KR20130028682A

KR20130028682A - 기준 전압 회로

Info

Publication number: KR20130028682A
Application number: KR1020120099110A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 스기우라
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-03-19
Also published as: US20130063201A1; CN102999078A; JP2013058155A; TW201324073A

Abstract

(과제) 온도 의존성이 적은 저전압 (1.25 V 이하) 의 정전압을 발생시키는 기준 전압 회로를 제공하는 것.
(해결 수단) 두 개의 PN 접합을 갖고, 어느 PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 과, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ik) 를 출력하는 밴드 갭 전압 발생 회로와, 전압 (Vk) 을 분압하는 분압 회로를 구비하고, 분압 회로는 입력하는 전류 (Ik) 에 의해 분압 전압을 보정하여, 기준 전압으로서 출력하는 구성으로 하였다.

Description

기준 전압 회로{REFERENCE VOLTAGE CIRCUIT}

본 발명은, 온도 의존성이 적은 정전압을 발생시키는 기준 전압 회로에 관한 것이다.

종래, 온도 의존성이 적은 정전압을 발생시키는 기준 전압 회로로서, 실리콘의 밴드 갭 값과 거의 동일한 전압을 발생시키는 밴드 갭 기준 전압 회로가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

도 4 는, 종래의 밴드 갭 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다. 종래의 밴드 갭 기준 전압 회로는, PN 접합 (401) 과, PN 접합 (402) 과, R1 이라는 저항값을 갖는 저항 (403) 과, 트랜지스터 (404) 와, 트랜지스터 (405) 와, 트랜지스터 (406) 와, 저항 (403) 과 동종 (동일한 온도특성) 의 저항이고 R2 라는 저항값을 갖는 저항 (407) 과, PN 접합 (408) 과, 앰프 (409) 를 구비하고 있다. PN 접합 (401) 과 PN 접합 (402) 은, 실효적인 면적비 (예를 들어, 애노드·캐소드 접합 면적비) 가 1:K1 의 관계로 되어 있다.

트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 는, 게이트 소스 간 전압이 동일하므로, 치수비에 기초한 전류가 흐른다. 예를 들어, 치수비를 1:1 로 하면, 트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 에는 거의 동일한 전류가 흐른다. 여기서, 트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 의 전류가 거의 동일한 것을 전제로 한다. 앰프 (409) 는, 전압 (VA) 과 전압 (VB) 이 동일해지는 바와 같이, 트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 에 흐르는 전류를 제어한다. 이 때, 트랜지스터 (405) 에 흐르는 전류 (Ib) 는, (1) 식에 나타내는 바와 같이 된다.

Ib=VT×{ln(K1)}/R1…(1)

여기서, VT 는 열전압이고, kT/q 로 나타낸다. 단, q 는 단위 전자 전하, k 는 볼츠만 상수, T 는 절대 온도이다.

트랜지스터 (406) 에는, 전류 (Ib) 에 기초한 전류가 흐른다. 여기서, 트랜지스터 (405) 와 트랜지스터 (406) 의 치수비가 1:1 이고, PN 접합 (408) 에 발생하는 전압을 전압 Vpn3 으로 하면, 기준 전압 (Vref) 은 (2) 식에 나타내는 바와 같이 된다.

Vref=Vpn3＋(R2/R1)×VT×{ln(K1)}…(2)

전압 Vpn3 이 대략 -2.0 mV/℃ 의 부 (負) 의 온도 특성을 갖기 때문에, 제 1 항은 부의 온도 특성을 나타낸다. 열전압 (VT) 이 정 (正) 의 온도 특성을 갖기 때문에, 제 2 항은 정의 온도 특성을 나타낸다. (2) 식을 T 에 관해서 미분하고, 이것이 제로가 되는 조건을 구하면, (3) 식에 나타내는 바와 같이 된다.

(R2/R1)×(k/q)×{ln(K1)}=0.002…(3)

따라서, (3) 식을 만족하도록 (R2/R1) 을 설정하면, 온도 의존성이 없는 기준 전압 (Vref) 을 실현할 수 있다.

이상과 같이 하여, 온도 의존성이 적은 전압을 발생시키는 기준 전압 회로가 얻어진다.

