NL7907161A - INTEGRATED TEMPERATURE COMPENSATED VOLTAGE REFERENCE. - Google Patents
INTEGRATED TEMPERATURE COMPENSATED VOLTAGE REFERENCE. Download PDFInfo
- Publication number
- NL7907161A NL7907161A NL7907161A NL7907161A NL7907161A NL 7907161 A NL7907161 A NL 7907161A NL 7907161 A NL7907161 A NL 7907161A NL 7907161 A NL7907161 A NL 7907161A NL 7907161 A NL7907161 A NL 7907161A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- signal
- temperature
- voltage
- specified value
- source
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
- G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
* fc* J* fc * J
if.O. 28.250 1if.O. 28,250 1
Geïntegreerde temperatuurgecompenseerde spanningsreferentie.Integrated temperature-compensated voltage reference.
De uitvinding heeft betrekking op geïntegreerde span-ningsreferenties. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op verbeterde middelen en werkwijzen voor tem-peratuurcompensaties van dergelijke spanningsreferenties en 5 op eenvoudige maatregelen waarmee dergelijke referenties op optimale wijze gecompenseerd kunnen worden.The invention relates to integrated voltage references. More particularly, the invention relates to improved means and methods for temperature compensations of such voltage references and to simple measures with which such references can be optimally compensated.
Geïntegreerde spanningsreferentieschakelingen maken over het algemeen gebruik van een junctiespanningsbron, zoals een zenerdiode, welke een aanzienlijke temperatuur-10 coëfficiënt vertoont die gecompenseerd moet worden. Voor veel referentie inrichtingen kan de relatie tussen de spanning en de temperatuur worden benaderd door:Integrated voltage reference circuits generally use a junction voltage source, such as a zener diode, which exhibits a significant temperature coefficient to be compensated. For many reference devices, the relationship between voltage and temperature can be approximated by:
Tdev = TK + «d-%) verg.1 waarin ^dev de klemspanning van de inrichting is bij een 15 temperatuur T en Vg en Tg constanten zijn terwijl α een coefficient is die varieert met de verwerking van de inrichting.Tdev = TK + «d-%) eq.1 where ^ dev is the terminal voltage of the device at a temperature T and Vg and Tg are constants while α is a coefficient that varies with the processing of the device.
Om met de temperatuurvarierende spanningen te compenseren kan het uitgangssignaal van een dergelijke inrichting 20 worden opgeteld bij een compensatiespanning, bijvoorbeeld geleverd door een bij een zekere bandafstand werkende junc-tiebron met een temperatuurcoefficient tegengesteld aan die van de inrichting en met een dusdanige schaalfactor dat het gewenste uitgangsspanningsniveau wordt verkregen. De ken-*.In order to compensate with the temperature-varying voltages, the output signal of such a device 20 can be added to a compensation voltage, for example supplied by a junction source operating at a certain band gap with a temperature coefficient opposite to that of the device and with a scale factor such that the desired output voltage level is obtained. The characteristic *.
25 merken van een dergelijke gecompenseerde spanningsreferentie inrichting kunnen worden weergegeven door de volgende relatie: 7ref = ^ ÜC^go - βΤ)6> V^ + ® (T-Tg)] verg.2 waarin V^q de bandafstandspanning is, β de temperatuurco-30 efficient voor een in voorwaartse richting voorgespannen junctie is, een evenredigheidsfactor tussen de spanningsreferentie inrichting en de compenserende inrichting en λ een algehele schaalfactor is nodig voor het bereiken van een bepaalde specifieke spanningswaarde.25 marks of such a compensated voltage reference device can be represented by the following relationship: 7ref = ^ ÜC ^ go - βΤ) 6> V ^ + ® (T-Tg)] eq. 2 where V ^ q is the band gap voltage, β de temperature co-efficient for a forward biased junction, a proportionality factor between the voltage reference device and the compensating device and λ an overall scale factor is required to achieve a specific voltage value.
35 Een dergelijke inrichting heeft twee vrijheidsgraden voor afregeldoeleinden vertegenwoordigt symbolisch door (helling) en Λ (schaalfactor) in de bovenstaande vergelijking (2). Een mogelijkheid voor het afregelen van de in- 790 71 6 1 ' 2 I * <* richting voor een bepaalde bedrijfskarakteristiek is het gebruik van een door een computer bepaald algoritme voor het instellen van op de juiste waarde voor het minimaliseren van de temperatuurafhankelijke variaties voor een be-5 rekende waarde van α en het vervolgens naregelen van A teneinde het gespecificeerde uitgangsspanningsniveau Y ^ te bereiken. Deze procedure vergt derhalve twee afzonderlijke afregelstappen, een voor elk van de twee vrijheidsgraden van de stuurschakeling. De ervaring heeft echter 10 geleerd dat een dergelijke procedure ongewenst complex en kostbaar in uitvoering is en alhoewel een dergelijke procedure commerci'éel wordt toegepast wordt er niet op geheel bevredigende wijze een gewenst gedrag mee verkregen. Er bestaat derhalve een duidelijke behoefte aan verbetering.Such an arrangement has two degrees of freedom for adjustment purposes represented symbolically by (slope) and Λ (scale factor) in the above equation (2). One possibility to adjust the direction for a given operating characteristic is to use a computer-determined algorithm to set the correct value to minimize temperature-dependent variations for the operating characteristic. a calculated value of α and then adjusting A to achieve the specified output voltage level Y ^. This procedure therefore requires two separate adjustment steps, one for each of the two degrees of freedom of the control circuit. However, experience has taught that such a procedure is undesirably complex and expensive to perform, and although such a procedure is used commercially, it does not quite satisfactorily achieve a desired behavior. There is therefore a clear need for improvement.
