KR20070063582A - Reference circuit - Google Patents

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KR20070063582A
KR20070063582A KR1020077010451A KR20077010451A KR20070063582A KR 20070063582 A KR20070063582 A KR 20070063582A KR 1020077010451 A KR1020077010451 A KR 1020077010451A KR 20077010451 A KR20077010451 A KR 20077010451A KR 20070063582 A KR20070063582 A KR 20070063582A
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reference circuit
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알렉산드르 마카로브
이반 코치카인
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프리스케일 세미컨덕터, 인크.
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Abstract

A reference circuit (200, 300) comprises a first current generator comprising a first transistor (Q1, 220) operably coupled to a second transistor (Q2, 222) and having respective base current (IbQ1, IbQ2) corresponding to a positive temperature dependence of the reference circuit. A resistance (r3 228) is operably coupled to the first current generator and arranged to provide a second current (Ir3) corresponding to a negative temperature dependence of the reference circuit. A second current generator (m4 224) is operably coupled to the resistance and the first current generator that generates a combined current (I2) as a sum of the second current (Ir3) and base current (IbQ1, IbQ2). In this manner, the output voltage of the curvature compensated voltage and/or current reference circuit is substantially linear and substantially independent of the operating temperature of the circuit.

Description

기준 회로{Reference circuit}Reference circuit

본 발명은 전압 및 전류 기준 회로들에 관한 것이다. 본 발명은 제한되는 것은 아니지만 기준 회로와 온도-무관 곡률-보상 서브-밴드갭(bandgap) 전압 및 전류 기준들을 제공하기 위한 장치에 응용가능하다.The present invention relates to voltage and current reference circuits. The present invention is applicable to, but not limited to, a reference circuit and an apparatus for providing temperature-independent curvature-compensated sub-bandgap voltage and current references.

신뢰성 있는 전압 값을 제공하기 위해 다양한 전자 회로들에 전압 기준 회로들이 요구된다. 특히, 상기 회로들은 신뢰성 있는 전압 값이 전자 회로내의 임의의 온도 변화들 또는 전자 회로내의 성분들상 온도 변화 효과들에 실질적으로 무관하게 형성되는 것을 보장하도록 설계된다. 특히, 전압 기준의 온도 안정성은 핵심 요소이다. 이것은 특히 몇몇 전자 회로들, 예를 들어 미래 통신 제품들 및 시스템 온 칩 기술들 같은 기술들에서 특히 중요하고, 여기서 모든 데이터 획득 기능의 정확성이 요구된다.Voltage reference circuits are required in various electronic circuits to provide reliable voltage values. In particular, the circuits are designed to ensure that a reliable voltage value is formed substantially independent of any temperature changes in the electronic circuit or temperature change effects on components in the electronic circuit. In particular, the temperature stability of the voltage reference is a key factor. This is particularly important in some electronic circuits, for example technologies such as future communication products and system on chip technologies, where the accuracy of all data acquisition functions is required.

본 발명의 분야에서, 밴드갭 전압 기준은 반도체 밴드갭 전압에 매우 근접한 출력 전압을 형성하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 서브 밴드갭 전압은 실리콘에 대해 1.2V 미만인 것으로 이해된다.In the field of the present invention, the bandgap voltage reference is known to form an output voltage very close to the semiconductor bandgap voltage. Thus, it is understood that the sub bandgap voltage is less than 1.2V for silicon.

일반적으로, 밴드갭 전압 기준 출력을 생성하기 위해 사용되는 두 개의 알려진 기본 성분들이 있다. 상기 전자 회로들의 제 1 성분은 일반적으로 직접 바이어 스 다이오드, 예를 들어 음의 온도 계수를 갖는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 장치의 베이스 이미터 전압이다. 상기 전자 회로들의 제 2 성분은 절대 온도 전압에 비례하는 출력을 제공하는 것으로 구성된 직접 바이어스 다이오드들의 전압 차이다. 따라서, 적당한 비율로 이들 성분들의 출력들을 조정함으로써, 출력들의 합은 온도와 거의 무관한 전압 기준을 제공할 수 있다. 특히, 현재 전자 회로들에서, 상기 조건들하에서 밴드갭 전압 기준의 출력 전압은 대략 1.2V이다.In general, there are two known basic components that are used to generate a bandgap voltage reference output. The first component of the electronic circuits is generally the base emitter voltage of a direct bias diode, for example a bipolar junction transistor (BJT) device with a negative temperature coefficient. The second component of the electronic circuits is the voltage difference of the direct bias diodes configured to provide an output proportional to the absolute temperature voltage. Thus, by adjusting the outputs of these components at an appropriate ratio, the sum of the outputs can provide a voltage reference that is almost independent of temperature. In particular, in current electronic circuits, the output voltage of the bandgap voltage reference under the above conditions is approximately 1.2V.

바람직하지 않게, 바이폴라 트랜지스터의 베이스 이미터 전압은 트랜지스터 온도에 따라 선형으로 변화하지 않는다. 따라서, 상기 방식으로 두 개의 성분들만을 합하는 간단한 밴드 갭 회로가 출력 포물선 응답 및 이차 온도-종속성을 갖는다는 것이 알려졌다. 그러므로, 전압 기준의 온도 안정성을 증가시키기 위해, 이차 보상 회로가 일반적으로 제공된다.Undesirably, the base emitter voltage of a bipolar transistor does not change linearly with transistor temperature. Thus, it has been found that a simple band gap circuit that combines only two components in this manner has an output parabolic response and secondary temperature-dependency. Therefore, in order to increase the temperature stability of the voltage reference, a secondary compensation circuit is generally provided.

전압 기준의 온도-종속성은 방정식 [1]에 도시된 바와 같이, 순방향 바이어스 바이폴라 트랜지스터의 베이스 이미터 전압의 온도-종속성에서 보여질 수 있다.The temperature-dependency of the voltage reference can be seen in the temperature-dependence of the base emitter voltage of the forward bias bipolar transistor, as shown in equation [1].

Figure 112007034137649-PCT00001
Figure 112007034137649-PCT00001

여기서, Vgo는 '0' 캘빈 온도에 외삽된 실리콘의 밴드갭 전압이고,Where Vgo is the bandgap voltage of the silicon extrapolated to the '0' Kelvin temperature,

VbeR은 온도(Tr)에서 베이스 이미터 전압이고,VbeR is the base emitter voltage at temperature (Tr),

T는 동작 온도이고,T is the operating temperature,

TR은 기준 온도이고,T R is the reference temperature,

n은 처리 종속적이지만, 온도에 무관한 파라미터이고, x는 전류가 온도에 무관할 때, 만약 바이어스 전류가 PTAT이고 '0'으로 진행하지 않으면 1과 동일하고, 즉 만약 다이오드를 통해 흐르는 전류가 온도에 무관하면, Vbe는 자신의 온도 파라미터들에 따라 변화한다. 다이오드를 통해 흐르는 전류가 온도-종속적인 경우, Vbe는 자신 및 전류 온도 파라미터들에 따라 변화한다. 따라서, 만약 바이어스 전류가 온도에 선형적으로 비례하면 x=1이고, 만약 온도-종속적이면 x=0이다.n is process dependent, but is a temperature independent parameter, and x is equal to 1 if the current is independent of temperature, if the bias current is PTAT and does not proceed to '0', i.e. the current flowing through the diode is Regardless, Vbe changes according to its temperature parameters. If the current flowing through the diode is temperature-dependent, Vbe changes according to itself and current temperature parameters. Thus, x = 1 if the bias current is linearly proportional to temperature and x = 0 if temperature-dependent.

k는 볼쯔만 상수이고,k is the Boltzmann constant,

q는 전자의 전기 전하이다.q is the electrical charge of the electron.