일본 공개특허공보 2008-305150호

그러나, 종래의 밴드 갭 기준 전압 회로에서는, 기준 전압 (Vref) 은 식 (2) 와 (3) 으로부터 대략 1.25 V 이다. 따라서, 동작 전압을 이것에 의해 제한되는 전압 이하로 할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 고안된 것으로, 온도 의존성이 적고, 보다 낮은 전압을 발생시키는 기준 전압 회로를 실현하는 것이다.

본 발명의 기준 전압 회로는, 두 개의 PN 접합을 갖고, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 과, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ik) 를 출력하는 밴드 갭 전압 발생 회로와, 전압 (Vk) 을 분압하는 분압 회로를 구비하고, 분압 회로는 입력되는 전류 (Ik) 에 의해 분압 전압을 보정하여, 기준 전압으로서 출력하는 구성으로 하였다.

본 발명의 기준 전압 회로에 의하면, 온도 의존성이 적고, 낮은 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 회로를 제공할 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다.
도 2 는, 제 2 실시형태의 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다.
도 3 은, 제 ３ 실시형태의 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다.
도 4 는, 종래의 밴드 갭 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다.

도 1 내지 도 3 은, 본 실시형태의 기준 전압 회로를 나타내는 구성도이다.

본 실시형태의 기준 전압 회로는, 밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 와 분압 회로 (101) 를 구비하고 있다. 밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 는, 두 개의 PN 접합 (실효적인 면적비, 예를 들어, 애노드·캐소드 접합 면적비가 1:K1 인 관계) 의 전압에 기초하여, 전압 (Vk) 및 전류 (Ik) 를 생성하여 출력한다. 분압 회로 (101) 는, 밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 로부터 입력되는 전압 (Vk) 및 전류 (Ik) 에 기초하여, 기준 전압 (Vref) 을 출력한다.

<제 1 실시형태>

도 1 에, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로의 구성도를 나타낸다.

밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 는, PN 접합 (401 및 402) 과, 저항 (403) 과, 트랜지스터 (404 및 405) 와, 앰프 (409) 와, 트랜지스터 (11) 를 구비하고 있다. 분압 회로 (101) 는, 앰프 (12), 저항 (13 및 14) 을 구비하고 있다.

트랜지스터 (404) 와 PN 접합 (401) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된다. 트랜지스터 (405) 와 저항 (403) 과 PN 접합 (402) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된다. 앰프 (409) 의 반전 입력 단자는, 트랜지스터 (404) 와 PN 접합 (401) 의 접속점과 접속된다. 앰프 (409) 의 비반전 입력 단자는, 트랜지스터 (405) 와 저항 (403) 의 접속점과 접속된다. 앰프 (409) 의 출력 단자는, 트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 와 트랜지스터 (11) 의 게이트 단자와 접속된다.

여기서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용한다. 또, PN 접합에 기초한 전류 (Ik) 로서, 트랜지스터 (404) 및 트랜지스터 (405) 와 게이트 단자가 공통으로 접속된 트랜지스터 (11) 가 흘리는 전류를 사용한다.

앰프 (12) 는, 비반전 입력 단자에 전압 (Vk) 이 입력되고, 출력 단자와 반전 입력 단자가 접속된다. 저항 (13 및 14) 은, 앰프 (12) 의 출력 단자와 접지 사이에 직렬로 접속된다. 저항 (13) 과 저항 (14) 의 접속점은, 트랜지스터 (11) 의 드레인 단자와 접속되고, 기준 전압 회로의 출력 단자와 접속된다.

이하에, 본 실시형태의 기준 전압 회로의 동작에 대해 설명한다.

앰프 (409) 는, 전압 (VA) 과 전압 (VB) 이 동일해지도록, 트랜지스터 (404) 와 트랜지스터 (405) 에 흐르는 전류를 제어한다.

트랜지스터 (405) 에 흐르는 전류 (Ib) 는, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (Vpn1) 과 PN 접합 (402) 에 발생하는 전압 (Vpn2) 의 전압의 차를, 저항 (403) 의 저항값 (R1) 으로 나눈 값이 된다. 즉, 트랜지스터 (405) 에는, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ib) 가 흐른다.

여기서, 트랜지스터 (11) 와 트랜지스터 (405) 는, 게이트 소스 간 전압이 동일하므로, 치수비에 기초한 전류가 흐른다. 예를 들어, 치수비를 1:1 로 하면, 트랜지스터 (11) 와 트랜지스터 (405) 는 거의 동일한 전류 (Ib) 가 흐른다. 요컨대, 트랜지스터 (11) 에는, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ib) 에 동일한 전류 (Ik) 가 흐른다.

