KR20090056042A - Band gap reference voltage generation circuit - Google Patents

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Abstract

A band gap reference voltage generation circuit is provided to supply a stable reference voltage by reducing offset interference from an operational amplifier. An operational amplifier(10) outputs operational amplification signal by receiving a first voltage and a second voltage which are compensated by a offset change. A first voltage generating unit(20) outputs a first voltage by using a first bipolar transistor which is formed by a multi-stage to compensate offset change in response to the operational amplifier signal. A second voltage generating unit(30) outputs a second voltage by using a second bipolar transistor which is formed by a multi-stage to compensate offset change in response to the operational amplifier signal.

Description

밴드 갭 기준 전압 발생 회로{Band Gap Reference Voltage Generation Circuit}Band Gap Reference Voltage Generation Circuit

본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저 전압용 집적회로에 적합한 기준 전압을 발생시키는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor integrated circuits, and more particularly, to a band gap reference voltage generator circuit for generating a reference voltage suitable for a low voltage integrated circuit.

밴드 갭 기준 전압 발생 회로(Band Gap Reference Voltage Generation Circuit : 이하 BGR 회로라 함)는 반도체 집적 회로에 채용되어 안정된 바이어스를 공급한다. A band gap reference voltage generation circuit (hereinafter, referred to as a BGR circuit) is employed in a semiconductor integrated circuit to supply a stable bias.

BGR 회로는 주로 아날로그-디지털 변환부(Analog-Digital Converter:ADC) 또는 디지털 아날로그 변환부(Digital-Analog Converter:DAC)의 기준 전압을 제공하고, 온도나 공정 변화에 안정적인 특징을 가진다. The BGR circuit mainly provides a reference voltage of an analog-to-digital converter (ADC) or a digital-to-analog converter (DAC), and is stable to temperature or process changes.

이러한 BGR 회로는 통상적으로 바이폴라 트랜지스터의 정션 전압 특성(Q1과 Q2의 에미터 베이스 간의 정션 전압) 및 열전압 특성(VT=kT/q)을 이용하여 공정 변화 및 온도 변화에 관계없이 일정한 레벨의 기준 전압(Vref)을 출력하게 된다. Such a BGR circuit typically utilizes the junction voltage characteristic of the bipolar transistor (junction voltage between the emitter bases of Q1 and Q2) and the thermal voltage characteristic (VT = kT / q) to provide a constant level of reference regardless of process change and temperature change. The voltage Vref is output.

도 1을 참조하여 종래의 BGR 회로를 살펴보면, BGR 회로는 연산증폭기(OP), PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3), 저항(R1 내지 R4) 및 바이폴라 트랜지스터(Q1. Q2)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a conventional BGR circuit includes an operational amplifier OP, PMOS transistors P1 to P3, resistors R1 to R4, and bipolar transistors Q1 and Q2.

연산증폭기(OP)는 두 입력단에 인가되는 전압 Va, Vb의 레벨이 같아질 때까지 계속하여 출력 전압에 따라 PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3)의 턴온 정도를 변화시켜 이들을 통해 공급되는 전류량을 조절한다. 즉, 연산증폭기(OP)는 두 입력단에 인가되는 전압 Va, Vb의 레벨이 같아지면 일정한 레벨의 기준 전압 Vref를 생성하게 된다. The operational amplifier OP continuously adjusts the amount of current supplied through the PMOS transistors P1 to P3 according to the output voltage until the levels of the voltages Va and Vb applied to the two input terminals are the same. That is, the operational amplifier OP generates a reference voltage Vref having a constant level when the voltages Va and Vb applied to the two input terminals are the same.

PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3)는 모두 동일한 크기이며, 전원 전압단 VDD와 출력 전압단 Va, Vb, Vref 사이에 각각 연결되고, 게이트로 연산증폭기(OP)의 출력이 연결된다. The PMOS transistors P1 to P3 are all the same size, and are connected between the power supply voltage terminal VDD and the output voltage terminals Va, Vb, and Vref, respectively, and the output of the operational amplifier OP is connected to the gate.

저항(R1, R2, R4)은 접지 전압단 VSS와 출력 전압단 Va, Vb, Vref 사이에 각각 연결되고, 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 출력 전압단 Va과 접지 전압단 VSS 사이에 연결되며, 저항(R3)과 바이폴라 트랜지스터(Q2)는 출력 전압단 Vb와 접지 전압단 VSS 사이에 직렬로 연결된다. The resistors R1, R2, and R4 are connected between the ground voltage terminal VSS and the output voltage terminals Va, Vb, and Vref, respectively, and the bipolar transistor Q1 is connected between the output voltage terminal Va and the ground voltage terminal VSS. R3) and bipolar transistor Q2 are connected in series between output voltage terminal Vb and ground voltage terminal VSS.

