KR20180062452A - 밴드갭 레퍼런스 전압 회로 - Google Patents

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Abstract

밴드갭 레퍼런스 전압 회로는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 및 시동 전류 생성기를 포함한다. 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 제1 전압 및 제2 전압을 생성하도록 구성된다. 시동 전류 생성기는 전압 비교기 및 스위치를 포함한다. 전압 비교기는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 접속되고, 제1 전압을 제2 전압 및 오프셋 전압의 합과 비교하며 비교 결과를 생성하도록 구성된다. 스위치는 전압 비교기와 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 사이에 접속되고, 비교 결과에 기초하여 공급 전압을 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 선택적으로 접속시키도록 구성된다. 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 포함하는 디바이스도 개시된다. 밴드갭 레퍼런스 전압 회로의 동작 방법도 개시된다.

Description

밴드갭 레퍼런스 전압 회로{BANDGAP REFERENCE VOLTAGE CIRCUIT}
밴드갭 레퍼런스 전압 생성기가 올바르게 시동될 때, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 안정적으로 동작하고 넓은 온도 범위에서 실질적으로 일정한 출력 전압을 생성한다. 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기가 올바르게 시동되지 않을 때에도, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 여전히 안정적으로 동작하지만 출력 전압을 생성하지 않거나 이에 의해 생성된 출력 전압이 더 이상 일정하지 않고 온도에 따라 변화한다.
본 개시의 양상은 첨부 도면과 함께 볼 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업계에서의 표준 실시에 따라, 다양한 피처들이 축척대로 도시된 것은 아님을 유의해야 한다. 사실상, 다양한 피처들의 치수는 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 확대되거나 축소될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 제1 예시적인 디바이스의 개략도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기와 시동 전류 생성기를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 시동 전류 생성기의 전압 비교기를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 제2 예시적인 디바이스의 개략도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 제3 예시적인 디바이스의 개략도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 제4 예시적인 디바이스의 개략도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 시동 전류 생성기를 이용하여 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기를 시동시키는 예시적인 방법의 흐름도이다.
아래의 발명개시는 본 발명의 여러 특징들을 구현하는 많은 여러 실시예들 또는 예시들을 제공한다. 본 발명개시를 단순화하기 위해 컴포넌트들 및 배열들의 특정예들이 아래에서 설명된다. 물론, 이것들은 단지 예시들에 불과하며, 한정적인 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 이후의 상세 설명에서 제2 피처 상의 또는 그 위의 제1 피처의 형성은 제1 및 제2 피처들이 직접적으로 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 또한 제1 및 제2 피처들이 직접적으로 접촉하지 않을 수 있도록 추가적인 피처들이 제1 및 제2 피처들 사이에서 형성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명개시는 다양한 예시들에서 참조 부호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간략화 및 명료화를 위한 것이지, 그러한 반복 그 자체가 개시된 다양한 실시예들 및/또는 구성 사이의 관계를 설명하는 것은 아니다.
본 발명개시는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 및 시동 전류 생성기를 포함하는 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 제공한다. 이하 개시된 바와 같이, 시동 전류 생성기는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기가 0 볼트의 출력 전압 또는 변화하는 출력 전압을 생성하는 상태로부터, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기가 일정한 출력 전압을 생성하는 다른 상태로의, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기의 천이(transition)를 가능하게 한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 제1 예시적인 디바이스(100)의 개략도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 디바이스(100)는 디바이스 회로(110) 및 밴드갭 레퍼런스 전압 회로(120)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 디바이스 회로(110)는 전압 레귤레이터, 프로그래머블 읽기-전용 메모리(Programmable Read-Only Memory; PROM) 또는 소거가능 PROM과 같은 프로그램가능 메모리, 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기, 밴드갭 레퍼런스 전압을 필요로 하는 다른 회로, 또는 이들의 조합이다. 밴드갭 레퍼런스 전압 회로(120)는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130) 및 시동 전류 생성기(140)를 포함한다. 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 이하 설명되는 방식에 의해, 디바이스 회로(110)에 제공하는 출력 전압(Vbg)을 생성하도록 구성된다.
도 2는 일부 실시예에 따른 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)와 시동 전류 생성기(140)를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 한 쌍의 입력 노드들(210, 220), 출력 노드(230), 5개의 트랜지스터들(M1, M2, M3, Q1, Q2), 4개의 저항들(R1, R2, R3, R4), 및 연산 증폭기(240)를 포함한다.