15 Volgens een belangrijk kenmerk van de uitvinding is nu gebleken dat belangrijk betere resultaten bereikt kunnen worden met behulp van een werkwijze waarbij de afregeling van een enkel element van het circuit van een spanningsreferen-tieschakeling wordt toegepast voor het tegelijkertijd ver-20 anderen van de twee variabele factoren (vertegenwoordigt door λ en <s in vergelijking 2) , waarbij de uitgangsspanning en de temperatuurafhankelijkheid van de spanningsreferen-tieschakeling wordt bestuurd. Meer in het bijzonder wordt volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, een 25 afregelweerstand gebruikt voor het afregelen van de referentie uitgangsspanning op de gespecificeerde waarde waarmee tegelijkertijd éen temperatuurcompensatiestuurschakeling wordt gewijzigd teneinde een optimale temperatuurcompensatie te verkrijgen op het punt waar de referentie uitgangsspan-30 ning gelijk is aan de gespecificeerde waarde.According to an important feature of the invention it has now been found that significantly better results can be achieved by a method in which the adjustment of a single element of the circuit of a voltage reference circuit is used for simultaneously changing the two variable factors (represented by λ and <s in equation 2), controlling the output voltage and temperature dependence of the voltage reference circuit. More specifically, according to a preferred embodiment of the invention, an adjustment resistor is used to adjust the reference output voltage to the specified value simultaneously changing one temperature compensation control circuit to obtain an optimum temperature compensation at the point where the reference output voltage equals is at the specified value.
Met andere woorden, het is gebleken dat de twee tot nu toe gebruikte vrijheidsgraden voor het geheel afregelen van elke spanningsreferentieschakeling gereduceerd kunnen worden tot een enkele vrijheidsgraad, waarmee het gedrag 35 van de spanningsreferentieschakeling wordt verbeterd en tegelijkertijd het fa brika ge proces wordt vereenvoudigd. Het reduceren van de afregelprocedure tot een enkele vrijheidsgraad kan in mathematische zin worden begrepen doordat de variabele A afhankelijk wordt van S uitgaande van de topolo-40 gie van de bijbehorende stuurschakeling voor de compenseren- 7907161 * * 3 de spanningsbron. De afhankelijkheidsrelatie kan als volgt worden uitgedrukt i Tref1 λ = V ' ^GÖLa% ΤβΓδ·3 waarin Vreff de gespecificeerde uitgangsspanning is.In other words, it has been found that the two degrees of freedom used to fully adjust each voltage reference circuit can be reduced to a single degree of freedom, thereby improving the behavior of the voltage reference circuit while simplifying the manufacturing process. The reduction of the adjustment procedure to a single degree of freedom can be understood in a mathematical sense in that the variable A becomes dependent on S from the topology of the associated control circuit for the compensating 7907161 * * 3 voltage source. The dependency relationship can be expressed as follows i Tref1 λ = V '^ GÖLa% ΤβΓδ · 3 where Vreff is the specified output voltage.
5 De uitgang^spanning kan worden uitgedrukt als5 The output voltage can be expressed as
Tref " VK+ sïG0-aIK KTGO_p!r)e +Ve(I*TK>] Terg.4Enter "VK + sïG0-aIK KTGO_p! R) e + Ve (I * TK>] Terg.4
De uiteindelyke uitdrukking wordt dan gelijk aan:The final expression then becomes equal to:
Tref = Vref' · gTS04- - 0¾ + 7erg.5 V «=TGO " ®% 10 waarin <S de overblijvende afregelparameter is.Tref = Vref '· gTS04- - 0¾ + 7erg.5 V «= TGO" ®% 10 where <S is the remaining adjustment parameter.
Volgens een verder kenmerk van de uitvinding wordt Igjj afregeling van Vrei op de gespecificeerde waarde de term (α-ββ) gelijk aan nul, dat wil zeggen p* = a, waarbij de gewenste gelijkheid wordt bereikt binnen de grenzen van het 15 model.According to a further feature of the invention, Igjj adjustment of Vrei to the specified value becomes the term (α-ββ) equal to zero, ie p * = a, achieving the desired equality within the limits of the model.
Andere doelstellingen kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de in de figuren geïllustreerde en in het volgende beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding.Other objects, features and advantages of the invention will become apparent from the embodiments of the invention illustrated in the Figures and described in the following.
20 Figuur 1 toont een vereenvoudigd schema als illustra tie van de basisconfiguratie van een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding.Figure 1 shows a simplified diagram illustrating the basic configuration of a preferred embodiment of the invention.
Figuur 2 toont een schema met details van een span-ningsreferentieschakeling gebaseerd op de in figuur 1 ge-25 illustreerde principes.Figure 2 shows a schematic with details of a voltage reference circuit based on the principles illustrated in Figure 1.
Figuur 5 toont in de vorm van een grafiek de relatie’’ tussen spanning en temperatuur bij diverse klassen van spanningsbronnen.Figure 5 shows in graph form the relationship between voltage and temperature at various classes of voltage sources.
In figuur 1 is een spanningsreferentieschakeling vol-30 gens de uitvinding getoond voorzien van een zenerdiode-spanningsbron 10 met een elektrode verbonden met de uit-gangsleiding 12 van een operationele versterker 14. De diode is via een negatieve terugkoppelweg gekoppeld met de inverterende ingangsaansluiting 16 van de versterker, die 35 anderzijds via de weerstand 18 verbonden is met de gemeenschappelijke of aardleiding 20.Figure 1 shows a voltage reference circuit according to the invention comprising a zener diode voltage source 10 having an electrode connected to the output line 12 of an operational amplifier 14. The diode is coupled to the inverting input terminal 16 of a negative feedback path. the amplifier, which on the other hand is connected via the resistor 18 to the common or earth conductor 20.