[1]의 제 1 항은 일정하고, 제 2 항은 온도의 선형 함수이고, 최종 항은 비선형 함수인 것이 도시된다. 일차 밴드갭 기준 회로들에서, [1]로부터 선형(제 2 ) 항은 일반적으로 보상된다. [1]에서 비선형 항은 보상되지 않고, 이에 따라 출력 포물선을 형성한다.It is shown that the first term of [1] is constant, the second term is a linear function of temperature, and the last term is a nonlinear function. In the primary bandgap reference circuits, the linear (second) term from [1] is generally compensated for. In [1] the nonlinear terms are not compensated, thus forming the output parabola.

도 1은 통상적인 일차 밴드갭 기준 회로의 개략도(100)를 도시하고, 여기서 출력 전압(Vref)(125)은 정확한 일차 온도 보상을 갖는 것으로 가정된다. 회로는 Q1(120), Q2(122), m4(124), r1(126) 및 전류 미러들(110, 112)에 기초하여 양 및 음의 온도-종속 전류 생성기들을 포함한다. 회로는 다이오드로서 저항기(r2 및 Q3)에 기초하는 출력 스테이지(130)를 더 포함한다. Q1(120)은 음의 온도-종속 전류를 형성한다. Q1(120) 및 Q2(122) 사이의 Vbe 차는 저항기(r1)(126)에 제공된다. 결과적으로 Q2 이미터 전류는 r1(126)에 의해 분할되는 델타(Vbe)에 비례하고, 양의 온도-종속성을 갖는다.1 shows a schematic diagram 100 of a typical primary bandgap reference circuit, where the output voltage (Vref) 125 is assumed to have accurate primary temperature compensation. The circuit includes positive and negative temperature-dependent current generators based on Q1 120, Q2 122, m4 124, r1 126 and current mirrors 110, 112. The circuit further includes an output stage 130 based on resistors r2 and Q3 as diodes. Q1 120 forms a negative temperature-dependent current. The Vbe difference between Q1 120 and Q2 122 is provided to resistor r1 126. As a result, the Q2 emitter current is proportional to the delta Vbe divided by r1 126 and has a positive temperature-dependency.

전류 미러(m1 110, m2 112) 및 저항기들(Q1 120, Q2 122, 및 m4 124)은 Q1(12)의 컬렉터 전류 및 m1(110)의 드레인 전류를 보상하기 위해 음의 피드백을 형성한다. 전류 미러(m2 112 및 m3 114)는 Q2(122)의 컬렉터 전류에 비례하는 m3 드레인 전류를 형성한다. 트랜지스터(m4 124) 및 전류 미러(m5 116) 및 m6 118)는 Q1(120) 및 Q2(122)의 베이스 전류들에 비례하는 m6 드레인 전류를 형성한다. m3(114) 및 m6(118)의 양쪽 드레인 전류들은 출력 스테이지를 통해 흘러서, 음의 온도-종속성을 갖는 다이오드(Q3) 및 양의 온도-종속성을 갖는 저항기(r2)에서 전압 강하를 형성한다. 온도 계수들이 서로 동일한 경우, 출력 전압(125)은 온도 보상될 것이다.Current mirrors m1 110, m2 112 and resistors Q1 120, Q2 122, and m4 124 form negative feedback to compensate for the collector current of Q1 12 and the drain current of m1 110. Current mirrors m2 112 and m3 114 form an m3 drain current proportional to the collector current of Q2 122. Transistor m4 124 and current mirrors m5 116 and m6 118 form an m6 drain current proportional to the base currents of Q1 120 and Q2 122. Both drain currents of m3 114 and m6 118 flow through the output stage, forming a voltage drop in diode Q3 with negative temperature-dependentness and resistor r2 with positive temperature-dependentness. If the temperature coefficients are the same, the output voltage 125 will be temperature compensated.

정확한 일차 온도 보상은 하기와 같이 표현된다.The correct primary temperature compensation is expressed as follows.

Figure 112007034137649-PCT00002
Figure 112007034137649-PCT00002

여기서, VrefBG는 밴드갭 기준의 출력 전압이다. Where VrefBG is the bandgap reference output voltage.

따라서, 통상적인 밴드갭 기준의 출력 전압(125)은 Vgo 정도이고, [2]로부터의 비선형 항에 의해 발생되는 몇 밀리볼트(mV)의 포물선을 갖는 대략 1.2V이다.Thus, the typical bandgap reference output voltage 125 is on the order of Vgo and approximately 1.2V with a few millivolts (mV) generated by the nonlinear term from [2].

그러나, 고성능 전기 장비, 특히 휴대용 통신 장비에서의 경향은 1.5V 또는 그 미만의 공급 전압이 사용될 필요가 있다는 것이다. 따라서, 오디오 플레이어 또는 카메라 같은 배터리 전원 공급 후대용 장비를 갖는 본 발명의 환경에서, 1.5V는 배터리 전압 소스에 대한 시작 전압, 예를 들어 'A' 크기이다. 만약 배터리가 '방전되면' 전압은 1V 이하로 떨어진다.However, a trend in high performance electrical equipment, especially portable communication equipment, is that a supply voltage of 1.5V or less needs to be used. Thus, in the context of the present invention with battery powered equipment such as an audio player or camera, 1.5V is the starting voltage for the battery voltage source, eg 'A' magnitude. If the battery is 'discharged' the voltage drops below 1V.

미국 특허 제6,157,245호는 다른 온도-종속성들과 함께 3개의 전류들의 생성 을 사용하고 정확한 곡률 보상 방법을 이용하는 회로를 기술한다. 미국특허 6,157,245에 제안된 회로의 큰 단점은 5개의 '임계적으로 매칭되는' kohm 저항기들(22.35, 244.0, 319.08, 937.1, 및 99.9)을 제안하는 것이다. 큰 저항 비율(1:42까지) 및 큰 확산 비율들(1:4.5에서 1:42까지)은 문제이고 저항기들의 과도한 미스매칭은 예상된다.U. S. Patent No. 6,157, 245 describes a circuit that uses the generation of three currents with different temperature-dependencies and uses an accurate curvature compensation method. A major disadvantage of the circuit proposed in US Pat. No. 6,157,245 is the proposition of five 'critical matching' kohm resistors (22.35, 244.0, 319.08, 937.1, and 99.9). Large resistance ratios (1:42) and large diffusion ratios (1: 4.5 to 1:42) are a problem and excessive mismatching of resistors is expected.

게다가, 5개의 저항기들을 정확하고 임계적으로 매칭시키기 위한 시도에 대한 조절 과정은 상기 회로가 실제로 사용되기에 너무 비싸게 된다. 그러므로, 상기 회로는 대량 생산 장치들에 실행할 수 없다.In addition, the adjustment process for attempting to accurately and critically match the five resistors becomes too expensive for the circuit to be used in practice. Therefore, the circuit cannot be implemented in mass production devices.

IEEE Jouranl of Solid-State Circuits에서 출판된 Malcovati 등에 의한 논문 "Curvature-Compensated BiCMOS Bandgap with 1-V Supply Voltage", 2001년 7월 36권 7번 10760-1081 쪽은 연산 증폭기, 5개의 임계적 매칭 저항기들뿐만 아니라 3개의 임계적 매칭 바이폴라 트랜지스터 그룹들을 포함하는 복잡한 회로를 제안한다.Malcovati et al., Published in IEEE Jouranl of Solid-State Circuits. As well as a complex circuit comprising three critical matching bipolar transistor groups.