각각의 트랜지스터들(M1, M2, M3)은 PMOS(P-type Metal-Oxide-Semiconductor) 트랜지스터이고, 공급 전압에 접속된 소스 단자, 입력 노드들(210, 220) 및 출력 노드(230)의 각각의 노드에 접속된 드레인 단자, 및 게이트 단자를 구비한다. 저항(R1)은 입력 노드(210)와 그라운드 사이에 접속된다. 저항(R2)은 저항(R1)과 실질적으로 동일하고 입력 노드(220)와 그라운드 사이에 접속된다. 트랜지스터(Q1)는 다이오드 접속된 PNP형 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)이고, 입력 노드(210)와 그라운드 사이에 접속된다. 저항(R4)은 입력 노드(220)에 접속된다. 트랜지스터(Q2)는 다이오드 접속된 PNP형 양극성 트랜지스터(bipolar transistor)이고 저항(R4)과 그라운드 사이에 접속된다. 연산 증폭기(240)는 입력 노드(210)에 접속된 반전 입력 단자, 입력 노드(220)에 접속된 비반전 입력 단자, 및 트랜지스터들(M1, M2, M3)의 게이트 단자들에 접속된 출력 단자를 구비한다.
동작 중, 시동 이후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 불안정한 상태에 있고 입력 노드(210)에 입력 전압(Va)을 생성하며 입력 노드(220)에 입력 전압(Vb)을 생성한다. 연산 증폭기(240)는 그 다음에 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 안정적으로 동작하고 출력 노드(230)에 출력 전압(Vbg)을 생성한다. 정상적인 안정 동작 상태에서, 트랜지스터들(M1, M2, M3, Q1, Q2)은 턴 온된다. 연산 증폭기(240)의 출력 단자가 트랜지스터들(M1, M2, M3)의 게이트 단자들에 접속되므로, 트랜지스터들(M1, M2, M3) 각각을 통해 흐르는 전류들(I1, I2, I3)은 실질적으로 동일하다. 저항들(R1, R2)이 실질적으로 동일하므로, 저항들(R1, R2) 각각을 통해 흐르는 전류들(I1a, I2a)도 실질적으로 동일하고, 이에 따라 트랜지스터(Q1)와 저항(R4) 각각을 통해 흐르는 전류들(I1b, I2b)도 실질적으로 동일하다. 트랜지스터(Q1)에 걸리는 전압은 부 온도 계수(negative temperature coefficient)를 가지므로, 즉, 트랜지스터(Q1)에 걸리는 전압은 온도에 반비례하고, 또 저항(R4)에 걸리는 전압은 정 온도 계수(positive temperature coefficient)를 가지므로, 즉, 저항(R4)에 걸리는 전압은 온도에 정비례하기 때문에, 출력 전압(Vbg)은 온도에 독립적이다. 다른 출력 전압들(Vbg)은 저항(R3)을 조정하는 것에 의해 생성될 수 있다.
밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작에 기초하여, 입력 전압들(Va, Vb)이 실질적으로 동일할 때 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 안정적으로 동작한다. 그러므로, 입력 전압들(Va, Vb)이 트랜지스터들(Q1, Q2)의 턴 온시의 컷인 전압(cut-in voltage)보다 큰, 위에서 설명한 정상적인 안정 동작 상태에 더하여, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 입력 전압들(Va, Vb)이 0 볼트이고 이에 따라 출력 전압(Vbg)이 0 볼트인, 제1 바람직하지 않은 안정 동작 상태에서나, 입력 전압들(Va, Vb)이 0 볼트보다는 크지만 트랜지스터들(Q1, Q2)의 컷인 전압보다 작은, 즉, 트랜지스터들(Q1, Q2)이 턴 오프되고, 이에 따라 출력 전압(Vbg)이 더이상 온도에 독립적이지 않고 온도에 의해 변화되는, 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태 중 하나에서, 더욱 안정적으로 동작할 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 시동 전류 생성기(140)는 스위치(250) 및 전압 비교기(260)를 포함한다. 스위치(250)는 공급 전압에 접속된 제1 스위치 단자, 입력 노드(210)에 접속된 제2 스위치 단자, 및 제3 스위치 단자를 구비한다. 이 예시적인 실시예에서, 스위치(250)는 PMOS 트랜지스터이다. 다른 예시적인 실시예에서, 스위치(250)는 N-타입 MOS(NMOS) 트랜지스터, 상보형 MOS(CMOS), 다른 트랜지스터, 다른 노멀리-오픈(normally-open) 스위치, 또는 이들의 조합이다. 전압 비교기(260)는 출력 노드(230)에 접속된 비반전 입력 단자, 입력 노드(210)에 접속된 반전 입력 단자, 및 스위치(250)의 제3 스위치 단자에 접속된 출력 단자를 구비한다. 이 예시적인 실시예에서, 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에서 오프셋 전압(Vos)을 생성하도록 구성된다.