De zenerdiode 10 is gevormd als deel van een chip van een geïntegreerde schakeling samen met bijbehorende stuur-schakelingen zoals getoond is in figuur 2. De chip zal ver- 790 71 6 t ï ^ 4 der (niet getoonde) schakelingen bevatten die de opgewekte gestabiliseerde referentiespanning nodig hebben zoals dat in het volgende zal worden beschreven· Bij voorkeur is de zenerdiode uitgevoerd als een inrichting met een zoge-5 naamde begraven laag, bijvoorbeeld een inrichting als in detail beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 801,410 ingediend op 27 mei 1977 eveneens ten name van aanvraagster· De potantiaal van de niet inverterende aansluiting 22 van de versterker 14 wordt bepaald door een stuurschakeling 10 die in zijn algemeenheid aangeduid is met 24 en voorzien is van een tweede spanningsbron. Deze schakeling bevat de in serie aangesloten aan elkaar aangepaste transistoren en Q2 elk met een emitterweerstand en R2· De collector van Q2 is verbonden met de uitgangsleiding 12 en de emitter-15 weerstand is verbonden met de aardleiding. Een uit drie weerstanden opgebouwde spanningsdeler 26, 28, 30 is aangebracht voor het fixeren van de basisspanningen van de transistoren Q/| en Q2 °P voorsdT bepaalde spanningsniveau's zoals nog in het volgende zal worden beschreven.Zener diode 10 is formed as part of a chip of an integrated circuit together with associated drivers as shown in Figure 2. The chip will further contain 790 71 6 t 4 of the circuits (not shown) containing the generated stabilized need reference voltage as will be described in the following. Preferably, the zener diode is configured as a device with a so-called buried layer, for example, a device as described in detail in U.S. Patent Application 801,410 filed May 27, 1977 also of applicant · The potential of the non-inverting connection 22 of the amplifier 14 is determined by a control circuit 10 which is generally indicated by 24 and which is provided with a second voltage source. This circuit contains the series-matched transistors and Q2 each with an emitter resistor and R2 · The collector of Q2 is connected to the output line 12 and the emitter-15 resistor is connected to the ground wire. A three-resistance voltage divider 26, 28, 30 is provided for fixing the base voltages of the transistors Q / | and Q2 ° P for sDT certain voltage levels as will be described further below.
20 De terugkoppelschakeling van de operationele verster ker 14 zorgt ervoor dat de ingangsaansluitingen 16 en 22 dezelfde potentiaal zullen hebben zodat de versterkeruit-gangsspanning 7q gezien kan worden als de som van de diode-spanning 7^ en de spanning geleverd aan de niet inverteren-25 de aansluiting 22. Er wordt opgemerkt dat vanwege het bijzondere brugtype van de getoonde schakeling de spanning op de aansluiting 22 eveneens afhangt van de uitgangsspanning 7q. Deze afhankelijkheid is echter geen vereiste volgens de uitvinding, er kunnen ook andere typen schakelingen worden 30 gebruikt voor het combineren van de zenerspanning met de compensatiespanning.The feedback circuit of the operational amplifier 14 ensures that the input terminals 16 and 22 will have the same potential so that the amplifier output voltage 7q can be regarded as the sum of the diode voltage 7 ^ and the voltage supplied to the non-inverting-25. the terminal 22. It is noted that because of the particular bridge type of the circuit shown, the voltage at the terminal 22 also depends on the output voltage 7q. However, this dependence is not a requirement according to the invention, other types of circuits can also be used to combine the zener voltage with the compensation voltage.
De uitgangsreferentiespanning 7q kan worden beschouwd als een functie van de waarden van de schakelingselementen en de significante parameters welke nog aan de orde komen.The output reference voltage 7q can be considered as a function of the values of the circuit elements and the significant parameters still to be discussed.
35 Een gedetailleerde afleiding van deze relatie is gegeven in de appendix aan het einde van deze beschrijving. Zoals in deze afleiding is getoond kan de uitgangsspanning worden geschreven als: V. + {ψ- - 1) ïbeA detailed derivation of this relationship is provided in the appendix at the end of this description. As shown in this derivation, the output voltage can be written as: V. + {ψ- - 1) bebe
Tn = a K1 verg.UTn = a K1 equ. U
40 0 1 -f* »2e- 7 90 7 1 6 f * -¾ 5 waarin V de zenerdiodespanning en 7^e de basis-emitter-spanning is (van ofwel ofwel Q2)» terwijl verder 6 de evenredigheidsfactor is voor de basisspanning van ^ (dat wil zeggen Y^2 = & Vq) » S is de evenredigheids factor voor 5 de basisspanning van en B^, B2 zijn weerstandswaarden.40 0 1 -f * »2e- 7 90 7 1 6 f * -¾ 5 where V is the Zener diode voltage and 7 ^ e is the base-emitter voltage (of either either Q2)» while further 6 is the proportionality factor for the base voltage of ^ (ie Y ^ 2 = & Vq) »S is the proportionality factor for 5 the base voltage of and B ^, B2 are resistance values.
Yoor het bepalen van een groep van relaties voor een nul-1emperatuurcoëfficient kan de afgeleide van vergelijking 1A worden genomen naar de temperatuur en gelijk worden gesteld aan nul hetgeen oplevert:By determining a group of relations for a zero-1 temperature coefficient, the derivative of equation 1A can be taken to the temperature and equated to zero giving:
10 E2 oC10 E2 oC
= Λ + y verg.2A= Λ + y compare 2A
waarin^gedefinieerd is als ^ Υ^θ, ^etgeen bij benadering gelijk is aan (Y^Q - waarbió als reeds eerder beschreven gelijk is aan ^ 7^; en 7go de bandafstandsspan-15 ning is.where ^ is defined as ^ Υ ^ θ, ^ ethereal is approximately equal to (Y ^ Q - where as previously described equals ^ 7 ^; and 7go is the band gap voltage.