따라서, 본 발명의 분야에서 특히 전류 서브 밴드갭 전압 기준들과 비교되는 온도 안정성을 갖는 1.2V 부분을 생성할 수 있는 서브 밴드갭 전압 기준이 필요하다.Accordingly, there is a need in the field of the present invention to subbandgap voltage references that can produce 1.2V portions with temperature stability that is particularly comparable to current subbandgap voltage references.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 바람직하게 하나 또는 임의의 결합으로 상기된 하나 또는 그 이상의 단점을 축소, 경감 또는 제거하는 것이다.Accordingly, a preferred embodiment of the present invention is to reduce, alleviate or eliminate one or more of the disadvantages described above, preferably in one or any combination.

본 발명에 따라, 첨부된 청구항들에서 청구된 기준 회로가 제공된다.According to the invention, the reference circuit claimed in the appended claims is provided.

본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 지금 설명된다.Exemplary embodiments of the invention are now described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 통상적인 일차 밴드갭 전압 기준 회로의 알려진 개략도.1 is a known schematic diagram of a typical primary bandgap voltage reference circuit.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발명 개념들을 사용하는 일차 서브 밴드갭 전압 기준 회로의 개략도.2 is a schematic diagram of a primary subbandgap voltage reference circuit using inventive concepts in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 향상된 실시예에 따라 본 발명의 개념들을 이용하는 일차(정확한 곡률 보상된) 서브 밴드갭 전압 기준 회로의 개략도.3 is a schematic diagram of a primary (precise curvature compensated) subbandgap voltage reference circuit utilizing the inventive concepts in accordance with an improved embodiment of the present invention.

도 4는 일차 서브 밴드갭 전압 기준 대 정확한 곡률 보상된 서브 밴드갭 전압 기준의 통상적인 도면.4 is a typical diagram of a primary subbandgap voltage reference versus an accurate curvature compensated subbandgap voltage reference.

도 5는 본 발명에 따른 회로를 사용하는 기준 전압 분배 도면.5 is a reference voltage distribution diagram using a circuit according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 회로를 사용하여 측정된 두 개의 다른 샘플들에 대한 기준 전압 대 온도의 그래프.6 is a graph of reference voltage versus temperature for two different samples measured using a circuit in accordance with the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 회로를 사용하여 측정된 두 개의 다른 샘플들에 대한 조정된 기준 전압 대 온도의 그래프들.7 is a graph of adjusted reference voltage versus temperature for two different samples measured using a circuit according to the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예는 서브 밴드갭 전압 기준 회로의 설계 및 동작 개선을 참조하여 기술된다. 그러나, 여기에 기술된 본 발명의 개념들이 서브 밴드갭 전류 기준 회로들에 똑같이 응용할 수 있다는 것은 본 발명의 의도내에 있다.A preferred embodiment of the present invention is described with reference to the design and operation improvement of the sub bandgap voltage reference circuit. However, it is within the intention of the present invention that the inventive concepts described herein are equally applicable to subbandgap current reference circuits.

특히, 도 1의 종래 기술 회로에서, 출력 전압은 다이오드(Q3) 양단 전압 강하에 의해 제한되고, 이것은 다이오드 크기 및 흐르는 전류(본래 0.6V-0.8V)에 따 르는 값 미만으로 감소될 수 없다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예는 저항기(r2) 및 전류 값들(I1 및 I2)에 비례하는 출력 전압을 제공하는 회로를 제안한다. 이런 방식에서, r2, I1 및 I2에 대해 적당한 값들을 선택함으로써 0.6V 미만의 출력 전압으로 조절하는 것은 가능하다.In particular, in the prior art circuit of FIG. 1, the output voltage is limited by the voltage drop across diode Q3, which cannot be reduced below the value depending on diode size and flowing current (originally 0.6V-0.8V). However, a preferred embodiment of the present invention proposes a circuit which provides an output voltage proportional to the resistor r2 and the current values I1 and I2. In this way, it is possible to adjust to an output voltage of less than 0.6V by selecting appropriate values for r2, I1 and I2.

본 발명의 바람직한 실시예는 서브 밴드갭 기준에 대한 간단한 곡률 보상을 얻기 위해 배열된 바이폴라 및 CMOS 트랜지스터 회로들로 구성된다. 특히, 이들 서브 회로들은 기준의 출력 전압이 실질적으로 선형이고 동작 온도에 무관하게 되는 방식으로 결합된다. 여기에 기술된 본 발명의 개념들은 실질적으로 바이폴라 다이오드의 전형적인 온도 의존성에 기초할 때, 순수 바이폴라 회로 장치에 똑같이 응용할 수 있다는 것이 예상된다. A preferred embodiment of the present invention consists of bipolar and CMOS transistor circuits arranged to obtain simple curvature compensation for subbandgap references. In particular, these subcircuits are combined in such a way that the reference output voltage is substantially linear and independent of operating temperature. It is contemplated that the concepts of the present invention described herein may be equally applicable to pure bipolar circuit arrangements, based substantially on the typical temperature dependence of bipolar diodes.

본 발명의 바람직한 실시예들은 3개의 전류들을 생성하는 각각의 서브 회로들을 제안한다. 제 1 전류는 절대 온도에 비례한다. 제 2 전류는 바이폴라 트랜지스터의 베이스 이미터 전압에 비례한다. 제 3 전류는 베이스 이미터 전압의 비선형 항에 비례하고 온도-종속적이다. 특히, 전류들은 일차 방식뿐만 아니라 이차 방식 모두에서 합이 온도에 무관한 비율로 제공된다. 3개의 전류들의 합은 출력 저항기에 의해 온도-무관 출력 전압을 제공하기 위해 배열된다. Preferred embodiments of the present invention propose respective subcircuits generating three currents. The first current is proportional to the absolute temperature. The second current is proportional to the base emitter voltage of the bipolar transistor. The third current is proportional to and non-temperature dependent of the nonlinear term of the base emitter voltage. In particular, the currents are provided at a temperature independent rate of sum in both the primary as well as the secondary mode. The sum of the three currents is arranged by the output resistor to provide a temperature-independent output voltage.

도 2는 제안된 서브 밴드갭 전압 기준 회로(200)의 간략화된 토폴로지를 도시한다. 도 2에 도시된 회로는 PTAT 전류 생성기 및 Vbe/R 전류 생성기(220, 222), 전류 미러들(210 내지 218) 및 접지에 접속된 저항기(r2 230)를 갖는 출력 스테이지를 포함한다. PTAT 전류 생성기는 NPN 트랜지스터들(Q1 220 및 Q2 222), 저항기(r1 226), NMOS 트랜지스터(m4 224) 및 액티브 전류 미러 회로(CM1 210, 212, 및 214)를 포함한다.2 shows a simplified topology of the proposed subbandgap voltage reference circuit 200. The circuit shown in FIG. 2 includes an output stage having a PTAT current generator and Vbe / R current generators 220, 222, current mirrors 210-218, and a resistor r2 230 connected to ground. The PTAT current generator includes NPN transistors Q1 220 and Q2 222, resistor r1 226, NMOS transistor m4 224 and active current mirror circuits CM1 210, 212, and 214.