이하, 기준 전압 Vref의 전압 레벨을 수식으로 살펴본다.Hereinafter, the voltage level of the reference voltage Vref will be described.

여기서, PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3)의 게이트들이 연산증폭기(OP)의 출력 전압에 공통으로 연결되므로 이들을 통해 흐르는 전류 I1, I2, I3는 거의 같다. 그리고, 연산증폭기(OP)의 두 입력단에 인가되는 전압 Va, Vb가 동일하고 저항(R1, R2)의 저항값이 동일하다면 저항(R1, R2)을 통해 흐르는 전류 I1b와 I2b는 동일하다. Here, since the gates of the PMOS transistors P1 to P3 are commonly connected to the output voltage of the operational amplifier OP, the currents I1, I2, and I3 flowing through them are almost the same. If the voltages Va and Vb applied to the two input terminals of the operational amplifier OP are the same and the resistance values of the resistors R1 and R2 are the same, the currents I1b and I2b flowing through the resistors R1 and R2 are the same.

예컨대, 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)에 걸리는 전압을 각각 Vf1, Vf2라 하면, 저항(R3)에 걸리는 전압 dVf는 아래의 수학식1과 같이 표현된다. For example, if the voltages applied to the bipolar transistors Q1 and Q2 are Vf1 and Vf2, respectively, the voltage dVf applied to the resistor R3 is expressed by Equation 1 below.

Figure 112007086234611-PAT00001
Figure 112007086234611-PAT00001

여기서 VT는 열전압을 말하며 절대온도에 비례하는 전압으로 kT/q를 나타낸다. q는 전하량이고, k는 볼쯔만 상수이다.Where VT is the thermal voltage and kT / q is the voltage proportional to the absolute temperature. q is the charge amount and k is the Boltzmann constant.

계속하여, PMOS 트랜지스터(P2)에 흐르는 전류 I2는 수학식2와 같이 표현된다. Subsequently, the current I2 flowing through the PMOS transistor P2 is expressed as in Equation (2).

Figure 112007086234611-PAT00002
Figure 112007086234611-PAT00002

따라서, 기준 전압 Vref은 수학식3과 같이 정의된다. Therefore, the reference voltage Vref is defined as shown in equation (3).

Figure 112007086234611-PAT00003
Figure 112007086234611-PAT00003

이처럼 도 1의 BGR 회로는 저항값(R4, R2)을 조정함으로써 기준 전압 Vref를 낮추는 효과가 있다. 도 1의 BGR 회로는 전류 I1b와 I2b의 패스로 계속하여 전류가 흘러야 하기 때문에 전류 소비가 증가하는 문제점이 있다. As such, the BGR circuit of FIG. 1 has an effect of lowering the reference voltage Vref by adjusting the resistance values R4 and R2. The BGR circuit of FIG. 1 has a problem that current consumption increases because current must continue to flow in the paths of currents I1b and I2b.

이를 개선한 종래의 다른 BGR 회로는 도 2와 같다. Another conventional BGR circuit that improves this is shown in FIG. 2.

도 2를 참조하면, 종래의 다른 BGR 회로는 도 1의 BGR 회로와 유사하게 구성된다. 다만, 도 1의 BGR 회로의 구성중 저항(R1, R2)에 흐르는 전류 I1b, I2b를 전압단 Va, Vb의 공통 전압 레벨을 만들어 하나의 패스로 흐르도록 하였다. 2, another conventional BGR circuit is configured similarly to the BGR circuit of FIG. However, the currents I1b and I2b flowing through the resistors R1 and R2 in the configuration of the BGR circuit of FIG. 1 are made to flow in one pass by making common voltage levels of the voltage terminals Va and Vb.

구체적으로, 도 1에서 전압단 Va, Vb과 접지 전압단 VSS 사이에 각각 연결된 저항(R1, R2)가 도 2에서는 전압단 Va, Vb 사이에 직렬로 연결되고, 저항(R1, R2)의 공통 노드의 전압단 Vc와 접지 전압단 VSS 사이에 저항(R5)이 추가로 연결된다. In detail, resistors R1 and R2 respectively connected between voltage terminals Va and Vb and ground voltage terminals VSS in FIG. 1 are connected in series between voltage terminals Va and Vb in FIG. 2 and common to the resistors R1 and R2. A resistor R5 is further connected between the voltage terminal Vc of the node and the ground voltage terminal VSS.

