 11 PMOS 트랜지스터(P10)(P11)의 일단이 공통으로 상기 전원전압(VDD)을 제공받고, 상기 제 10 PMOS 트랜지스터(P10)의 타단과 제 12 PMOS 트랜지스터(P12)의 일단이 직렬 접속되며, 상기 제 12 PMOS 트랜지스터(P12)의 타단과 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)의 일단이 제 3 노드(Nd3)에 의해 직렬 접속된다.The
그리고 상기 제 11 PMOS 트랜지스터(P11)의 타단과 제 13 PMOS 트랜지스터(P13)의 일단이 직렬 접속되고, 상기 제 13 PMOS 트랜지스터(P13)의 타단과 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)의 일단이 제 4 노드(Nd4)에 의해 직렬 접속된다.The other end of the eleventh PMOS transistor P11 and one end of the thirteenth PMOS transistor P13 are connected in series, and the other end of the thirteenth PMOS transistor P13 and one end of the fourth NMOS transistor N4 are fourth nodes. It is connected in series by (Nd4).
상기 제 3, 제 4 NMOS 트랜지스터(N3)(N4)의 타단이 공통으로 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)의 일단에 접속되고, 상기 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)의 타단이 접지전압(VGG)에 접속된다.The other end of the third and fourth NMOS transistors N3 and N4 is commonly connected to one end of the fifth NMOS transistor N5, and the other end of the fifth NMOS transistor N5 is connected to the ground voltage VGG. do.
여기서, 상기 제 10, 제 11 PMOS 트랜지스터(P10)(P11)의 게이트가 공통 접 속되어 제 4 노드(Nd4)에 접속되고, 상기 제 12, 제 13 PMOS 트랜지스터(P12)(P13)의 게이트가 공통 접속되어 상기 제 9 PMOS 트랜지스터(P9)의 게이트에 접속된다. 그리고 상기 제 7 PMOS 트랜지스터(P7)의 게이트가 상기 제 3 노드(Nd3)에 접속되고, 상기 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)의 게이트가 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)의 게이트에 공통 접속된다.Here, the gates of the tenth and eleventh PMOS transistors P10 and P11 are commonly connected to each other and connected to a fourth node Nd4, and the gates of the twelfth and thirteenth PMOS transistors P12 and P13 are connected to each other. It is connected in common to the gate of the ninth PMOS transistor P9. The gate of the seventh PMOS transistor P7 is connected to the third node Nd3, and the gate of the fifth NMOS transistor N5 is commonly connected to the gate of the second NMOS transistor N2.
한편, 상기 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)의 게이트에 플러스(plus)전압을 입력하고, 상기 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)의 게이트에 마이너스(minus)전압을 입력한 후, 상기 제 1 노드(Nd1)에 상기 마이너스 전압이 연결되고, 상기 제 2 노드(Nd2)에 플러스 전압이 연결된다.On the other hand, after a plus voltage is input to the gate of the third NMOS transistor N3 and a minus voltage is input to the gate of the fourth NMOS transistor N4, the first node Nd1 is input. The negative voltage is connected to the plus voltage, and the positive voltage is connected to the second node Nd2.
상기 앰프부(300)는 상기 정전류 발생부(200)의 전류를 상기 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)로 받는다. 그리고 상기 앰프부(300)의 플러스 입력이 PTAT 전류원의 제 2 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP2)의 에미터단에 연결되어 제 2 노드(Nd2)의 전압(V2)을 출력하고, 상기 앰프부(300)의 마이너스 입력이 PTAT 전류원의 제 1 PNP형 바이폴라 트랜지스터(PNP1)의 에미터 및 제 1 저항(R1)을 거쳐 제 1 노드(Nd1)의 전압(V1)을 출력한다.The
따라서, 상기 앰프부(300)는 상기 기준전압 발생부(100)의 제 1 노드(Nd1)의 출력전압(V1)과 제 2 노드(Nd2)의 출력전압(V2)을 같게 하는 역할을 한다. 즉, 상기 앰프부(300)는 상기 기준전압 발생부(100)에 부궤환을 걸어준다.Accordingly, the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 CMOS 레퍼런스 회로에 의하면, 절대온 도에 비례하는 전류원(PTAT)에 앰프부를 이용하여 부궤환을 걸면 전원전압()의 의존성을 감소시킬 수 있으므로 전원전압()에 무관한 이상적인 전류원을 만들 수 있다.As described above, according to the CMOS reference circuit of the present invention, if the negative feedback is applied to the current source PTAT which is proportional to the absolute temperature using the amplifier unit, the dependency of the power supply voltage can be reduced, so it is irrelevant to the power supply voltage. One ideal current source can be made.
그리고 바이폴라 트랜지스터의 수를 감소시킬 수 있다.And the number of bipolar transistors can be reduced.
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