도 3은 일부 실시예에 따른 디바이스(100)의 시동 전류 생성기(140)의 전압 비교기(260)를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 전압 비교기(260)는 9개의 트랜지스터들을 포함하고, 이 중 5개는 PMOS 트랜지스터들(310, 320, 330, 340, 350)이고, 이 중 4개는 NMOS 트랜지스터들(360, 370, 380, 390)이다. 트랜지스터(340)는 전압 비교기(260)의 반전 입력 단자로서의 역할을 하는 게이트 단자를 구비한다. 트랜지스터(350)는 전압 비교기(260)의 비반전 입력 단자로서의 역할을 하는 게이트 단자를 구비한다. 이 예시적인 실시예에서, 트랜지스터(340)는 W/L 비율, 즉, 채널 길이에 대한 폭의 비율이, 트랜지스터(350)의 W/L 비율보다 작고, 이에 의해 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에 오프셋 전압(Vos)을 생성한다. 트랜지스터(320)는 전압 비교기(260)의 출력 단자로서의 역할을 하는 노드(300)에서 트랜지스터(390)의 드레인 단자에 접속된 드레인 단자를 구비한다.
디바이스(100)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해서는 이하에서 추가로 설명한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 제2 예시적인 디바이스(400)의 개략도이다. 디바이스(100)와 비교하면, 디바이스(400)의 시동 전류 생성기(140)의 전압 비교기(260)의 반전 입력 단자는 입력 노드(220)에 접속된다.
디바이스(400)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작은 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작과 유사하므로, 동일한 상세 설명은 번잡을 피하기 위해 이 문서에서 생략한다.
디바이스(400)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 디바이스(400)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해서는 이하에서 추가로 설명한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 제3 예시적인 디바이스(500)의 개략도이다. 디바이스(100)와 비교하면, 저항(R1)은 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들(R1a, R1b)로 대체된다. 저항(R3)은 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들(R3a, R3b)로 대체된다. 또한, 디바이스(500)의 시동 전류 생성기(140)의 전압 비교기(260)의 반전 및 비반전 입력 단자들은 각각 저항들(R1a, R1b) 사이의 노드(510) 및 저항들(R3a, R3b) 사이의 노드(520)에 접속된다.
디바이스(500)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작은 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작과 유사하므로, 동일한 상세 설명은 번잡을 피하기 위해 이 문서에서 생략한다.
디바이스(500)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 디바이스(500)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해서는 이하에서 추가로 설명한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 제4 예시적인 디바이스(600)의 개략도이다. 디바이스(100)와 비교하면, 저항(R2)은 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들(R2a, R2b)로 대체된다. 저항(R3)은 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들(R3a, R3b)로 대체된다. 또한, 디바이스(600)의 시동 전류 생성기(140)의 전압 비교기(260)의 반전 및 비반전 입력 단자들은 각각 저항들(R2a, R2b) 사이의 노드(610) 및 저항들(R3a, R3b) 사이의 노드(620)에 접속된다.
디바이스(600)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작은 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)의 동작과 유사하므로, 동일한 상세 설명은 번잡을 피하기 위해 이 문서에서 생략한다.
디바이스(600)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 디바이스(600)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해서는 이하에서 추가로 설명한다.
도 7은 일부 실시예에 따른 시동 전류 생성기를 이용한 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기를 시동하는 예시적인 방법의 흐름도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 단계(710)에서, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 제1 전압 및 제2 전압을 생성한다. 단계(720)에서, 시동 전류 생성기의 전압 비교기는 제1 전압을 제2 전압 및 오프셋 전압의 합과 비교한다. 단계(730)에서, 전압 비교기는 비교 결과를 생성한다. 비교 결과의 사용에 대해서는 이하 도 2의 디바이스(100)의 설명부분에서 더욱 자세히 설명한다.