여기서, 저항(R1, R2)의 저항값이 실질적으로 동일하므로, 공통 노드의 전압 Vc는 연산증폭기(OP)의 공통 전압 레벨이 되기 때문에 전압 Va, Vb, Vc는 동일한 전압 레벨을 갖는다. 따라서, 저항(R5)에 흐르는 전류 Ib는 도 1의 전류 I1b 전류값과 같다. 즉, 저항(R5)에 흐르는 전류 Ib는 PMOS 트랜지스터(P1, P2)를 통해 각각 1/2씩 흐른다. Here, since the resistance values of the resistors R1 and R2 are substantially the same, the voltages Va, Vb, and Vc have the same voltage level because the voltage Vc of the common node becomes the common voltage level of the operational amplifier OP. Therefore, the current Ib flowing in the resistor R5 is equal to the current I1b current value in FIG. 1. That is, the current Ib flowing in the resistor R5 flows through the PMOS transistors P1 and P2 by 1/2 each.

따라서, PMOS 트랜지스터(P2)에 흐르는 전류 I2는 수학식4와 같이 표현된다. Therefore, the current I2 flowing through the PMOS transistor P2 is expressed as shown in equation (4).

Figure 112007086234611-PAT00004
Figure 112007086234611-PAT00004

그러므로, 기준 전압 Vref은 수학식5와 같이 정의된다.  Therefore, the reference voltage Vref is defined as in equation (5).

Figure 112007086234611-PAT00005
Figure 112007086234611-PAT00005

도 1에 도시된 종래의 BGR 회로의 계수가 R2/R3(수학식 3)에서 도 2에 도시된 종래의 개선된 BGR 회로의 계수는 2*R5/R3(수학식 5)으로 바뀌었기 때문에 저항(R5)의 값을 줄이거나 바이폴라 트랜지스터의 면적비를 줄일 수 있다. 또한, 전류 패스도 줄이는 효과가 있다. Since the coefficient of the conventional BGR circuit shown in FIG. 1 is changed from R2 / R3 (Equation 3) to that of the conventional improved BGR circuit shown in FIG. 2, it is changed to 2 * R5 / R3 (Equation 5). The value of (R5) can be reduced or the area ratio of the bipolar transistor can be reduced. It also has the effect of reducing the current path.

한편, 도 2에 도시된 종래의 BGR 회로는 연산 증폭기(OP)는 이상적인 경우 입력단에 인가되는 전압 Va, Vb가 동일한 전압 레벨일 때 일정한 기준 전압 Vref를 출력할 수 있다. Meanwhile, in the conventional BGR circuit of FIG. 2, the operational amplifier OP may output a constant reference voltage Vref when the voltages Va and Vb applied to the input terminal are at the same voltage level.

그러나, 실질적으로 연산 증폭기(OP)는 공정이나 전압 등 다양한 변화들에 의해 오프셋(offset)을 갖게 된다. 도 3은 이러한 연산 증폭기(OP)의 오프셋 전압 Vos를 고려한 종래의 다른 BGR 회로이다. However, in practice, the operational amplifier OP may have an offset due to various changes such as a process or a voltage. 3 is another conventional BGR circuit considering the offset voltage Vos of the operational amplifier OP.

도 3을 참조하면, 연산 증폭기의 오프셋을 고려한 종래의 BGR 회로는 도 2와 유사하게 구성된다. 다만, 도 2의 BGR 회로 구성중 연산 증폭기(OP)로 입력되는 전압 중 어느 하나(여기서는 전압 Va)에 오프셋 전압 Vos를 반영시켜 입력한다. Referring to FIG. 3, a conventional BGR circuit considering an offset of an operational amplifier is configured similarly to FIG. 2. However, the offset voltage Vos is reflected and input to any one of the voltages (here, voltage Va) input to the operational amplifier OP in the BGR circuit configuration of FIG. 2.

구체적으로, 연산 증폭기(OP)는 전압 Va에서 오프셋 전압 Vos를 뺀 전압이 전압 Vb와 동일한 전압 레벨이 될 때 일정한 기준 전압 Vref를 발생한다. 즉, 다음 수학식 6이 성립된다. Specifically, the operational amplifier OP generates a constant reference voltage Vref when the voltage obtained by subtracting the offset voltage Vos from the voltage Va is at the same voltage level as the voltage Vb. That is, the following equation (6) is established.

Figure 112007086234611-PAT00006
Figure 112007086234611-PAT00006

따라서, 저항(R3)에 걸리는 전압 dVf는 아래의 수학식7과 같이 표현된다. Therefore, the voltage dVf applied to the resistor R3 is expressed by Equation 7 below.