저항기(r3 228)는 레지스터(r3 228)의 값에 의해 분할된 Q1(220)의 Vb3에 비례하는 전류를 형성한다. 결과적으로 m4(224)의 드레인 전류(I2)는 Q1(220), Q2(222), 및 레지스터(r3 228)의 베이스의 합이다. 전류들(I1 및 I2)은 이에 따라 양 및 음의 온도-종속성을 갖는다. 저항기(r2 230)를 통해 흐르는 전류들(I1 및 I2) 모두는 밴드갭 범위에서 비례적인 출력 전압(225)을 생성한다.Resistor r3 228 forms a current proportional to Vb3 of Q1 220 divided by the value of resistor r3 228. As a result, drain current I2 of m4 224 is the sum of Q1 220, Q2 222, and the base of resistor r3 228. Currents I1 and I2 thus have positive and negative temperature-dependence. Both currents I1 and I2 flowing through resistor r2 230 produce a proportional output voltage 225 in the bandgap range.

전류 미러 회로(CM1)는 트랜지스터들(Q1 및 Q2)의 컬렉터 전류들이 동일하게 되게 한다(일반적으로, Q1 및 Q2의 컬렉터 전류들은 M:K로서 관련될 수 있다). PTAT 전류에 대한 표현은 베이스 이미터 전압에 의존하는 컬렉터 전류에 따른다.The current mirror circuit CM1 causes the collector currents of the transistors Q1 and Q2 to be the same (generally, the collector currents of Q1 and Q2 can be related as M: K). The expression for PTAT current depends on the collector current, which depends on the base emitter voltage.

특히, 도 2의 회로 토폴로지는 도 1의 알려진 회로에 비해 새롭고 향상된 다수의 특징들을 제공한다.In particular, the circuit topology of FIG. 2 provides a number of new and improved features over the known circuit of FIG. 1.

(ⅰ) 기준 전압은 회로의 온도 안정성에 영향을 미치지 않고 r2 저항기의 값을 변화시킴으로써 영(접지 전위)에서 Vcc(공급 전압 전위)로 임의의 편리한 값으로 자유롭게 조절될 수 있다.(Iii) The reference voltage can be freely adjusted to any convenient value from zero (ground potential) to Vcc (supply voltage potential) by changing the value of the r2 resistor without affecting the temperature stability of the circuit.

(ⅱ) 간단한 온도 보상 전류 기준은 쉽게 얻어진다. 소스 전류는 만약 r2 저항기가 제거되면 회로의 출력 단자에서 이용 가능하다. 바람직하게, 싱크 전류는 NPN 또는 NMOS 전류 미러의 사용으로 형성될 수 있다.(Ii) Simple temperature compensation current reference is easily obtained. Source current is available at the output terminals of the circuit if the r2 resistor is removed. Preferably, the sink current can be formed by the use of NPN or NMOS current mirrors.

(ⅲ) 도 2의 서브 밴드갭 전압 기준은 하기된 바와 같이 정확한 곡률 보상 네트워크로 쉽게 "업그레이드"될 수 있다. 따라서 회로의 온도 안정성은 실질적으 로 개선된다.(Iii) The sub bandgap voltage reference of FIG. 2 can be easily "upgraded" to the correct curvature compensation network as described below. Thus, the temperature stability of the circuit is substantially improved.

본 발명의 바람직한 실시예에 제공된 정확한 곡률 보상 설명은 아래에 제공된다.The exact curvature compensation description provided in the preferred embodiment of the present invention is provided below.

통상적인 일차 밴드갭 기준의 출력 전압은 하기와 같이 표현된다.A typical primary bandgap output voltage is expressed as follows.

Figure 112007034137649-PCT00003
Figure 112007034137649-PCT00003

여기서, Ics는 컬렉터의 포화 전류이고,Where Ics is the saturation current of the collector,

'm'은 비 이상적 요소이고,'m' is a non-ideal element,

Vt는 열적 전압, Vt=kT/q이고, 하기와 같이 표현된다(Icqi = IcQ2 = I1 가정).Vt is the thermal voltage, Vt = kT / q, and is expressed as follows (assuming Icqi = IcQ2 = I1).

Figure 112007034137649-PCT00004
Figure 112007034137649-PCT00004

여기서, I1은 PTAT 전류이고,Where I1 is the PTAT current,

N은 Q2 및 Q1의 이미터 영역이다.N is the emitter region of Q2 and Q1.

도 2에서, Vbe/R 전류 생성기는 저항기(r1 226)를 갖는 NPN 트랜지스터들(Q1 220 및 Q2 222), NMOS 트랜지스터(m4 224) 및 전류 미러 회로(CM2 216, 218)를 포함한다. 따라서 Vbe/R 전류 생성기는 하기의 출력 전류를 형성한다.In FIG. 2, the Vbe / R current generator includes NPN transistors Q1 220 and Q2 222 with a resistor r1 226, an NMOS transistor m4 224 and a current mirror circuit CM2 216, 218. Thus, the Vbe / R current generator produces the following output current.

Figure 112007034137649-PCT00005
Figure 112007034137649-PCT00005

여기서, I2는 Vbe/R 전류이고,Where I2 is the Vbe / R current,

VbeQ1은 트랜지스터(Q1 220)의 베이스 이미터 전압이고,VbeQ1 is the base emitter voltage of transistor Q1 220,

IbQ1 및 IbQ2는 각각 Q1(220) 및 Q2(222)의 베이스 전류들이다.IbQ1 and IbQ2 are the base currents of Q1 220 and Q2 222, respectively.

도 1 및 도 2의 회로들과 비교하면, 도 1의 트랜지스터(m4 124)가 Q1(120) 및 Q2(122)에 베이스 드라이브를 제공하면 "베타 헬퍼(helper)"로서만 사용되는 것이 확인될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 도 2 회로에서 m4 트랜지스터(224)는 부가적인 기능, 즉 Vbe/R 전류 생성을 제공한다. 따라서, 도 2의 트랜지스터(m4 224)는 두 개의 기능들을 수행한다.Compared with the circuits of FIGS. 1 and 2, it can be seen that the transistor m4 124 of FIG. 1 is used only as a "beta helper" if it provides a base drive to Q1 120 and Q2 122. Can be. Preferably, however, the m4 transistor 224 in the FIG. 2 circuit provides additional functionality, namely Vbe / R current generation. Thus, transistor m4 224 of FIG. 2 performs two functions.

(ⅰ) 음의 온도 전류를 생성한다; (Iii) produce negative temperature currents;

(ⅱ) 비선형성을 위한 동시 보상을 위해 Q1,Q2 베이스 전류들을 제공한다.(Ii) provide Q1, Q2 base currents for simultaneous compensation for nonlinearity.

따라서, 기능 통합, 즉 바람직한 실시예에서 m4의 증가된 기능은 회로 설계의 과도한 복잡화없이 새로운 품질의 장치 성능을 형성하기 위한 핵심 요소이다. 특히, 도 2에서 I1 및 I2 전류들은 합이 일차적으로 온도에 무관한 비율로 제공된다. Thus, functional integration, i.e. the increased functionality of m4 in the preferred embodiment, is a key factor for creating new quality device performance without undue complexity of circuit design. In particular, in FIG. 2 the I1 and I2 currents are provided at a rate that is primarily temperature independent.

(VbeQ1/r3) >> (IbQ1 + IbQ2)이면, 온도-무관 조건은 방정식 [6]에 도시된 바와가 타이 방정식들 [1], [4] 및 [5]로부터 유도될 수 있다.If (VbeQ1 / r3) >> (IbQ1 + IbQ2), the temperature-independent condition can be derived from the tie equations [1], [4] and [5] as shown in equation [6].

Figure 112007034137649-PCT00006
Figure 112007034137649-PCT00006

여기서, 'e'는 베이스 이미터 전압의 선형화된 온도 계수이고,Where 'e' is the linearized temperature coefficient of the base emitter voltage,

VbeQ1R은 온도(TR)에서 트랜지스터(Q1)의 베이스 이미터 전압이다.VbeQ1R is the base emitter voltage of transistor Q1 at temperature T R.