트랜지스터 (11) 에 흐르는 전류 (Ik) 는, (4) 식으로 나타낸다.

Ik=VT×{ln(K1)}/R1…(4)

전압 (Vref) 은, 저항 (13) 의 저항값을 R3, 저항 (14) 의 저항값을 R4 로 하면, (5) 식으로 나타낸다.

Vref=Ik×(R3×R4)/(R3＋R4)＋Vk×R3/(R3＋R4)={R3/(R3＋R4)}×{(R4/R1)×VT×{ln(K1)}＋Vk}…(5)

(5) 식에 있어서, (R4/R1)×VT×{ln(K1)} 은, 열전압 (VT) 이 정의 온도 특성을 가지기 때문에, 정의 온도 특성을 나타낸다. 또, Vk 는, Vpn1 이 대략 -2.0 mV/℃ 의 부의 온도 특성을 가지기 때문에, 부의 온도 특성을 나타낸다. 따라서, (R4/R1) 을, 적당하게 설정하면, (5) 식의 {(R4/R1)×VT×{ln(K1)}＋Vk} 는, 온도 의존성이 적은 것으로서 얻어진다. 그리고, {R3/(R3＋R4)} 를 적절히 설정하기만 하면, 기준 전압 (Vref) 은, (5) 식의 {(R4/R1)×VT×{ln(K1)}＋Vk} 를 분압한 것으로서, 절대값을 자유롭게 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로의 기준 전압 (Vref) 은, 저전압 (1.25 V 이하) 에서 온도 의존성이 적은 전압으로서 얻을 수 있다. 따라서, 기준 전압 회로의 동작 전압의 저감도 가능해진다.

또한, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, 전압 (Vk) 을 앰프 (12) 에 의해 임피던스 변환하는 구성으로 했지만, 전압 (Vk) 의 임피던스가 낮은 경우에는, 전압 (Vk) 을 직접 저항 (14) 에 접속하는 구성으로 해도 된다.

또, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용했지만, 전압 (VB) 이어도 되고, 다른 전압이어도 된다.

또, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, 전압 (VB) 을 발생시키는 회로로서, 접지로부터 PN 접합 (402) 과 저항 (403) 의 순서로 직렬로 접속된 회로 구성으로 했지만, 반대로 접속되어 있어도 동일한 효과가 얻어진다.

<제 2 실시형태>

도 2 에, 제 2 실시형태의 기준 전압 회로의 구성도를 나타낸다.

밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 는, PN 접합 (401 및 402) 과, 저항 (403) 과, 트랜지스터 (21, 22, 23, 24, 25, 27) 와, PN 접합 (26) 과, 트랜지스터 (11) 를 구비하고 있다.

PN 접합 (401 및 402) 과 저항 (403) 은, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로 와 동일하게 구성된다. 트랜지스터 (21 및 22) 와 트랜지스터 (23, 24 및 25) 는, 커런트 미러 회로를 구성한다. 트랜지스터 (27) 및 트랜지스터 (25) 와 PN 접합 (26) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된다. 트랜지스터 (27) 및 트랜지스터 (11) 는, 커런트 미러 회로를 구성한다.

커런트 미러 회로는, PN 접합 (401 과 402) 및 저항 (403) 에 동일한 전류를 흘리므로, 전압 (VA) 과 전압 (VB) 이 동일해진다.

여기서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용한다. 또, PN 접합에 기초한 전류 (Ik) 로서, PN 접합 (26) 과 트랜지스터 (23) 및 트랜지스터 (24) 와 게이트 단자가 공통으로 접속된 트랜지스터 (25) 가 흘리는 전류를 사용한다.

이상 설명한 도 2 에 나타내는 구성을 한 제 2 실시형태의 기준 전압 회로에 의해서도, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제 2 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, 전압 (Vk) 을 앰프 (12) 에 의해 임피던스 변환하는 구성으로 했지만, 전압 (Vk) 의 임피던스가 낮은 경우에는, 전압 (Vk) 을 직접 저항 (14) 에 접속하는 구성으로 해도 된다.

또, 제 2 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용했지만, 전압 (VB) 이어도 되고, 다른 전압이어도 된다.