Figure 112007086234611-PAT00007
Figure 112007086234611-PAT00007

계속하여, PMOS 트랜지스터(P2)에 흐르는 전류 I2는 수학식8과 같이 표현된다. Subsequently, the current I2 flowing through the PMOS transistor P2 is expressed as in Equation (8).

Figure 112007086234611-PAT00008
Figure 112007086234611-PAT00008

그리고, 기준 전압 Vref은 수학식9와 같이 정의된다.  The reference voltage Vref is defined as shown in equation (9).

Figure 112007086234611-PAT00009
Figure 112007086234611-PAT00009

즉, 오프셋 전압 Vos에 의해 (-)R4/R3*Vos 만큼의 에러가 발생한다. 이에 따라 기준 전압 Vref가 불안정해지는 문제가 있다. That is, an error of (-) R4 / R3 * Vos occurs due to the offset voltage Vos. As a result, the reference voltage Vref becomes unstable.

본 발명은 연산 증폭기에 의한 오프셋 영향을 감소시켜 안정된 기준 전압을 출력하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로를 제공하는 데 있다. The present invention provides a bandgap reference voltage generation circuit that reduces the influence of offset by an operational amplifier and outputs a stable reference voltage.

본 발명의 밴드 갭 기준 전압 발생 회로는 적어도 어느 하나에 오프셋 변화치가 적용된 제 1 전압과 제 2 전압을 입력으로 하여 연산 증폭 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 상기 오프셋 변화치를 보정하기 위하여 다단으로 구성된 제 1 바이폴라 트랜지스터들을 이용하여 상기 제 1 전압을 출력하는 제 1 전압 생성부; 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 상기 오프셋 변화치를 보정하기 위하여 다단으로 구성된 제 2 바이폴라 트랜지스터들을 이용하여 상기 제 2 전압을 출력하는 제 2 전압 생성부; 상기 제 1 전압의 출력 노드와 상기 제 2 전압의 출력 노드에 연결되어 상기 제 1 전압 및 제 2 전압의 공통 전압 레벨에 따른 전류 패스를 생성하는 공통 전류 패스부; 및 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생부;를 포함한다. The bandgap reference voltage generation circuit of the present invention includes an operational amplifier for outputting an operational amplified signal by inputting at least one of a first voltage and a second voltage to which an offset change value is applied; A first voltage generator configured to output the first voltage using first bipolar transistors configured in multiple stages to correct the offset change value in response to the operational amplification signal; A second voltage generator configured to output the second voltage using second bipolar transistors configured in multiple stages to correct the offset change value in response to the operational amplification signal; A common current path unit connected to an output node of the first voltage and an output node of the second voltage to generate a current path according to a common voltage level of the first voltage and the second voltage; And a reference voltage generator outputting a reference voltage in response to the operational amplification signal.

상기 제 1 전압 생성부는, 전원 전압단과 상기 제 1 전압의 출력 노드 사이에 연결되고 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되는 소스-드레인 경로를 형성하는 제 1 PMOS 트랜지스터; 및 상기 제 1 전압의 출력 노드와 접지 전압단 사이에 캐스코드 형태로 연결된 상기 제 1 바이폴라 트랜지스터들;을 포함한다. The first voltage generator includes: a first PMOS transistor connected between a power supply voltage terminal and an output node of the first voltage and forming a source-drain path controlled by the operational amplification signal; And the first bipolar transistors connected in cascode form between an output node of the first voltage and a ground voltage terminal.

상기 제 2 전압 생성부는, 상기 전원 전압단과 상기 제 2 전압의 출력 노드 사이에 연결되고 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하 는 제 2 PMOS 트랜지스터; 상기 제 2 전압의 출력 노드에 일단이 연결된 제 1 저항; 및 상기 제 1 저항의 타단과 상기 접지 전압단 사이에 캐스코드 형태로 연결된 상기 제 2 바이폴라 트랜지스터들;을 포함한다. The second voltage generator includes: a second PMOS transistor connected between the power supply voltage terminal and an output node of the second voltage and controlled by the operational amplification signal to form a source-drain path; A first resistor having one end connected to an output node of the second voltage; And the second bipolar transistors connected in cascode form between the other end of the first resistor and the ground voltage terminal.

상기 제 1 바이폴라 트랜지스터들은 각각 동일한 정션 전압 특성을 갖는 것이 바람직하며, 상기 제 2 바이폴라 트랜지스터들은 각각 동일한 졍션 전압 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 바이폴라 트랜지스터들은 서로 동일한 개수로 구성됨이 바람직하다. Preferably, the first bipolar transistors have the same junction voltage characteristics, and the second bipolar transistors each have the same junction voltage characteristics. The first and second bipolar transistors are preferably configured in the same number.