도 2의 디바이스(100)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 도 2의 디바이스(100)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해 이제 도 7의 방법(700)에 따라 설명한다.
초기 시동 이후, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에 있고 입력 노드(210)에 입력 전압(Va) 그리고 입력 노드(220)에 입력 전압(Vb)을 생성한다. 연산 증폭기(240)는 그 다음에 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 제1 및 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태들 및 정상적인 안정 동작 상태 중의 하나에서 안정적으로 동작하고 출력 노드(230)에서 출력 전압(Vbg)을 생성한다. 이때, 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에 오프셋 전압(Vos)을 생성하고 출력 전압(Vbg)을 입력 전압(Va) 및 오프셋 전압(Vos)의 합과 비교한다.
출력 전압(Vbg)이 입력 전압(Va) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 클 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 정상적인 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제시킨다.
출력 전압(Vbg)이 입력 전압(Va) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 작을 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 제1 또는 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 공급 전압을 입력 노드(210)에 접속시키고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)가 생성되어 스위치(250)를 통해 입력 노드(210)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 상승시키고, 이에 의해 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 재시동하게 되며, 즉, 바람직하지 않은 안정 동작 상태에서 원래의 불안정 동작 상태로 천이된다. 입력 전압(Va)이 입력 전압(Vb)보다 높게 상승할 때, 연산 증폭기(240)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 출력한다. 이로 말미암아 전류들(I1, I2, I3)이 각각 트랜지스터들(M1, M2, M3)을 통해 입력 노드들(210, 220) 및 출력 노드(230)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 더욱 상승시킨다. 입력 전압(Va)이 트랜지스터(Q1)의 컷인 전압까지 상승할 때, 트랜지스터(Q1)는 턴 온하고, 전류(I1b)는 트랜지스터(Q1)를 통해 흐른다. 이때, 전압(Vb)은 트랜지스터(Q2)의 컷인 전압까지 상승하고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온하며, 전류(I2b)는 저항(R4)를 통해 흐른다. 연산 증폭기(240)는 그런 다음 다시 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에서 정상적인 안정 동작 상태로 천이한다. 이때, 출력 전압(Vbg)은 입력 전압(Va) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 높게 상승한다. 이로 말미암아 전압 비교기(260)가 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성하게 된다. 이것은, 결국, 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제하게 하고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)의 생성이 멈추게 된다.
도 4의 디바이스(400)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 도 4의 디바이스(400)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해 이제 도 7의 방법(700)에 따라 설명한다.
초기 시동 이후, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에 있고, 입력 노드(210)에 입력 전압(Va) 그리고 입력 노드(220)에 입력 전압(Vb)을 생성한다. 연산 증폭기(240)는 그 다음에 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 제1 및 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태들 및 정상적인 안정 동작 상태 중의 하나에서 안정적으로 동작하고 출력 노드(230)에 출력 전압(Vbg)을 생성한다. 이때, 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에 오프셋 전압(Vos)을 생성하고 출력 전압(Vbg)을 입력 전압(Vb) 및 오프셋 전압(Vos)의 합과 비교한다.
전압(Vbg)이 입력 전압(Vb) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 클 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 정상적인 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제시킨다.
출력 전압(Vbg)이 입력 전압(Vb) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 작을 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 제1 또는 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 공급 전압을 입력 노드(210)에 접속시키고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)가 생성되어 스위치(250)를 통해 입력 노드(210)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 상승시키고, 이에 의해 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 바람직하지 않은 안정 동작 상태에서 원래의 불안정 동작 상태로 천이된다. 입력 전압(Va)이 입력 전압(Vb)보다 높게 상승할 때, 연산 증폭기(240)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 출력한다. 이로 말미암아 전류들(I1, I2, I3)이 각각 트랜지스터들(M1, M2, M3)을 통해 입력 노드들(210, 220) 및 출력 노드(230)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 더욱 상승시킨다. 입력 전압(Va)이 트랜지스터(Q1)의 컷인 전압까지 상승할 때, 트랜지스터(Q1)는 턴 온하고 전류(I1b)는 트랜지스터(Q1)를 통해 흐른다. 이때, 입력 전압(Vb)은 트랜지스터(Q2)의 컷인 전압까지 상승하고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온하고, 전류(I2b)는 저항(R4)을 통해 흐른다. 연산 증폭기(240)는 그런 다음 다시 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에서 정상적인 안정 동작 상태로 천이한다. 이때, 출력 전압(Vbg)은 입력 전압(Vb) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 높게 상승한다. 이로 말미암아 전압 비교기(260)가 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성하게 된다. 이것은, 결국, 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제하게 하고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)의 생성이 멈추게 된다.