Yoor het afleiden van verdere noodzakelijke vereisten voor nul-temperatuurcoefficient omstandigheden kan vergelijking 1A verder worden uitgewerkt als:For deriving further necessary requirements for zero temperature coefficient conditions, equation 1A can be further elaborated as:
~T + (Tgo-ZD~ T + (Tgo-ZD
20 VQ--^ - verg.JA20 VQ - ^ - compare YES
E1 waarin en constanten zijn (zie verg. 1) en T de temperatuur van de inrichting is.E1 in which and are constants (see equ. 1) and T is the temperature of the device.
Yergelijking 3A kan verder worden ontwikkeld door ge-25 bruik maken van verg. 2A hetgeen oplevert: x \ + * (¾ - %)Equation 3A can be further developed using eq. 2A yielding: x \ + * (¾ -%)
T0(^) = ----T7— verg.4AT0 (^) = ---- T7— compare 4A
1 - £ + e (1 + -*-) waarin YK» %’ een f constanten zijn.1 - £ + e (1 + - * -) where YK are "%" an f constants.
30 Het bepalen van de afgeleide van vergelijking 4A naar <Λ en gelijkstellen aan nul levert op: T60 6Determining the derivative of equation 4A to <Λ and equating it to zero gives: T60 6
ψ - ï ^ " T-i ♦ €- Verg-5Aψ - ï ^ "T-i ♦ € - Verg-5A
Wanneer deze relatie is bepaald dan zal 7q onafhankelijk van ff zijn. Dat wil zeggen de stuur schakeling zal de gewenste resultaten bereiken ongeacht de betreffende zenerdiode die wordt toegepast.When this relationship is determined, 7q will be independent of ff. That is, the driver circuit will achieve the desired results regardless of the particular zener diode being used.
Omdat de bepaalde parameters geldig moeten zijn voor elke a kan nog een verdere relatie voor €- en ó worden op- 790 7 1 6 f 6 ί ·* gesteld door uit te gaan van α = 0 in vergelijking 4A:Since the determined parameters must be valid for each a, a further relationship for € - and ó can be put on 790 7 1 6 f 6 ί · * by assuming α = 0 in equation 4A:
YKYK
tt“ = 1 - ζ + € verg.6Att “= 1 - ζ + € comp. 6A
v0v0
De vergelijkingen 5& en 6A kunnen worden opgelost voor&en^ :Equations 5 & and 6A can be solved for & and ^:
5 ^= (VG0 " (Γ %^0 verg.7A5 ^ = (VG0 "(Γ% ^ 0 compare 7A
„ Yir"Yir
ς) = 1 + β - verg.8Aς) = 1 + β - equ. 8A
Deze relaties zijn afgeleid om. een nul-teipperatuurcoëffi-cient te verkrijgen bij een bepaalde uit gangs spanning. Op de-10 zelfde wijze kunnen echter gemodificeerde relaties worden afgeleid voor andere soorten besturing van de temperatuur-coëfficient afhankelijk van het afregelen van de uitgangs-spanning op een gespecificeerde waarde. Er zijn bijvoorbeeld toepassingen waarin een bepaalde niet aan nul gelijk zijnde 15 temperatuurcoefficient van de gespecificeerde referentie-spanning wordt geëist, bijvoorbeeld om het gedrag van de referentieschakeling aan te passen aan de eigenschappen van een andere schakeling. Bovendien kan de hierin beschreven stuurfunctie worden gebruikt in toepassingen waarin 20 verschillende uitgangsspanningen nodig zijn voor, individuele eenheden van een groep, waarbij voor elk van de uitgangs-spanningen een corresponderend verschillende temperatuur-coëfficient-vereiste geldt. De wijze waarop de uitvinding wordt toegepast zal dus afhangen van het betreffende op te 25 lossen applicatieprobleem.These relationships are derived from. obtain a zero-tipperature coefficient at a given output voltage. In the same manner, however, modified relationships can be derived for other types of temperature coefficient control depending on adjusting the output voltage to a specified value. For example, there are applications in which a certain non-zero temperature coefficient of the specified reference voltage is required, for example, to adapt the behavior of the reference circuit to the properties of another circuit. In addition, the control function described herein can be used in applications where 20 different output voltages are required for individual units of a group, each of the output voltages having a correspondingly different temperature coefficient requirement. The manner in which the invention is applied will thus depend on the particular application problem to be solved.
ïn het geval van de schakeling van figuur 1 waarin de schakeling wordt gebruikt voor het bereiken van een nul-temperatuurcoëfficient kunnen de nummerieke waarden voor € en & worden verkregen door het invullen van experimenteel 50 bepaalde waarden voor Vg en Tg in de vergelijkingen 7& 8A samen met; de bekende waarde voorV^Q, een berekende waarde voor jf (uitgaande van de definitie in vergelijking 1A met een bekende waarde voor &e genweste waarde voor Vq.In the case of the circuit of Figure 1 in which the circuit is used to achieve a zero temperature coefficient, the numerical values for € and & can be obtained by entering experimentally determined values for Vg and Tg in equations 7 & 8A together with; the known value for V ^ Q, a calculated value for jf (assuming the definition in equation 1A with a known value for & e nested value for Vq.