상기 공통 전류 패스부는, 상기 제 1 전압의 출력 노드에 일측이 연결된 제 2 저항; 상기 제 2 저항의 타측과 상기 제 2 전압의 출력 노드 사이에 연결된 제 3 저항; 및 상기 제 2 및 제 3 저항의 공통 노드와 상기 접지 전압단 사이에 연결된 제 4 저항;을 포함한다. The common current path unit includes: a second resistor having one side connected to an output node of the first voltage; A third resistor coupled between the other side of the second resistor and the output node of the second voltage; And a fourth resistor coupled between the common node of the second and third resistors and the ground voltage terminal.

바람직하게는, 상기 제 2 저항과 상기 제 3 저항은 실질적으로 동일한 저항값을 갖는다. Preferably, the second resistor and the third resistor have substantially the same resistance value.

상기 기준 전압 발생부는, 상기 전원 전압단과 상기 기준 전압의 출력 노드 사이에 연결되고, 게이트로 인가되는 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하는 제 3 PMOS 트랜지스터; 및 상기 접지 전압단과 상기 기준 전압 출력 노드 사이에 연결되는 제 5 저항;을 포함한다. The reference voltage generator includes: a third PMOS transistor connected between the power supply voltage terminal and an output node of the reference voltage and controlled by the operational amplification signal applied to a gate to form a source-drain path; And a fifth resistor connected between the ground voltage terminal and the reference voltage output node.

바람직하게는, 상기 제 1 및 제 3 PMOS 트랜지스터는 실질적으로 동일한 크기를 갖는다. Preferably, the first and third PMOS transistors have substantially the same size.

본 발명 캐스코드 형태로 바이폴라 트랜지스터들을 연결한 밴드 갭 기준 전압 발생 회로를 제공함으로써 연산 증폭기에 의한 오프셋 영향을 감소시켜 안정된 기준 전압을 제공하는 효과가 있다. According to the present invention, a band gap reference voltage generator circuit in which bipolar transistors are connected in a cascode form reduces the influence of offset by an operational amplifier, thereby providing a stable reference voltage.

본 발명은 저 전압용 집적회로에 적합한 기준 전압을 발생시키는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로에 관한 것으로, 상기 밴드 갭 기준 전압 발생 회로를 구성하는 연산 증폭기의 오프셋에 의한 영향을 감소시키는 바람직한 실시예를 도 4와 같이 제시한다. The present invention relates to a bandgap reference voltage generation circuit for generating a reference voltage suitable for a low voltage integrated circuit, and a preferred embodiment for reducing the influence of the offset of the operational amplifier constituting the bandgap reference voltage generation circuit. It is presented as 4.

도 4를 참조하면, 본 발명의 연산 증폭기의 오프셋을 고려한 BGR 회로는, 전압 Va에 연산 증폭기에 의한 오프셋 전압 Vos를 반영시킨 전압 Va-Vos와 전압 Vb를 입력으로 하여 연산 증폭 신호를 출력하는 연산 증폭기(10), 연산 증폭 신호에 응답하여 전압 Va 및 전압 Vb를 출력하는 전압 생성부(20, 30), 전압 Va 및 전압 Vb의 공통 전압 레벨에 따른 전류 패스를 생성하는 공통 전류 패스부(40) 및 연산 증폭 신호에 응답하여 기준 전압 Vref를 출력하는 기준 전압 생성부(50)를 포함한다. Referring to FIG. 4, in the BGR circuit considering the offset of the operational amplifier of the present invention, an operation of outputting an operational amplified signal by inputting voltage Va-Vos and voltage Vb in which the offset voltage Vos of the operational amplifier is reflected in voltage Va The amplifier 10, the voltage generators 20 and 30 for outputting the voltage Va and the voltage Vb in response to the operational amplification signal, and the common current path unit 40 for generating a current path according to the common voltage level of the voltage Va and the voltage Vb. And a reference voltage generator 50 for outputting a reference voltage Vref in response to the operational amplification signal.

연산 증폭기(10)는 두 입력단에 인가되는 전압 Va-Vos, Vb의 레벨이 같아질 때까지 연산 증폭 신호를 제공하여 전압 생성부(20, 30) 및 기준 전압 생성부(50)에 공급되는 전류량을 조절한다. 즉, 연산 증폭기(10)의 입력단에 인가되는 두 전압 Va-Vos, Vb의 레벨이 같아지면 일정한 레벨의 기준 전압 Vref를 생성하게 된다. The operational amplifier 10 provides an operational amplification signal until the levels of voltages Va-Vos and Vb applied to the two input terminals are equal to each other, thereby providing the amount of current supplied to the voltage generators 20 and 30 and the reference voltage generator 50. Adjust That is, when the levels of the two voltages Va-Vos and Vb applied to the input terminal of the operational amplifier 10 are the same, a reference voltage Vref of a constant level is generated.