도 5의 디바이스(500)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 도 5의 디바이스(500)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해 이제 도 7의 방법(700)에 따라 설명한다.
초기 시동 이후, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에 있고, 입력 노드(210)에 입력 전압(Va), 입력 노드(220)에 입력 전압(Vb), 그리고 노드(510)에 전압(VR1)을 생성한다. 연산 증폭기(240)는 그 다음에 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 제1 및 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태들 및 정상적인 안정 동작 상태 중의 하나에서 안정적으로 동작하고, 출력 노드(230)에 출력 전압(Vbg) 그리고 노드(520)에 전압(VR3)을 생성한다. 이때, 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에 오프셋 전압(Vos)을 생성하고 전압(VR3)을 전압(VR1) 및 오프셋 전압(Vos)의 합과 비교한다.
전압(VR3)이 전압(VR1) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 클 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 정상적인 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제시킨다.
전압(VR3)이 전압(VR1) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 작을 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 제1 또는 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태 중 하나에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 공급 전압을 입력 노드(210)에 접속시키고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)가 생성되어 스위치(250)를 통해 입력 노드(210)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 상승시키고, 이에 의해 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 바람직하지 않은 안정 동작 상태에서 원래의 불안정 동작 상태로 천이된다. 입력 전압(Va)이 입력 전압(Vb)보다 높게 상승할 때, 연산 증폭기(240)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 출력한다. 이로 말미암아 전류들(I1, I2, I3)이 각각 트랜지스터들(M1, M2, M3)을 통해 입력 노드들(210, 220) 및 출력 노드(230)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 더욱 상승시킨다. 입력 전압(Va)이 트랜지스터(Q1)의 컷인 전압까지 상승할 때, 트랜지스터(Q1)는 턴 온하고 전류(I1b)는 트랜지스터(Q1)를 통해 흐른다. 이때, 입력 전압(Vb)은 트랜지스터(Q2)의 컷인 전압까지 상승하고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온하며, 전류(I2b)는 저항(R4)을 통해 흐른다. 연산 증폭기(240)는 그런 다음 다시 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에서 정상적인 안정 동작 상태로 천이한다. 이때, 전압(VR3)은 전압(VR1) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 높게 상승한다. 이로 말미암아 전압 비교기(260)가 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성하게 된다. 이것은, 결국, 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제하게 하고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)의 생성이 멈추게 된다.
도 6의 디바이스(600)의 시동 전류 생성기(140)를 이용하여 도 6의 디바이스(600)의 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)를 시동시키는 예시적인 방법에 대해 이제 도 7의 방법(700)에 따라 설명한다.
초기 시동 이후, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에 있고. 입력 노드(210)에 입력 전압(Va), 입력 노드(220)에 입력 전압(Vb), 그리고 노드(610)에 전압(VR2)을 생성한다. 연산 증폭기(240)는 그 다음에 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 제1 및 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태들 및 정상적인 안정 동작 상태 중의 하나에서 안정적으로 동작하고, 출력 노드(230)에 출력 전압(Vbg) 그리고 노드(620)에 전압(VR3)을 생성한다. 이때, 전압 비교기(260)는 반전 입력 단자에 오프셋 전압(Vos)을 생성하고 전압(VR3)을 전압(VR2) 및 오프셋 전압(Vos)의 합과 비교한다.
전압(VR3)이 전압(VR2) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 클 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 정상적인 안정 동작 상태에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제시킨다.