또, 제 2 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, 전압 (VB) 을 발생시키는 회로로서, 접지로부터 PN 접합 (402) 과 저항 (403) 의 순서로 직렬로 접속된 회로 구성으로 했지만, 반대로 접속되어 있어도 동일한 효과가 얻어진다.

<제 ３ 실시형태>

도 3 에, 제 ３ 실시형태의 기준 전압 회로의 구성도를 나타낸다.

밴드 갭 전압 발생 회로 (100) 는, 전류원 (31a 및 31b) 과, PN 접합 (401 및 402) 과, 트랜지스터 (33a 및 33b) 와, 저항 (34a 및 34b) 과, 앰프 (39a 및 39b) 와, 트랜지스터 (35 및 11) 를 구비하고 있다.

전류원 (31a) 과 PN 접합 (401) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속되고, 그 접속점은 앰프 (39a) 의 비반전 입력 단자에 접속된다. 앰프 (39a) 는, 출력 단자가 트랜지스터 (33a) 의 게이트 단자에 접속되고, 반전 입력 단자가 트랜지스터 (33a) 의 소스 단자에 접속된다. 트랜지스터 (35, 33a), 저항 (34a) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된다. 트랜지스터 (35 와 11) 는, 커런트 미러 접속된다.

전류원 (31b) 과 PN 접합 (402) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속되고, 그 접속점은 앰프 (39b) 의 비반전 입력 단자에 접속된다. 앰프 (39b) 는, 출력 단자가 트랜지스터 (33b) 의 게이트 단자에 접속되고, 반전 입력 단자가 트랜지스터 (33b) 의 소스 단자에 접속된다. 트랜지스터 (11, 33b), 저항 (34b) 은, 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된다.

트랜지스터 (33a) 와 저항 (34a) 은, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (Vpn1) 에 기초하는 전류 (Ia) 를 흐르게 한다. 트랜지스터 (33b) 와 저항 (34b) 은, PN 접합 (402) 에 발생하는 전압 (Vpn2) 에 기초하는 전류 (Ib) 를 흐르게 한다.

여기서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용한다. 또, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ik) 로서, 전류 (Ia) 에서 전류 (Ib) 를 뺀 전류를 사용한다. 상기 서술한 것으로부터, 전류 (Ia) 에서 전류 (Ib) 를 뺀 전류 (Ik) 는, 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류가 되어 있다.

이상 설명한 도 3 에 나타내는 구성을 한 제 ３ 실시형태의 기준 전압 회로에 의해서도, 제 1 실시형태의 기준 전압 회로와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제 ３ 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, 전압 (Vk) 을 앰프 (12)에 의해 임피던스 변환하는 구성으로 했지만, 전압 (Vk) 의 임피던스가 낮은 경우에는, 전압 (Vk) 을 직접 저항 (14) 에 접속하는 구성으로 해도 된다.

또, 제 ３ 실시형태의 기준 전압 회로에 있어서, PN 접합에 기초한 전압 (Vk) 으로서, PN 접합 (401) 에 발생하는 전압 (VA) 을 사용했지만, 전압 (VB) 이어도 되고, 다른 전압이어도 된다.

100 : 밴드 갭 전압 발생 회로
101 : 분압 회로
12, 31a, 32b, 409 : 앰프

Claims

두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 정전압을 출력하는 기준 전압 회로로서,
상기 PN 접합의 어느 하나에 기초한 전압 (Vk) 과, 상기 두 개의 PN 접합의 전압의 차에 기초한 전류 (Ik) 를 출력하는 밴드 갭 전압 발생 회로와,
상기 전압 (Vk) 을 분압하는 분압 회로를 구비하고,
상기 분압 회로는, 입력하는 상기 전류 (Ik) 에 의해 분압 전압을 보정하여, 기준 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 분압 회로는,
전압 (Vk) 과 접지 사이에 접속된 복수의 저항을 구비하고,
상기 복수의 저항의 접속점에 상기 전류 (Ik) 가 입력되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 분압 회로는,
전압 (Vk) 이 일방의 입력 단자에 입력되고, 출력 단자가 타방의 입력 단자에 접속된 앰프와,
상기 앰프의 출력 단자와 접지 사이에 접속된 복수의 저항을 구비하고,
상기 복수의 저항의 접속점에 상기 전류 (Ik) 가 입력되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.