전압 생성부(20)는 전원 전압단 VDD와 전압 Va의 출력 노드 ND1 사이에 연결되어 게이트로 인가되는 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성 하는 PMOS 트랜지스터(P1)와 전압 Va의 출력 노드 ND1와 접지 전압단 VSS 사이에 캐스코드(cascode) 형태로 연결된 바이폴라 트랜지스터들(Q1, Q2)을 포함한다. 여기서, 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2) 각각의 정션 전압 특성은 동일함이 바람직하다. The voltage generator 20 is connected between the power supply voltage terminal VDD and the output node ND1 of the voltage Va and controlled by an operational amplification signal applied to a gate to form a source-drain path and an output of the voltage Va. Bipolar transistors Q1 and Q2 connected in a cascode form between the node ND1 and the ground voltage terminal VSS are included. Here, the junction voltage characteristics of each of the bipolar transistors Q1 and Q2 are preferably the same.

전압 생성부(30)는 전원 전압단 VDD와 전압 Vb의 출력 노드 ND2 사이에 연결되어 게이트로 인가되는 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하는 PMOS 트랜지스터(P2)와 전압 Vb의 출력 노드 ND2에 일단이 연결된 저항(R3)과, 저항(R3)의 타단과 접지 전압단 VSS 사이에 캐스코드 형태로 연결된 바이폴라 트랜지스터들(Q3, Q4)을 포함한다. 여기서, 바이폴라 트랜지스터(Q3, Q4) 각각의 정션 전압 특성은 동일함이 바람직하다. The voltage generator 30 is connected between the power supply voltage terminal VDD and the output node ND2 of the voltage Vb to be controlled by an operational amplification signal applied to the gate to form a source-drain path and an output of the voltage Vb. A resistor R3 having one end connected to the node ND2 and bipolar transistors Q3 and Q4 connected in cascode form between the other end of the resistor R3 and the ground voltage terminal VSS. Here, the junction voltage characteristics of each of the bipolar transistors Q3 and Q4 are preferably the same.

전압 생성부(20, 30) 각각은 동일한 수의 바이폴라 트랜지스터를 캐스코드 형태로 연결한다. Each of the voltage generators 20 and 30 connects the same number of bipolar transistors in a cascode form.

공통 전류 패스부(40)는 전압 Va의 출력 노드 ND1에 일단이 연결된 저항(R1)과 저항(R1)의 타단과 전압 Vb의 출력 노드 ND2 사이에 연결된 저항(R2) 및 저항(R1, R2)의 공통 노드와 접지 전압단 VSS 사이에 연결된 저항(R5)을 포함한다. The common current path part 40 includes a resistor R1 and a resistor R1 and R2 connected between a resistor R1 having one end connected to the output node ND1 of the voltage Va and the other end of the resistor R1 and the output node ND2 of the voltage Vb. It includes a resistor (R5) connected between the common node and the ground voltage terminal VSS.

기준 전압 생성부(50)는 전원 전압단 VDD와 기준 전압 Vref의 출력 노드 ND3 사이에 연결되어 게이트로 인가되는 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하는 PMOS 트랜지스터(P3) 및 기준 전압 Vref의 출력 노드 ND3과 접지 전압단 VSS 사이에 연결된 저항(R4)를 포함한다. The reference voltage generator 50 is connected between the power supply voltage terminal VDD and the output node ND3 of the reference voltage Vref and controlled by an operational amplification signal applied to a gate to form a source-drain path and a reference voltage. Resistor R4 connected between the output node ND3 of Vref and the ground voltage terminal VSS.

도 4에 도시된 본 발명은 도 3에 도시된 연산 증폭기의 오프셋을 고려한 종 래의 BGR 회로의 구성 중 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)를 대신하여 각각 동일한 복수개의 바이폴라 트랜지스터들을 캐스코드 형태로 연결하여 오프셋 전압 Vos이 기준 전압 Vref에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다. The present invention shown in FIG. 4 connects a plurality of identical bipolar transistors in cascode form instead of the bipolar transistors Q1 and Q2 of the conventional BGR circuit considering the offset of the operational amplifier shown in FIG. The influence of the offset voltage Vos on the reference voltage Vref can be reduced.