전압(VR3)이 전압(VR2) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 작을 때, 즉, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)가 제1 또는 제2 바람직하지 않은 안정 동작 상태 중 하나에 있을 때, 전압 비교기(260)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 생성한다. 이로 말미암아 스위치(250)가 공급 전압을 입력 노드(210)에 접속시키고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)가 생성되어 스위치(250)를 통해 입력 노드(210)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 상승시키고, 이에 의해 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 바람직하지 않은 안정 동작 상태에서 원래의 불안정 동작 상태로 다시 천이된다. 입력 전압(Va)이 입력 전압(Vb)보다 높게 상승할 때, 연산 증폭기(240)는 출력 단자에 로우 전압 레벨을 출력한다. 이로 말미암아 전류들(I1, I2, I3)이 각각 트랜지스터들(M1, M2, M3)을 통해 입력 노드들(210, 220) 및 출력 노드(230)로 흐르게 된다. 이것은, 결국, 입력 전압(Va)을 더욱 상승시킨다. 입력 전압(Va)이 트랜지스터(Q1)의 컷인 전압까지 상승할 때, 트랜지스터(Q1)는 턴 온하고 전류(I1b)는 트랜지스터(Q1)를 통해 흐른다. 이때, 입력 전압(Vb)은 트랜지스터(Q2)의 컷인 전압까지 상승하고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온하며, 전류(I2b)는 저항(R4)을 통해 흐른다. 연산 증폭기(240)는 그런 다음 다시 입력 전압들(Va, Vb)을 실질적으로 동일하게 한다. 그 후에, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기(130)는 불안정 동작 상태에서 정상적인 안정 동작 상태로 천이한다. 이때, 전압(VR3)은 전압(VR2) 및 오프셋 전압(Vos)의 합보다 높게 상승한다. 이로 말미암아 전압 비교기(260)가 출력 단자에 하이 전압 레벨을 생성하게 된다. 이것은, 결국, 스위치(250)가 입력 노드(210)로부터 공급 전압의 접속을 해제하게 하고, 이에 의해 시동 전류(Istartup)의 생성이 멈추게 된다.
밴드갭 레퍼런스 전압 회로의 예시적인 실시예에서, 밴드갭 레퍼런스 전압 회로는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 및 시동 전류 생성기를 포함한다. 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 제1 전압 및 제2 전압을 생성하도록 구성된다. 시동 전류 생성기는 전압 비교기 및 스위치를 포함한다. 전압 비교기는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 둘다 접속되는 반전 입력 단자와 비반전 입력 단자, 및 출력 단자를 구비하고, 제1 전압을 제2 전압 및 오프셋 전압의 합과 비교하며, 비교 결과를 생성하도록 구성된다. 스위치는 전압 비교기의 출력 단자와 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 사이에 접속되고, 비교 결과에 기초하여 공급 전압을 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 선택적으로 접속시키도록 구성된다.
디바이스의 예시적인 실시예에서, 디바이스는 디바이스 회로, 및 디바이스 회로에 접속된 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 포함하고, 밴드갭 레퍼런스 전압 회로는 출력 전압을 디바이스 회로에 제공하도록 구성되며, 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 및 시동 전류 생성기를 포함한다. 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 제1 전압 및 제2 전압을 생성하도록 구성된다. 시동 전류 생성기는 전압 비교기 및 스위치를 포함한다. 전압 비교기는 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 둘다 접속되는 반전 입력 단자와 비반전 입력 단자, 및 출력 단자를 구비하고, 제1 전압을 제2 전압 및 오프셋 전압의 합과 비교하며, 비교 결과를 생성하도록 구성된다. 스위치는 전압 비교기의 출력 단자와 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기 사이에 접속되고, 비교 결과에 기초하여 공급 전압을 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기에 선택적으로 접속시키도록 구성된다.
밴드갭 레퍼런스 전압 회로의 동작 방법의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은, 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 이용하여 제1 전압 및 제2 전압을 생성하는 단계; 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 이용하여 제1 전압을 제2 전압 및 오프셋 전압의 합과 비교하는 단계; 및 밴드갭 레퍼런스 전압 회로를 이용하여 비교 결과를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명개시의 양태들을 본 발명분야의 당업자가 보다 잘 이해할 수 있도록 앞에서는 여러 개의 실시예들의 특징들을 약술해왔다. 본 발명분야의 당업자는 여기서 소개한 실시예들의 동일한 목적들을 수행하거나 및/또는 동일한 장점들을 달성하기 위한 다른 공정들 및 구조물들을 설계하거나 또는 수정하기 위한 기초로서 본 발명개시를 자신들이 손쉽게 이용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 발명분야의 당업자는 또는 이와 같은 등가적 구성들은 본 발명개시의 사상과 범위를 이탈하지 않는다는 것과, 본 발명개시의 사상과 범위를 이탈하지 않고서 당업자가 다양한 변경들, 대체들, 및 개조들을 본 발명에서 행할 수 있다는 것을 자각해야 한다.