I1 및 I2 전류들의 합은 출력 저항기(r2)를 통해 흐르고, 온도-무관 전압 강하(제 1 차에서)를 형성한다.The sum of I1 and I2 currents flows through the output resistor r2 and forms a temperature-independent voltage drop (in the primary).

Figure 112007034137649-PCT00007
Figure 112007034137649-PCT00007

여기서, VrefsBG는 서브 밴드갭 기준의 출력 전압이다.Here, VrefsBG is an output voltage of the sub bandgap reference.

따라서, 제안된 제 1 차 서브 밴드갭 기준의 출력 전압은 방정식 [7]로부터 비선형 항에 의해 유발된 유사한 포물선 곡률을 갖는 VrefBG*r2/r3이이다. 제 1 차 서브 밴드갭 기준의 출력 전압의 통상적인 온도-무관성은 도 4에 도시된다.Therefore, the output voltage of the proposed first subbandgap reference is VrefBG * r2 / r3 with similar parabolic curvature caused by nonlinear term from equation [7]. Typical temperature-independence of the output voltage of the primary subbandgap reference is shown in FIG. 4.

도 3을 지금 참조하면, 본 발명의 제 2 차 보상 회로의 개선된 실시예의 간략화된 개략도가 도시된다. 요약하여, 도 3에 제공된 회로는 도 2에 도시된 회로와 유사하지만, 부가적인 보상 네트워크를 갖는다. 부가적인 네트워크는 PMOS 트랜지스터들(m7 및 m8)(340), 다이오 접속 바이폴라 트랜지스터(Q3 330) 및 저항기(r4 350)를 포함한다. 이들 모든 부가적인 소자들은 상기 기술된 바와 같이, 정확한 곡률 보상을 달성하기 위해 도 3에 도시된 방식으로 결합한다.Referring now to FIG. 3, a simplified schematic diagram of an improved embodiment of the secondary compensation circuit of the present invention is shown. In summary, the circuit provided in FIG. 3 is similar to the circuit shown in FIG. 2 but has an additional compensation network. The additional network includes PMOS transistors m7 and m8 340, a diode connected bipolar transistor Q3 330 and a resistor r4 350. All these additional elements combine in the manner shown in FIG. 3 to achieve accurate curvature compensation, as described above.

방정식 [1]로부터, 방정식 [4]의 PTAT 전류(I1)에 의해 바이어스되는 Q1의 베이스 이미터 전압은 하기와 같이 제공될 수 있다.From equation [1], the base emitter voltage of Q1 biased by PTAT current I1 of equation [4] can be provided as follows.

Figure 112007034137649-PCT00008
Figure 112007034137649-PCT00008

여기서, 'x'는 바이어스 전류가 PTAT이기 때문에 '1'과 동일하다.Here, 'x' is equal to '1' because the bias current is PTAT.

다이오드 접속 바이폴라 트랜지스터(Q3)는 개선된 실시예에서 3개의 전류들(I1, I2 및 I3)의 합에 의해 바이어스된다. I1과 I2의 합은 제 1 차에서의 보상과 무관하다(방정식 [4], [5] 및 [6]에 도시된 바와 같이). 하기 도시된 바와 같 이, I3 전류는 3개의 전류들(I1, I2 및 I3)의 합의 온도-무관성을 증가시킨다. 따라서, Q3 트랜지스터의 베이스 이미터 전압은 하기와 같이 제공된다.Diode connected bipolar transistor Q3 is biased by the sum of three currents I1, I2 and I3 in an improved embodiment. The sum of I1 and I2 is independent of the compensation in the first order (as shown in equations [4], [5] and [6]). As shown below, the I3 current increases the temperature-independence of the sum of the three currents I1, I2 and I3. Thus, the base emitter voltage of the Q3 transistor is provided as follows.

Figure 112007034137649-PCT00009
Figure 112007034137649-PCT00009

여기서, 'x'는 바이어스 전류가 온도에 무관하기 때문에 '0'과 같다.Here, 'x' is equal to '0' because the bias current is independent of temperature.

Q1 및 Q3의 베이스 이미터 전압들 사이의 차이는 방정식 [8] 및 [9]로부터 유도될 수 있다.The difference between the base emitter voltages of Q1 and Q3 can be derived from equations [8] and [9].

Figure 112007034137649-PCT00010
Figure 112007034137649-PCT00010

여기서, VbeQ1R은 온도(TR)에서 트랜지스터(Q1)의 베이스 이미터 전압이고,Where VbeQ1R is the base emitter voltage of transistor Q1 at temperature T R ,

VbeQ3R은 온도(TR)에서 트랜지스터(Q3)의 베이스 이미터 전압이다.VbeQ3R is the base emitter voltage of transistor Q3 at temperature T R.

만약 방정식 [10]의 제 1 항이 영과 동일하게 되면, Q1 및 Q3 사이의 베이스 이미터 전압 사이의 차는 보상될 곡률 전압에만 비례한다. If the first term of equation [10] is equal to zero, the difference between the base emitter voltage between Q1 and Q3 is proportional only to the curvature voltage to be compensated for.

VbeQ1R 및 VbeQ3R 값들을 등가화하기 위해, 기준 온도에서 Q1 미 Q3의 이미터 전류 밀도들은 등가화되어야 한다. Q1을 통해 흐르는 전류는 I1이다. Q3를 통해 흐르는 전류는 I1+I2(제 1 차에서)이다. 그러나, T=TR에서 I2=I1이다. 따라서, VbeQ1R 및 VbeQ3R을 등가화하는 가장 간단한 방식은 Q3를 도 3에 도시된 바와 같이 병렬로 접속된 두 개의 Q1 트랜지스터들로서 사용하는 것이다. In order to equalize the VbeQ1R and VbeQ3R values, the emitter current densities of Q1 and Q3 at the reference temperature must be equivalent. The current flowing through Q1 is I1. The current flowing through Q3 is I1 + I2 (in the primary). However, I2 = I1 in T = T R. Thus, the simplest way to equalize VbeQ1R and VbeQ3R is to use Q3 as two Q1 transistors connected in parallel as shown in FIG.

따라서, 다음과 같다.Therefore, it is as follows.

Figure 112007034137649-PCT00011
Figure 112007034137649-PCT00011

방정식 [11]에서 표현된 전압 차는 저항기(r4) 핀들에 인가되어, 비선형 전류(I3)를 형성한다.The voltage difference expressed in equation [11] is applied to the resistor r4 pins, forming a nonlinear current I3.

Figure 112007034137649-PCT00012
Figure 112007034137649-PCT00012

도 2에서, 비선형 전류(I3)와 Vbe/R 전류(I2)의 합은 전류 미러 회로(CM2)로 인해 m4 트랜지스터 및 출력 저항기(r2) 양쪽을 통해 흐른다. 따라서, 트랜지스터(m4)는 비선형 전류 생성시 일부를 얻는 바와 같이 새로운 부가적인 기능을 형성한다.In FIG. 2, the sum of the nonlinear current I3 and the Vbe / R current I2 flows through both the m4 transistor and the output resistor r2 due to the current mirror circuit CM2. Thus, transistor m4 forms a new additional function as it gains some in generating nonlinear current.

방정식들 [1], [4], [5], [6] 및 [12]를 사용하여 기준 전압에 대한 표현은 다음과 같이 유도될 수 있다.Using equations [1], [4], [5], [6] and [12], the expression for the reference voltage can be derived as follows.