여기서, PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3)의 게이트들이 연산 증폭 신호에 공통으로 연결되므로 이들을 통해 흐르는 전류 I1, I2, I3는 거의 같다. 그리고, 연산증폭기(10)의 두 입력단에 인가되는 전압 Va-Vos, Vb가 동일하고 저항(R1, R2)의 저항값이 동일하다면 저항(R5)에 흐르는 전류 Ib는 PMOS 트랜지스터(P1, P2)를 통해 각각 1/2씩 흐른다. Here, since the gates of the PMOS transistors P1 to P3 are commonly connected to the operational amplification signal, the currents I1, I2, and I3 flowing through them are almost the same. If the voltages Va-Vos and Vb applied to the two input terminals of the operational amplifier 10 are the same and the resistance values of the resistors R1 and R2 are the same, the current Ib flowing through the resistor R5 is the PMOS transistors P1 and P2. Each half flow through.

예컨대, 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)에 걸리는 전압 즉, 전압 Va를 2Vf1이라하고, 바이폴라 트랜지스터(Q3, Q4)에 걸리는 전압을 2Vf2라 하면, 저항(R3)에 걸리는 전압 dVf는 아래의 수학식 10과 같이 표현된다. For example, when the voltage applied to the bipolar transistors Q1 and Q2, that is, the voltage Va is 2Vf1 and the voltage applied to the bipolar transistors Q3 and Q4 is 2Vf2, the voltage dVf applied to the resistor R3 is expressed by Equation 10 below. It is expressed as

Figure 112007086234611-PAT00010
Figure 112007086234611-PAT00010

계속하여, PMOS 트랜지스터(P2)에 흐르는 전류 I2는 수학식 11과 같이 표현된다. Subsequently, the current I2 flowing in the PMOS transistor P2 is expressed as in Equation (11).

Figure 112007086234611-PAT00011
Figure 112007086234611-PAT00011

그리고, 기준 전압 Vref은 수학식 12와 같이 정의된다.  The reference voltage Vref is defined as in Equation 12.

Figure 112007086234611-PAT00012
Figure 112007086234611-PAT00012

도 3에 도시된 연산 증폭기의 오프셋을 고려한 종래의 BGR 회로의 기준 전압 Vref은 (ln(N)*VT - Vos)(수학식 9)에 해당되는 오프셋 영향을 받는다. 반면, 도 4에 도시된 본 발명의 BRG 회로의 기준 전압 Vref은 그보다 줄어든 (2ln(N)*VT - Vos)(수학식 12)에 해당되는 오프셋 영향을 받는다. The reference voltage Vref of the conventional BGR circuit considering the offset of the operational amplifier shown in FIG. 3 is affected by the offset corresponding to (ln (N) * VT−Vos) (Equation 9). On the other hand, the reference voltage Vref of the BRG circuit of the present invention shown in FIG. 4 is affected by an offset corresponding to (2ln (N) * VT−Vos) (Equation 12), which is smaller than that.

결과적으로, 본 발명의 BGR 회로는 바이폴라 트랜지스터들을 캐스코드 형태로 연결하여 연산 증폭기에 의한 오프셋 영향을 감소시킴으로써 안정적인 기준 전압 Vref을 출력할 수 있다. As a result, the BGR circuit of the present invention can output a stable reference voltage Vref by connecting the bipolar transistors in the form of a cascode to reduce the offset influence by the operational amplifier.

도 1은 종래 기술에 따른 밴드 갭 기준 전압 발생 회로도.1 is a bandgap reference voltage generation circuit diagram according to the prior art;

도 2는 종래 기술에 따른 다른 밴드 갭 기준 전압 발생 회로도. 2 is another band gap reference voltage generation circuit diagram according to the prior art.

도 3은 종래 기술에 따른 연산 증폭기의 오프셋을 고려한 밴드 갭 기준 전압 발생 회로도. 3 is a bandgap reference voltage generation circuit diagram considering an offset of an operational amplifier according to the prior art.

도 4는 본 발명에 따른 밴드 갭 기준 전압 발생 회로도.4 is a bandgap reference voltage generation circuit diagram in accordance with the present invention.

Claims (10)