Vg en Tg worden experimenteel bepaald door spanning-tempe-35 ratuur-metingen aan een groot aantal zenerdioden met begraven laag en kenmerkende geëxtrapoleerde waarden zijn:Vg and Tg are determined experimentally by voltage-temperature measurements on a large number of buried layer zener diodes and typical extrapolated values are:
Vg = 4,7^ en Tg = -383°K. De waarde van VfeeQ is 0,655 bij Tq = 300°K. Uitgaande van een'gespecificeerde waarde Vq = 10 worden de evenredigheidsfactoren gelijk aan: 790 7 1 6 i 7 ·— G = 0,1960 — β= 0,7220...Vg = 4.7 ^ and Tg = -383 ° K. The value of VfeeQ is 0.655 at Tq = 300 ° K. Assuming a specified value Vq = 10, the proportionality factors become: 790 7 1 6 i 7 - - G = 0.1960 - β = 0.7220 ...
Vervolgens worden door een geschikte keuze van de weerstanden 26, 28 en 30 basisspanningen T^ei en Y^e2 in-5 gesteld van 1,960 en 7,220 Volt, en de schakeling uit fig.Subsequently, by suitable selection of resistors 26, 28 and 30, base voltages T1e1 and Y1e2 are set at 1.960 and 7.220 Volts, and the circuit shown in FIG.
1 zal een optimale temperatuurcompensatie vertonen wanneer de ene of de andere emitter weerstand R^ of S2 zodanig is ingesteld dat de gespecificeerde uitgangsspanning van 10 Volt wordt bereikt.Welke weerstand R^ of R2 wordt afgere-10 geld hangt af van het feit of de initieel gemeten uit-gangsspanning zich bevindt boven of onder de 10 Volt.1 will show optimum temperature compensation when one or the other emitter resistor R ^ or S2 is set to achieve the specified output voltage of 10 Volts. Which resistor R ^ or R2 is applied depends on whether the initial measured output voltage is above or below 10 Volts.
Voor een reeks experimenteel gemeten waarden voor α voor een groot aantal eenheden van de klasse zenerdioden die in een integratieproces worden toegepast zoals in het 15 bovenstaande werd beschreven zijn de corresponderende waarden voor I^/R/j by benadering praktisch bepaald. Verwijzend naar vergelijking 25. zijn de gemeten waarden voor α corresponderend met gemeten zener spanningen V^ (bij 300°K) gelijk aan 6,0 en 6,6 gesubsitueerd waaruit blijkt dat: 20 het minimum van R2/B^ = 1,966 (voor Vz =6,0) het maximum van R2/R^ = 2,426 (voor Vz =6,6).For a series of experimentally measured values of α for a large number of units of the class Zener diodes used in an integration process as described above, the corresponding values for I / R / j are approximately determined. Referring to equation 25., the measured values for α corresponding to measured zener voltages V ^ (at 300 ° K) are equal to 6.0 and 6.6, showing that: the minimum of R2 / B ^ = 1.966 (for Vz = 6.0) the maximum of R2 / R ^ = 2.426 (for Vz = 6.6).
Figuur 2 toont details van een voorkeursuitvoeringsvorm van de schakeling volgens de uitvinding getoond in figuur 1 welke schakeling in hoofdzaak in het bovenstaande 25 reeds werd beschreven. In figuur 2 vormen Q^^2 en de basiselementen van de operationele versterker 14. De zener-diode Dg heeft Kelvin-aansluitingen met kracht- en richting- elektroden in wezen op dezelfde potantiaal. De ene elektrode is aangesloten op de inverterende ingangsaanslui-30 ting 16 en de andere is via een weerstand R^j (referentie-cijfer 18 in figuur 1) verbonden met de gemeenschappelijke leiding 20. De transistoren en corresponderen met Q2 en in figuur 1, de weerstanden R^g en R^g corresponderen met de weerstanden R2, R^ en de weerstanden R,^, 35 en corresponderen met de weerstanden 26, 28 en 30.Figure 2 shows details of a preferred embodiment of the circuit according to the invention shown in Figure 1, which circuit has already been substantially described above. In Figure 2, Q ^ 2 and the basic elements of the operational amplifier 14. The zener diode Dg has Kelvin terminals with power and direction electrodes essentially at the same potential. One electrode is connected to the inverting input terminal 16 and the other is connected to the common lead 20 through a resistor R ^ (reference 18 in Figure 1). The transistors correspond to Q2 and in Figure 1, the resistors R ^ g and R ^ g correspond to the resistors R2, R ^ and the resistors R, ^, 35 and correspond to the resistors 26, 28 and 30.
De versterkerschakeling uit figuur 2 is in principe uitgevoerd als een symetrisehe balansconfiguratie. levert de collectorstroom aan Q^2 en §113· Re collector van ontvangt de emitterstromen van Q^2 en ^113 en 40 zorgt voor de afregeling van een totale correcte stroom. De 790 7 1 6 1 J % 8 basis van wordt bestuurd via de spanningstranslatie- tr8nsistor Q^g en de afregelweerstand B^q via stroom vanaf de linker collector van en Q>|^jo ζ^η buffertransistoren. De stroom in Q^q9 5 wordt bestuurd door Q^q5 ^ie aa&gepast is aan om gelij ke stromen te leveren. De stroom van Q^o4· passeert door ^106 liie aanSepast is aan Q^y, zodat de stroom van Q^y en de stroom van aan elkaar gelijk zullen zijn en gelijk zullen zijn aan de stroom van Alhoewel de basis stromen 10 van Q>|09 en Q>j>j4 eins fouten kunnen vertonen worden dergelijke fouten gebalanceerd met betrekking tot ^113» zodat ze als gevolg van de schakelingssymetrie de neiging hebben om geëlimineerd te worden.The amplifier circuit of Figure 2 is in principle designed as a symmetrical balance configuration. supplies the collector current to Q ^ 2 and §113 · Re collector of receives the emitter currents of Q ^ 2 and ^ 113 and 40 adjusts a total correct current. The 790 7 1 6 1 J% 8 base of is controlled via the voltage translation transistor Q ^ g and the adjustment resistor B ^ q via current from the left collector of and Q> | ^ jo ζ ^ η buffer transistors. The current in Q ^ q9 5 is controlled by Q ^ q5 ^ which is adapted to provide equal flows. The current of Q ^ o4 · passes through ^ 106 which is matched to Q ^ y, so that the current of Q ^ y and the current of will be equal and equal to the current of Although the base currents of Q > | 09 and Q> j> j4 may also exhibit errors, such errors are balanced with respect to ^ 113 »so that they tend to be eliminated due to circuit symmetry.