Figure 112007034137649-PCT00013
Figure 112007034137649-PCT00013

특히, 방정식 [13]에 두 개의 비선형 항들이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 정확한 곡률 보상은 [13]에서 양쪽 비선형 항들이 제거될 때 달성될 수 있다.In particular, there are two nonlinear terms in equation [13]. According to a preferred embodiment of the present invention, accurate curvature compensation can be achieved when both nonlinear terms are removed in [13].

Figure 112007034137649-PCT00014
Figure 112007034137649-PCT00014

방정식 [14]의 표현은 도 3에 도시된 서브 밴드갭 전압 기준에 대한 정확하고 간단한 곡률 보상 조건을 기술한다. 상기된 바와 같이, 'n'은 온도-무관 처리 파라미터이고 통상적으로 '3.6' 내지 '4.0' 범위의 값을 갖는다.The expression of equation [14] describes an accurate and simple curvature compensation condition for the sub bandgap voltage reference shown in FIG. As noted above, 'n' is a temperature-independent processing parameter and typically has a value ranging from '3.6' to '4.0'.

그러므로 방정식 [14]에서 정의된 조건하에서 기준 전압에 대한 표현은 하기와 같다.Therefore, the expression for the reference voltage under the conditions defined in equation [14] is as follows.

Figure 112007034137649-PCT00015
Figure 112007034137649-PCT00015

여기서, Vref는 곡률 보상된 서브 밴드갭 기준의 출력 전압이다.Where Vref is the curvature compensated subbandgap reference output voltage.

따라서, 본 발명에서 제안된 바와 같이 정확한 곡률 보상 기술이 실질적으로 이론적 레벨에서 온도-종속 및 대수 항들을 제거하는 것이 방정식 [15]로부터 알 수 있다. 기준 전압은 저항기 비율에 의해 결정되고, 바람직하게 저항의 실제 값에 의해 최소로 영향을 받는다.Thus, it can be seen from equation [15] that the exact curvature compensation technique, as proposed in the present invention, substantially eliminates temperature-dependent and algebraic terms at the theoretical level. The reference voltage is determined by the resistor ratio and is preferably minimally affected by the actual value of the resistor.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 실험 결과들은 제안된 정확한 곡률 보상 방법을 구현하는 회로로부터 얻어진다. 결과들은 서브미크론 BiCMOS 기술(SmartMOS 5HV+)에서 실행되는 회로로부터 얻어진다. 바람직하게, 제안된 회로의 실제 구현은 곡률 보상을 위한 연산 증폭기들 또는 복잡한 회로들을 요구하지 않고, 2.9ppm/k의 온도 계수 및 -76dB 전력 공급 거절 비율을 달성한다. 저온 계수를 달성하기 위해, 4 비트 선형 및 2 비트 대수(비선형) 조정 회로들은 사용되었다.4 to 7, experimental results are obtained from a circuit implementing the proposed correct curvature compensation method. The results are obtained from a circuit implemented in submicron BiCMOS technology (SmartMOS 5HV +). Preferably, the practical implementation of the proposed circuit does not require op amps or complex circuits for curvature compensation, and achieves a temperature coefficient of 2.9 ppm / k and a -76 dB power rejection rate. To achieve low temperature coefficients, 4 bit linear and 2 bit algebraic (nonlinear) adjustment circuits were used.

도 4를 참조하여, 도면(400)은 제 1 차 서브 밴드갭 전압 기준(410) 대 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 개념들을 사용하는 정확한 곡률 보상된 서브 밴드갭 전압 기준(420)의 기준 전압을 도시한다.Referring to FIG. 4, a diagram 400 illustrates an accurate curvature compensated subbandgap voltage reference 420 using a first order subbandgap voltage reference 410 versus the inventive concepts in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The reference voltage of is shown.

도 4에서, 정확한 곡률 보상 서브 밴드갭 전압 기준의 도면(400)은 곡률 보상 전압 기준(420)의 온도 안정성이 상당한 양까지 보상되지 않은 것(410)의 안정성을 초과하는 것을 도시한다.In FIG. 4, the diagram 400 of the accurate curvature compensation subbandgap voltage reference shows that the temperature stability of the curvature compensation voltage reference 420 exceeds the stability of the uncompensated 410 by a significant amount.

특히, 예측되지 못한 곡률(410)은 열적 누설 전류들에 의해 유발될 수 있는 비포물선 특성을 갖는다(당업자는 이것이 실제 트랜지스터들의 모델에 포함될 수 있다는 것을 인식할 것이다). 따라서, 당업자는 전류 미러들 또는 트랜지스터 이미터 영역들에서 전압 또는 영역 미스매칭 또는 저항기 미스매칭들 또는 온도 계수들이 다른 예측 못한 곡률 에러들을 유발할 수 있다는 것을 인식할 것이다.In particular, the unexpected curvature 410 has a non-parabolic characteristic that can be caused by thermal leakage currents (a person skilled in the art will recognize that this may be included in the model of the actual transistors). Thus, those skilled in the art will recognize that voltage or region mismatches or resistor mismatches or temperature coefficients in current mirrors or transistor emitter regions can cause other unexpected curvature errors.

도 5를 참조하여, 분포도(500)는 본 발명에 따른 정확한 곡률 보상 방법을 사용하는 회로를 사용하여 기준 전압의 카운트를 도시한다. 도 5의 분포도(500)는 디폴트 조정 상태 동안 실온에서 측정된 20개의 샘플들을 도시하고, 여기서 샘플들은 동일한 웨이퍼로부터 얻어졌다. 실제로, 분포도(500)는 본 발명의 개념들을 작동시키고 서브 밴드갭 기준 전압이 매우 정확하게 생성될 수 있는 것을 도시한다. 기준 분포의 평균값 및 표준 편차는 평가되었다.Referring to FIG. 5, distribution chart 500 shows a count of reference voltages using a circuit using an accurate curvature compensation method in accordance with the present invention. The distribution diagram 500 of FIG. 5 shows 20 samples measured at room temperature during the default calibration state, where samples were taken from the same wafer. Indeed, distribution 500 operates the concepts of the present invention and shows that the sub bandgap reference voltage can be generated very accurately. The mean value and standard deviation of the reference distribution were evaluated.

도 6을 참조하여, 그래프(600)는 조정 전 기준 전압 대 온도에 대한 실험 결과들을 도시한다. 그래프는 온도 범위에 걸쳐 측정된 3개의 조정 옵션들을 도시한다. 제 1 그래프는 디폴트 수치(610)에서의 부가적인 4개의 조정 단계들을 포함하고, 제 2 그래프는 조정 단계들(620)의 디폴트 수치를 포함하고 제 3 그래프는 디폴트 수치(630) 보다 4 적은 조정 단계들을 도시한다.Referring to FIG. 6, graph 600 shows experimental results for reference voltage vs. temperature before adjustment. The graph shows three adjustment options measured over the temperature range. The first graph includes four additional adjustment steps in the default value 610, the second graph includes the default value in the adjustment steps 620 and the third graph contains four adjustments less than the default value 630. Shows the steps.

도 6에서, 곡률이 디폴트 비선형 조정 조건(620)하에서 완전하게 보상되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 비선형 조정 과정은 바람직하게 기준 전압의 최소 온도 계수를 달성하기 위해 실행된다. 상기된 본 발명의 개념들에 따른 정확한 조정 방법을 이용한 후, 그래프들은 비선형 및 기준 전압의 비선형 성분들에 대해, 최소 온도 계수가 달성되는 것을 도시한다.In FIG. 6, it can be seen that the curvature is not completely compensated under the default nonlinear adjustment condition 620. Thus, the nonlinear adjustment process is preferably performed to achieve the minimum temperature coefficient of the reference voltage. After using an accurate adjustment method in accordance with the inventive concepts described above, the graphs show that for nonlinear and nonlinear components of the reference voltage, a minimum temperature coefficient is achieved.