Claims (7)

  1. 밴드갭 레퍼런스 전압 회로에 있어서,
    밴드갭 레퍼런스 전압 생성기; 및
    시동 전류 생성기
    를 포함하고,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는,
    반전 입력 단자와 비반전 입력 단자를 구비하는 연산 증폭기;
    제1 저항; 및
    상기 연산 증폭기의 상기 비반전 입력 단자와 상기 제1 저항에 직렬로 접속되는 제2 저항을 포함하고,
    상기 시동 전류 생성기는,
    출력 단자와, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항 사이에 접속되는 반전 입력 단자를 구비하는 전압 비교기; 및
    상기 연산 증폭기의 상기 반전 입력 단자와 상기 전압 비교기의 상기 출력 단자 사이에 접속되는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는, 상기 전압 비교기의 상기 출력 단자에 접속되는 게이트 단자와 상기 연산 증폭기의 상기 반전 입력 단자에 직접적으로 접속되는 소스/드레인 단자를 구비하는 트랜지스터를 포함하고,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 제2 출력 경로 저항과 직렬인 제1 출력 경로 저항에 결합되는 출력 노드를 포함하고, 상기 전압 비교기의 비반전 입력 단자는 상기 제1 출력 경로 저항 및 상기 제2 출력 경로 저항 사이에 접속되는 것인 밴드갭 레퍼런스 전압 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 비교기는, 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자로서의 역할을 하는 트랜지스터 단자를 구비하는 제1 트랜지스터, 및 상기 전압 비교기의 상기 반전 입력 단자로서의 역할을 하는 트랜지스터 단자를 구비하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터의 폭 대 길이("W/L") 비율보다 작은 W/L 비율을 갖는 것인 밴드갭 레퍼런스 전압 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자에 접속되고 밴드갭 레퍼런스 전압을 제공하기 위한 출력 노드를 포함하는 것인 밴드갭 레퍼런스 전압 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는, 출력 노드, 상기 출력 노드와 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들, 및 상기 저항들 사이에 위치하고 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자에 접속되는 노드를 포함하는 것인 밴드갭 레퍼런스 전압 회로.
  5. 디바이스에 있어서,
    디바이스 회로; 및
    상기 디바이스 회로에 접속되는 밴드갭 레퍼런스 전압 회로
    를 포함하고,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 회로는,
    밴드갭 레퍼런스 전압 생성기; 및
    시동 전류 생성기;
    를 포함하며,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는,
    반전 입력 단자와 비반전 입력 단자를 구비하는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 상기 비반전 입력 단자에 접속되는 제1 저항; 및
    제1 저항과 병렬로 접속되고, 제1 다이오드 접속된 트랜지스터 및 상기 연산 증폭기의 상기 비반전 입력 단자와 직렬로 접속되는 제2 저항을 포함하고,
    상기 시동 전류 생성기는,
    상기 연산 증폭기의 상기 비반전 입력 단자와 상기 제2 저항 사이에 접속되는 반전 입력 단자, 레퍼런스 전압 출력 노드에 결합되는 비반전 입력 단자, 및 출력 단자를 구비하는 전압 비교기; 및
    상기 전압 비교기의 상기 출력 단자와 상기 연산 증폭기의 상기 반전 입력 단자 사이에 직접적으로 접속되는 스위치를 포함하고,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자에 접속되고 밴드갭 레퍼런스 전압을 제공하기 위한 출력 노드를 포함하는 것인 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 비교기는, 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자로서의 역할을 하는 트랜지스터 단자를 구비하는 제1 트랜지스터, 및 상기 전압 비교기의 상기 반전 입력 단자로서의 역할을 하는 트랜지스터 단자를 구비하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터의 폭 대 길이("W/L") 비율보다 작은 W/L 비율을 갖는 것인 디바이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 밴드갭 레퍼런스 전압 생성기는, 출력 노드, 상기 출력 노드와 직렬로 접속된 한 쌍의 저항들, 및 상기 저항들 사이에 위치하고 상기 전압 비교기의 상기 비반전 입력 단자에 접속되는 노드를 포함하는 것인 디바이스.
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