^103 voerS eeh eventuele extra stroom vereist door 15 ^115? ^116* ^111 levert een bescherming voor de uitgangs-bu£fer Q^q. De linker emitter van doet dienst voor het starten van de schakeling.^ 103 feeds any additional power required by 15 ^ 115? ^ 116 * ^ 111 provides protection for the output buffer Q ^ q. The left emitter is used to start the circuit.
Figuur 3 illustreert op grafische wijze de in het bovenstaande aan de hanii van figuur 1 reeds besproken spanning-20 temperatuur-relati'es voor het bereiken van een optimale temperatuurcompensatie door afregeling van de referentie uitgangsspanning op zijn gespecificeerde waarde. De grafiek toont twee rechte lijnen en Z% die de limietwaarden 'aangeven voor het variariegebied van de gemeten spanning-tem-25 peratuur-karakteristieken voor een groot aantal zener-dioden met een begraven laag. De helling van deze lijnen (et/] en vertegenwoordigen de afgeleide van de in het bovenstonde beschreven spanning-temperatuur-relatie. Extra polatie van deze lijnen (en lijnen voor tussenliggende niet 30 getoonde waarden) naar links resulteert in een doorsnijding in een gemeenschappelijk gebied gecentreerd rond een bepaalde spanning % en een bijbehorende temperatuur Tg. (Opgemerkt wordt dat voor de hierin getoonde gemeten waarden de doorsnijding plaats vindt bij een temperatuur onder het 35 absolute nulpunt waar dus geen fysische tegenpool tegenover staat en hetgeen alleen voor het ontwerp betekenis heeft). Met een gemeenschappelijk snijpunt en tenminste bij benadering rechtlijnige karakteristieken kan de spanning-temperatuur-karakteristiek van deze zenerdiode-klasse van 40 spanningsbronnen zoals in het bovenstaande reeds werd opge- 790 7 1 6 f 9 merkt worden gerepresenteerd door: 7aev = + « (i - iK) waarin α de helling van elke kromme aangeeft.Figure 3 graphically illustrates the voltage-temperature relationships discussed above to the hanii of Figure 1 for achieving optimum temperature compensation by adjusting the reference output voltage to its specified value. The graph shows two straight lines and Z% indicating the limit values for the variance range of the measured voltage-temperature characteristics for a large number of buried layer zener diodes. The slope of these lines (et /] and represent the derivative of the voltage-temperature relationship described in the above. Additional polarization of these lines (and lines for intermediate values not shown) to the left results in a cut in a common area centered around a certain voltage% and an associated temperature Tg. (It should be noted that for the measured values shown herein, the intersection takes place at a temperature below the absolute zero point so that there is no physical opposite to it and which is of significance only for the design) With a common intersection and at least approximately rectilinear characteristics, the voltage-temperature characteristic of this zener diode class of 40 voltage sources, as already noted above, can be represented by: 7aev = + «( i - iK) where α indicates the slope of each curve.
Verder zyn er in figuur 3 twee extra rechte lijnen 5 en J2 getoond als vertegenwoordiging van de limieten van het gebied van de spanning-temperatuur-karakteristieken voor de spanning gecombineerd met de zenerspanning en afgeleid van de compenserende spanningsbron 24 voorzien van een bandaf stands junctie. Ook deze lijnen snijden elkaar en 10 de stuurschakeling van de compenserende spanningsbron is dusdanig ontworpen dat dit snijpunt ligt bij een temperatuur Tg, dat wil zeggen op dezelfde vertikale lijn als het gemeenschappelijke snijpunt van de zenerkarakteristieken Z^ en Z2·Furthermore, in Figure 3, two additional straight lines 5 and J2 are shown as representing the limits of the range of the voltage-temperature characteristics for the voltage combined with the zener voltage and derived from the compensating voltage source 24 provided with a band gap junction. These lines also intersect and the control circuit of the compensating voltage source is designed such that this intersection is at a temperature Tg, ie on the same vertical line as the common intersection of the zener characteristics Z ^ and Z2 ·
De stuurschakeling is verder dusdanig ontworpen dat het 15 gemeenschappelijke snijpunt bij de compensatiespanning Vj een grootte heeft die zodanig is dat bij combinatie van Vj en 7K de samengestelde spanning gelijk zal zijn aan de gespecificeerde referentie uitgangsspanning, in dit geval 10 Volt. let een dergelijke afregeling van de referentiespanning 20 voor het leveren van de gespecificeerde uitgangsspanning van 10 Volt waarbij in feite de helling van de compenserende spanningsbronlijn binnen het gebied tussen en J2 wordt gewijzigd zal automatisch de uiteindelijk afgeregelde helling van de kromme worden verkregen met een inverse aanpas-25 sing (dat wil zeggen complementaire relatie) aan de helling van de karakteristieke lijn Z^ van de betreffende zenerdiode die de basisbron vormt in de spanningsreferentieschakeling. De temperatuurcoëfficient van de spanningsreferentiescha-keling zal derhalve optimaal gelijk zijn aan nul of daar zeer 30 dichtbij zijn als gevolg van het afregelen van de uitgangsspanning op de gespecificeerde waarde.The control circuit is further designed such that the common intersection at the compensation voltage Vj has a magnitude such that when combined Vj and 7K the composite voltage will be equal to the specified reference output voltage, in this case 10 Volts. note such adjustment of the reference voltage 20 to provide the specified output voltage of 10 Volts, in fact changing the slope of the compensating voltage source line within the range between and J2, the final adjusted slope of the curve will automatically be obtained with an inverse adjustment -25 sing (i.e. complementary relationship) to the slope of the characteristic line Z ^ of the respective zener diode which forms the base source in the voltage reference circuit. The temperature coefficient of the voltage reference circuitry will therefore be optimally equal to zero or very close to it due to the adjustment of the output voltage to the specified value.