도 7을 참조하여, 두 개의 다른 측정된 샘플들에 대해 조정된 기준 전압 대 온도의 그래프들(700)이 본 발명에 따른 회로를 사용하여 도시된다. 샘플들(710, 720, 730)의 이들 세트들은 도시되고, 각각 최소 온도 보상(TC) 포인트 정도에서 선형 조절 단계들('N+1', 'N', 및 'N-1')을 나타낸다. 도 7에서, 기준 전압의 포물선 곡률이 완전히 제거되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, graphs 700 of reference voltage vs. temperature adjusted for two different measured samples are shown using a circuit in accordance with the present invention. These sets of samples 710, 720, 730 are shown and represent linear adjustment steps ('N + 1', 'N', and 'N-1') at the minimum temperature compensation (TC) points, respectively. . In Figure 7, it can be seen that the parabolic curvature of the reference voltage is completely removed.

비록 상기 설명이 양의 금속 산화물 반도체(PMOS) 트랜지스터 기술을 참조하여 기술하였지만, PMOS 장치들이 적당한 특성들을 갖는 PNP 바이폴라 트랜지스터 기술에 의해 대체될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 유사하게, 당업자는 NPN 바이폴라 트랜지스터들(또는 정말로 HBT NPN 트랜지스터들)이 상기 설명에서 음의 금속 산화물 반도체(NMOS) 트랜지스터들을 대체할 수 있다는 것을 인식할 것이다.Although the above description has been described with reference to positive metal oxide semiconductor (PMOS) transistor technology, those skilled in the art will appreciate that PMOS devices can be replaced by PNP bipolar transistor technology with suitable characteristics. Similarly, one skilled in the art will recognize that NPN bipolar transistors (or indeed HBT NPN transistors) can replace negative metal oxide semiconductor (NMOS) transistors in the above description.

따라서, 요약하면, 알려진 종래 기술의 기준 회로는 양의 온도-종속을 갖고 출력 스테이지를 통해 흐르도록 배열된 단일 전류의 생성을 포함한다. 대조적으로, 본 발명의 바람직한 실시예들은 온도-무관(및 바람직하게 곡률 보상된) 출력 전압을 생성하기 위해 두 개의 전류들(도 2에서, 하나는 양의 온도-종속성을 갖고 하나는 음의 온도-종속성을 가짐) 또는 3개의 전류들(부가적인 곡률 보상 전류를 가짐)을 제안한다.Thus, in summary, known prior art reference circuits include the generation of a single current that is positively temperature-dependent and arranged to flow through an output stage. In contrast, preferred embodiments of the present invention provide two currents (in FIG. 2, one having positive temperature-dependentness and one negative temperature) to produce a temperature-independent (and preferably curvature compensated) output voltage. -Have a dependency) or three currents (with additional curvature compensation current).

상기된 기준 회로 및 동작이 다음 하나 또는 그 이상의 장점들을 제공하기 위한 것이라는 것이 이해될 것이다.It will be understood that the above-described reference circuit and operation are intended to provide one or more of the following advantages.

(ⅰ) 바람직한 회로는 달성된 특정 기능 통합으로 인해 바람직한 1:3:10 비율과 관련된 3개의 임계적으로 매칭된 저항기들만을 사용한다.(Iii) The preferred circuit uses only three critically matched resistors related to the desired 1: 3: 10 ratio due to the specific functional integration achieved.

(ⅱ) 바람직한 회로는 간단한 곡률 보상을 달성하기 위해 연산 증폭기들 또는 다른 복잡한 회로들을 사용하지 않는다.(Ii) The preferred circuit does not use op amps or other complex circuits to achieve simple curvature compensation.

(ⅲ) 제 1 전류 생성기의 제 2 전류 및 베이스 전류들(IbQ1, IbQ2) 합을 생성하기 위한 바람직한 회로는 회로의 동작 온도에 실질적으로 무관한 기준 회로의 출력 전압을 제공한다.(Iii) A preferred circuit for producing the sum of the second current and base currents IbQ1, IbQ2 of the first current generator provides the output voltage of the reference circuit substantially independent of the operating temperature of the circuit.

(ⅳ) 출력 전압은 회로의 온도 안정성을 변화시키지 않고 접지 전위에서 공급 전압 전위로 임의의 편리한 값으로 자유롭게 조절될 수 있다.(Iii) The output voltage can be freely adjusted to any convenient value from ground potential to supply voltage potential without changing the temperature stability of the circuit.

(ⅴ) 곡률 보상 네트워크의 제공은 기준 회로의 출력 전압이 출력 전압에서 비선형성을 보상하고 실질적으로 회로의 동작 온도에 무관하게 한다.(Iii) The provision of a curvature compensation network allows the output voltage of the reference circuit to compensate for nonlinearity at the output voltage and is substantially independent of the operating temperature of the circuit.

(ⅵ) 최소 공급 전압은 1.2V 미만일 수 있는 출력 전압 값으로 제한되지 않는다.(Iii) The minimum supply voltage is not limited to output voltage values that may be less than 1.2V.

본 발명의 실시예들의 특정 및 바람직한 실행들이 상기되었지만, 당업자가 상기 본 발명의 개념들의 변화들 및 변형들을 쉽게 적용할 수 있다는 것이 명확하다.Although specific and preferred implementations of embodiments of the invention have been described above, it is clear that those skilled in the art can readily apply variations and modifications of the concepts of the invention.

특히, 간략화를 위한 상기 설명이 처리 시스템의 다른 기능 유닛들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 기술하였다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 다른 기능 유닛들 사이의 임의의 적당한 기능 분배가 본 발명으로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 특정 기능 유닛들에 대한 참조는 정밀한 논리 또는 물리적 구조, 구성 또는 분할을 가리키는 것보다 기술된 기능을 제공하기에 적당한 수단에 대한 참조로만 도시된다. In particular, it will be appreciated that the above description for simplicity has described embodiments of the present invention with reference to other functional units of the processing system. However, it will be apparent that any suitable distribution of functions between other functional units may be used without departing from the present invention. Thus, references to specific functional units are only shown as references to means suitable for providing the described functionality rather than indicative of precise logical or physical structure, construction or partitioning.

Claims (17)