적어도 어느 하나에 오프셋 변화치가 적용된 제 1 전압과 제 2 전압을 입력으로 하여 연산 증폭 신호를 출력하는 연산 증폭기;An operational amplifier configured to output an operational amplifier signal by inputting a first voltage and a second voltage to which at least one of the offset change values is applied; 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 상기 오프셋 변화치를 보정하기 위하여 다단으로 구성된 제 1 바이폴라 트랜지스터들을 이용하여 상기 제 1 전압을 출력하는 제 1 전압 생성부;A first voltage generator configured to output the first voltage using first bipolar transistors configured in multiple stages to correct the offset change value in response to the operational amplification signal; 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 상기 오프셋 변화치를 보정하기 위하여 다단으로 구성된 제 2 바이폴라 트랜지스터들을 이용하여 상기 제 2 전압을 출력하는 제 2 전압 생성부; A second voltage generator configured to output the second voltage using second bipolar transistors configured in multiple stages to correct the offset change value in response to the operational amplification signal; 상기 제 1 전압의 출력 노드와 상기 제 2 전압의 출력 노드에 연결되어 상기 제 1 전압 및 제 2 전압의 공통 전압 레벨에 따른 전류 패스를 생성하는 공통 전류 패스부; 및A common current path unit connected to an output node of the first voltage and an output node of the second voltage to generate a current path according to a common voltage level of the first voltage and the second voltage; And 상기 연산 증폭 신호에 응답하여 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생부;A reference voltage generator for outputting a reference voltage in response to the operational amplification signal; 를 포함하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. Band gap reference voltage generation circuit comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 전압 생성부는, The first voltage generator, 전원 전압단과 상기 제 1 전압의 출력 노드 사이에 연결되고 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되는 소스-드레인 경로를 형성하는 제 1 PMOS 트랜지스터; 및A first PMOS transistor connected between a power supply voltage stage and an output node of the first voltage and forming a source-drain path controlled by the operational amplified signal; And 상기 제 1 전압의 출력 노드와 접지 전압단 사이에 캐스코드 형태로 연결된 상기 제 1 바이폴라 트랜지스터들;The first bipolar transistors connected in cascode form between an output node of the first voltage and a ground voltage terminal; 을 포함하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. Band gap reference voltage generation circuit comprising a. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 2 전압 생성부는, The second voltage generator, 상기 전원 전압단과 상기 제 2 전압의 출력 노드 사이에 연결되고 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하는 제 2 PMOS 트랜지스터;A second PMOS transistor coupled between the power supply voltage stage and an output node of the second voltage and controlled by the operational amplification signal to form a source-drain path; 상기 제 2 전압의 출력 노드에 일단이 연결된 제 1 저항; 및A first resistor having one end connected to an output node of the second voltage; And 상기 제 1 저항의 타단과 상기 접지 전압단 사이에 캐스코드 형태로 연결된 상기 제 2 바이폴라 트랜지스터들;The second bipolar transistors connected in cascode form between the other end of the first resistor and the ground voltage terminal; 을 포함하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. Band gap reference voltage generation circuit comprising a. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 1 바이폴라 트랜지스터들은 각각 동일한 정션 전압 특성을 갖는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. And the first bipolar transistors each have the same junction voltage characteristic. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 2 바이폴라 트랜지스터들은 각각 동일한 졍션 전압 특성을 갖는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. And the second bipolar transistors each have the same section voltage characteristic. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 바이폴라 트랜지스터들은 서로 동일한 개수로 구성되는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. And a band gap reference voltage generation circuit comprising the same number of first and second bipolar transistors. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 공통 전류 패스부는,The common current path unit, 상기 제 1 전압의 출력 노드에 일측이 연결된 제 2 저항;A second resistor having one side connected to the output node of the first voltage; 상기 제 2 저항의 타측과 상기 제 2 전압의 출력 노드 사이에 연결된 제 3 저항; 및A third resistor coupled between the other side of the second resistor and the output node of the second voltage; And 상기 제 2 및 제 3 저항의 공통 노드와 상기 접지 전압단 사이에 연결된 제 4 저항;A fourth resistor coupled between the common node of the second and third resistors and the ground voltage terminal; 을 포함하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로.Band gap reference voltage generation circuit comprising a. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 제 2 저항과 상기 제 3 저항은 실질적으로 동일한 저항값을 갖는 밴드 갭 기준 전압 발생회로. And the second resistor and the third resistor have substantially the same resistance value. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 기준 전압 발생부는,The reference voltage generator, 상기 전원 전압단과 상기 기준 전압의 출력 노드 사이에 연결되고, 게이트로 인가되는 상기 연산 증폭 신호에 의해 제어되어 소스-드레인 경로를 형성하는 제 3 PMOS 트랜지스터; 및A third PMOS transistor connected between the power supply voltage terminal and an output node of the reference voltage and controlled by the operational amplification signal applied to a gate to form a source-drain path; And 상기 접지 전압단과 상기 기준 전압 출력 노드 사이에 연결되는 제 5 저항;A fifth resistor connected between the ground voltage terminal and the reference voltage output node; 을 포함하는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. Band gap reference voltage generation circuit comprising a. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 제 1 및 제 3 PMOS 트랜지스터는 실질적으로 동일한 크기를 갖는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로. And the first and third PMOS transistors have substantially the same magnitude.
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