Alhoewel een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding in het bovenstaande in detail is beschreven zal het duidelijk zijn dat de voorkeursuitvoeringsvorm slechts als 35 illustratie van de principes van de uitvinding is getoond zonder daarbij de uitvinding te beperken. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding kan worden gebruikt voor het compenseren van diverse typen basisspanningsbronnen en dat de compensatiemiddelen gebruik kunnen maken van diverse typen 40 compenserende spanningsbronnen samenwerkend met de basis- 790 7 1 6 1 4 V- Ίρ 10 spanningsbron. Bovendien kan een groot aantal verschillende stuurschakelingen worden toegepast voor het implementeren van de basisgedachten volgens de uitvinding. Binnen het kader van de uitvinding zal de deskundige de uitvinding 5 kunnen toepassen voor een groot aantal verschillende toe-passingsgevallen.Although a preferred embodiment of the invention has been described in detail above, it will be appreciated that the preferred embodiment is shown merely as an illustration of the principles of the invention without limiting the invention. It will be clear that the invention can be used to compensate for various types of base voltage sources and that the compensation means can use various types of compensating voltage sources cooperating with the basic 790 7 1 6 1 4 V-10 voltage source. In addition, a wide variety of control circuits can be used to implement the basic concepts of the invention. Within the scope of the invention, the person skilled in the art will be able to apply the invention for a large number of different application cases.
' AppendixAppendix
Omdat de ingangsaansluitingen van de versterker 14 dezelfde potentiaal hebben kan de volgende gelijkheid worden 10 genoteerd: -r T0 - T, - ‘ Tb· - ij (6T0 - 7be>Since the input terminals of amplifier 14 have the same potential, the following equality can be noted: -r T0 - T, - "Tb · - ij (6T0 - 7be>
R ' RR 'R
15 -5T0 + e. jji . T0 = vz - Tbe + vbe15 -5T0 + e. jji. T0 = vz - Tbe + vbe
R RR R
v0 Ό - <S + € jq) - + (jq - 1) vbe 20 • T + (jr -1> Tbev0 Ό - <S + € jq) - + (jq - 1) vbe 20 • T + (yr -1> Tbe
* z g1_ verg. 1A* z g1_ compare. 1A
ü 17 ^ “ ti + ^ 17 25 .. ^ dV„ E~ dVv« y__3_ Γ _- + (— - -n _£®ίü 17 ^ “ti + ^ 17 25 .. ^ dV„ E ~ dVv «y__3_ Γ _- + (- - -n _ £ ®ί
dT V0 " 1 _ ^ + ^E2 L dT + 'kE1 |; dT JdT V0 "1 _ ^ + ^ E2 L dT + 'kE1 |; dT J
Rp dVz/dT d!T0 50 “ 1 = " d?be/dï waarb3j W~ = 0 R2 ^ d7z/dT; ‘ if = 1 " 4Tbe/ai 55 als ïz = YK α (T -TK) d7z TT = * .Rp dVz / dT d! T0 50 “1 =" d? Be / dï where 3j W ~ = 0 R2 ^ d7z / dT; 'if = 1 "4Tbe / ai 55 if ïz = YK α (T -TK) d7z TT = *.