제 2 트랜지스터(Q2, 222)에 동작가능하게 결합된 제 1 트랜지스터(Q1, 220)를 포함하고 기준 회로의 양의 온도-종속성에 대응하는 각각의 베이스 전류(IbQ1, IbQ2)를 갖는 제 1 전류 생성기를 포함하는 기준 회로(200, 300)에 있어서,A first current comprising first transistors Q1, 220 operatively coupled to second transistors Q2, 222 and having respective base currents IbQ1, IbQ2 corresponding to a positive temperature-dependency of the reference circuit. In the reference circuit (200, 300) comprising a generator, 상기 제 1 전류 생성기에 동작가능하게 결합되고 상기 기준 회로의 음의 온도-종속성에 대응하는 제 2 전류(Ir3)를 제공하도록 배열된 저항(r3 228); 및A resistor (r3 228) operably coupled to the first current generator and arranged to provide a second current (Ir3) corresponding to a negative temperature-dependency of the reference circuit; And 상기 저항, 및 상기 제 2 전류(Ir3)와 베이스 전류(IbQ1, IbQ2)의 합으로서 결합된 전류(I2)를 생성하는 상기 제 1 전류 생성기에 동작가능하게 결합된 제 2 전류 생성기(m4 224)를 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).A second current generator (m4 224) operably coupled to the first current generator that generates a combined current I2 as the resistance and the sum of the second current Ir3 and the base currents IbQ1 and IbQ2. Characterized in that, the reference circuit (200, 300). 제 1 항에 있어서, 상기 기준 회로(200, 300)는 곡률 보상을 사용하도록 더 배열되고, 상기 기준 회로(200, 300)는 상기 베이스 전류(IbQ1, IbQ2)와 제 2 전류의 합이 출력 전압(225, 325)의 비선형성을 보상하도록 트랜스미터 전압의 비선형 항에 비례하는 제 3 전류(Ir4)를 생성하는 곡률 보상 네트워크(Q3 330, r4 350)에 입력되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).2. The reference circuit of claim 1, wherein the reference circuits 200, 300 are further arranged to use curvature compensation, wherein the reference circuits 200, 300 are the sum of the base currents IbQ1, IbQ2 and the second current. A reference circuit 200, characterized in that it is input to a curvature compensation network Q3 330, r4 350 which generates a third current Ir4 proportional to the nonlinear term of the transmitter voltage to compensate for the nonlinearity of 225, 325. , 300). 제 2 항에 있어서, 상기 베이스 전류(IbQ1, IbQ2), 제 2 전류(I2), 및 제 3 전류(Ir4)의 합이 출력 저항기(r2)에 입력되어, 곡률 보상 온도-무관 출력 전압을 형성하도록 전류를 전환하는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).The sum of the base currents IbQ1 and IbQ2, the second current I2, and the third current Ir4 is input to an output resistor r2 to form a curvature compensation temperature-independent output voltage. Reference circuits (200, 300), characterized in that to switch currents so as to. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 베이스 전류(IbQ1, IbQ2), 제 2 및 제 3 전류들의 합이 제 1 차 방식뿐만 아니라 제 2 차 방식에서도 온도에 무관한 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).4. A reference circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the sum of the base currents IbQ1, IbQ2, the second and third currents is independent of temperature in both the primary and secondary modes. (200, 300). 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 회로는 서브-밴드갭 기준 회로인 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).5. Reference circuit (200, 300) according to any of the preceding claims, characterized in that the reference circuit is a sub-bandgap reference circuit. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전류 생성기 및 상기 제 2 전류 생성기에 동작가능하게 결합되고 다수의 트랜지스터들의 컬렉터 전류들이 실질적으로 동일하게 배열되도록 하는 전류 미러 회로를 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).6. A current mirror circuit as claimed in any preceding claim, characterized by a current mirror circuit operably coupled to the first current generator and the second current generator and allowing the collector currents of the plurality of transistors to be arranged substantially identically. Reference circuits 200 and 300 are used. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 미러 회로는 BJT 또는 MOS 전류 미러인 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).7. The reference circuit (200, 300) according to any one of the preceding claims, wherein the current mirror circuit is a BJT or MOS current mirror. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도-무관성은
Figure 112007034137649-PCT00016
에서 유도되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).
8. The method of claim 1, wherein the temperature-independence
Figure 112007034137649-PCT00016
Characterized in that derived from, the reference circuit (200, 300).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 회로(200, 300)는 다이오드 접속 바이폴라 트랜지스터(Q3 330) 및 저항기(r4 350)에 동작가능하게 결합된 적어도 두 개의 PMOS 트랜지스터들(m7, m8)을 갖는 부가적인 네트워크를 포함하는 제 2 차 보상을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).9. The at least two PMOS transistors of claim 1, wherein the reference circuits 200, 300 are operably coupled to a diode connected bipolar transistor Q3 330 and a resistor r4 350. reference circuit (200, 300), characterized in that it is configured to provide a second compensation comprising an additional network with m7, m8). 제 9 항에 있어서, 제 2 전류 미러 회로는 제 3 PMOS 트랜지스터를 갖고, 10. The circuit of claim 9, wherein the second current mirror circuit has a third PMOS transistor, 상기 제 3 PMOS 트랜지스터의 게이트 단자는 제 1 전류 미러의 제 2 다이오드 접속 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 게이트 단자들에 접속되고,The gate terminal of the third PMOS transistor is connected to the drain and gate terminals of the second diode-connected PMOS transistor of the first current mirror, 상기 제 3 PMOS 트랜지스터의 소스는 공급 전압 버스에 접속되고,A source of the third PMOS transistor is connected to a supply voltage bus, 상기 제 3 PMOS 트랜지스터의 드레인은 출력 노드에 접속되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).And the drain of said third PMOS transistor is connected to an output node. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 전류 미러 회로는 제 4 PMOS 트랜지스터를 갖고, 상기 제 4 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 게이트는 제 1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).11. The reference circuit (200, 300) of claim 10, wherein the second current mirror circuit has a fourth PMOS transistor, and the drain and gate of the fourth PMOS transistor are connected to the drain of the first PMOS transistor. ). 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 전류 미러 회로는 상기 제 4 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 게이트 단자들에 접속된 게이트를 갖는 제 5 PMOS 트랜지스터를 갖는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).12. The reference circuit (200, 300) of claim 11, wherein the second current mirror circuit has a fifth PMOS transistor having a gate connected to the drain and gate terminals of the fourth PMOS transistor. 제 12 항에 있어서, 상기 제 4 PMOS 트랜지스터 및 상기 제 5 PMOS 트랜지스터의 소스들은 공급 전압 버스에 접속되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).13. The reference circuit (200, 300) of claim 12, wherein the sources of the fourth and fifth PMOS transistors are connected to a supply voltage bus. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 제 5 PMOS 트랜지스터의 드레인은 출력 노드에서 제 3 PMOS 트랜지스터의 드레인과 결합되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).14. The reference circuit (200, 300) of claim 12 or 13, wherein the drain of the fifth PMOS transistor is coupled with the drain of the third PMOS transistor at an output node. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 회로는 제 2 온도-종속 전압을 생성하고 제 6 PMOS 트랜지스터, 제 7 PMOS 트랜지스터, 및 NPN 트랜지스터를 포함하여, 상기 제 6 및 제 7 PMOS 트랜지스터들의 게이트들은 상기 제 2 PMOS 트랜지스터 및 제 4 다이오드-접속 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 게이트 단자들에 각각 접속되는, 기준 회로(200, 300).15. The sixth and seventh aspect of claim 9 wherein the reference circuit generates a second temperature-dependent voltage and comprises a sixth PMOS transistor, a seventh PMOS transistor, and an NPN transistor. The gates of the PMOS transistors are connected to the drain and gate terminals of the second PMOS transistor and the fourth diode-connected PMOS transistor, respectively. 제 15 항에 있어서, 상기 제 6 및 제 7 PMOS 트랜지스터들의 소스는 상기 공급 전압 버스에 접속되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).16. The reference circuit (200, 300) of claim 15, wherein the source of the sixth and seventh PMOS transistors is connected to the supply voltage bus. 제 16 항에 있어서, 상기 제 6 PMOS 트랜지스터 및 상기 제 7 PMOS 트랜지스 터의 드레인들은 이미터가 접지된 NPN 트랜지스터의 베이스 및 컬렉터 단자들에 접속되는 것을 특징으로 하는, 기준 회로(200, 300).17. The circuit of claim 16, wherein the drains of the sixth and seventh PMOS transistors are connected to the base and collector terminals of the NPN transistor with an emitter grounded. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100930275B1 (en) * 2007-08-06 2009-12-09 (주)태진기술 Bandgap Reference Generator Using CMOS

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