40 als 7be ' 7S0 ” ƒ 1 7907161 11 h Vbe = -r dTz 5 r40 if 7be '7S0 ”ƒ 1 7907161 11 h Vbe = -r dTz 5 r
Ro ^ = 1+tRo ^ = 1 + t
Invullen in vergelijking 1A voor en 1^/^1 leTer‘b: 10 _ vK + (1 - V ♦ <7> - pn °" 1 - i t 6 (1 t L) uitwerken van de teller: h - « % + J TS0 dus de spanning als functie van a is: 15 V-r + a (IsO - IK) 70 = _f VK, Ικ, i = constant verg.4-1 1-£+ 6(1+~) afgeleide naar α nemen: 20 V 7 - 37o I-l.-- ^ + £ + 1p »] (“^ “ %) - + e (~fr-%) 3 ^ ^ [1 - <S+1(1 W ^ ^ afgeleide gelijk aan nul stellen’levert op:Enter in equation 1A before and 1 ^ / ^ 1 leTer'b: 10 _ vK + (1 - V ♦ <7> - pn ° "1 - it 6 (1 t L) work out the counter: h -«% + J TS0 so the voltage as a function of a is: 15 Vr + a (IsO - IK) 70 = _f VK, Ικ, i = constant equ. 4-1 1- £ + 6 (1 + ~) take derivative to α: 20 V 7 - 37o Il .-- ^ + £ + 1p »] (“ ^ “%) - + e (~ fr-%) 3 ^ ^ [1 - <S + 1 (1 W ^ ^ derivative equal to zero draws:
^ <f · ’ = 1 -J+e verg.5A^ <f · = = 1 -J + e equ. 5A
79071617907161
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US94632678A | 1978-09-27 | 1978-09-27 | |
US94632678 | 1978-09-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL7907161A true NL7907161A (en) | 1980-03-31 |
Family
ID=25484320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL7907161A NL7907161A (en) | 1978-09-27 | 1979-09-26 | INTEGRATED TEMPERATURE COMPENSATED VOLTAGE REFERENCE. |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5556212A (en) |
CA (1) | CA1141820A (en) |
DE (1) | DE2938849C2 (en) |
FR (1) | FR2437656A1 (en) |
GB (1) | GB2032659B (en) |
NL (1) | NL7907161A (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4315209A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-09 | Raytheon Company | Temperature compensated voltage reference circuit |
US4677369A (en) * | 1985-09-19 | 1987-06-30 | Precision Monolithics, Inc. | CMOS temperature insensitive voltage reference |
GB2198559B (en) * | 1986-12-09 | 1990-09-12 | Stc Plc | Voltage reference circuit |
FR2680587B1 (en) * | 1991-08-23 | 1993-10-15 | Thomson Csf | CONTROL AND REGULATION METHOD AND DEVICE. |
DE4137730C2 (en) * | 1991-11-15 | 1993-10-21 | Texas Instruments Deutschland | Circuit arrangement integrated in a semiconductor circuit |
DE4223295C1 (en) * | 1992-07-15 | 1994-01-13 | Siemens Ag | Reference voltage raising circuit - uses operational amplifier controlling pair of current sources to provide temp.-independent output reference potential |
DE19621749C2 (en) * | 1996-05-30 | 1998-07-16 | Siemens Ag | Circuit arrangement for generating a resistance behavior with adjustable positive temperature coefficient and use of this circuit arrangement |
US7543253B2 (en) * | 2003-10-07 | 2009-06-02 | Analog Devices, Inc. | Method and apparatus for compensating for temperature drift in semiconductor processes and circuitry |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2314423C3 (en) * | 1973-03-23 | 1981-08-27 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Method for producing a reference DC voltage source |
US3826969A (en) * | 1973-04-02 | 1974-07-30 | Gen Electric | Highly stable precision voltage source |
US3947704A (en) * | 1974-12-16 | 1976-03-30 | Signetics | Low resistance microcurrent regulated current source |
GB1549689A (en) * | 1975-07-28 | 1979-08-08 | Nippon Kogaku Kk | Voltage generating circuit |
-
1979
- 1979-09-26 NL NL7907161A patent/NL7907161A/en not_active Application Discontinuation
- 1979-09-26 DE DE19792938849 patent/DE2938849C2/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-09-27 GB GB7933524A patent/GB2032659B/en not_active Expired
- 1979-09-27 FR FR7924041A patent/FR2437656A1/en active Granted
- 1979-09-27 JP JP12465879A patent/JPS5556212A/en active Granted
- 1979-09-27 CA CA000336481A patent/CA1141820A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2032659A (en) | 1980-05-08 |
GB2032659B (en) | 1983-05-18 |
JPS5556212A (en) | 1980-04-24 |
CA1141820A (en) | 1983-02-22 |
FR2437656B1 (en) | 1983-08-05 |
DE2938849C2 (en) | 1993-11-25 |
FR2437656A1 (en) | 1980-04-25 |
JPH0135364B2 (en) | 1989-07-25 |
DE2938849A1 (en) | 1980-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3756515B2 (en) | Impedance emulator | |
US6992533B2 (en) | Temperature-stabilized oscillator circuit | |
US5686826A (en) | Ambient temperature compensation for semiconductor transducer structures | |
US5055768A (en) | Temperature compensator for hall effect circuit | |
US20080018482A1 (en) | Temperature sensing apparatus utilizing bipolar junction transistor, and related method | |
NL7907161A (en) | INTEGRATED TEMPERATURE COMPENSATED VOLTAGE REFERENCE. | |
JPH0278962A (en) | Compensation type current detector | |
US6642741B2 (en) | Electronically adjustable integrated circuit input/output termination method and apparatus | |
US20120112733A1 (en) | Hall Effect Device | |
JPH075225A (en) | Circuit structure for monitoring of drain current of metal-oxide semiconductor field-effect transistor | |
US4763028A (en) | Circuit and method for semiconductor leakage current compensation | |
US20060220732A1 (en) | Constant current circuit and constant current generating method | |
US6575027B1 (en) | Mass flow sensor interface circuit | |
US6664843B2 (en) | General-purpose temperature compensating current master-bias circuit | |
US6340882B1 (en) | Accurate current source with an adjustable temperature dependence circuit | |
US10503197B2 (en) | Current generation circuit | |
US7358795B2 (en) | MOSFET temperature compensation current source | |
US7675272B2 (en) | Output impedance compensation for linear voltage regulators | |
JP6270002B2 (en) | Pseudo resistance circuit and charge detection circuit | |
EP0713163B1 (en) | Protection circuit and method for power transistors, voltage regulator using the same | |
US6710586B2 (en) | Band gap reference voltage circuit for outputting constant output voltage | |
US20090121700A1 (en) | Constant voltage circuit | |
US6011422A (en) | Integrated differential voltage amplifier with programmable gain and input offset voltage | |
JPH0675648A (en) | Reference-current generating circuit | |
US4215317A (en) | Compensated operational amplifier circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
BB | A search report has been drawn up | ||
BC | A request for examination has been filed | ||
BV | The patent application has lapsed |