JPH0772945A - バンドギャップ電圧基準装置および方法 - Google Patents
バンドギャップ電圧基準装置および方法Info
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- JPH0772945A JPH0772945A JP6083387A JP8338794A JPH0772945A JP H0772945 A JPH0772945 A JP H0772945A JP 6083387 A JP6083387 A JP 6083387A JP 8338794 A JP8338794 A JP 8338794A JP H0772945 A JPH0772945 A JP H0772945A
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
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- 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
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/26—Current mirrors
- G05F3/267—Current mirrors using both bipolar and field-effect technology
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Abstract
(57)【要約】
【目的】バンドギャップ電圧基準（ＶBG）をより安定さ
せ、正確で且つ温度依存性のないものをうること。 【構成】バンドギャップ基準回路（１４）は、トランジ
スタＱ1 とＱ2 のベースにバンドギャプ電圧基準
（ＶBG）を発生する。基準電流信号（ＩT ）が、Ｑ2 と
Ｑ1 間のエミッター領域の差によるベース−エミッター
電圧の差によって発生され、Ｑ2 とＱ1 のコレクターに
流れる。電流自乗回路（１６）によって発生された補正
電流信号（ＩTT）は、Ｑ2 とＱ1 のコレクターが等しく
ない電流値を有するようにＱ1 のコレクターに注入され
る。電流自乗回路（１６）は、基準電流信号（ＩT ）を
自乗し、それを電流発生増幅器に発生されたサンプリン
グ電流信号（ＩSC）で除すことにより補正電流信号（Ｉ
TT）を発生する。
せ、正確で且つ温度依存性のないものをうること。 【構成】バンドギャップ基準回路（１４）は、トランジ
スタＱ1 とＱ2 のベースにバンドギャプ電圧基準
（ＶBG）を発生する。基準電流信号（ＩT ）が、Ｑ2 と
Ｑ1 間のエミッター領域の差によるベース−エミッター
電圧の差によって発生され、Ｑ2 とＱ1 のコレクターに
流れる。電流自乗回路（１６）によって発生された補正
電流信号（ＩTT）は、Ｑ2 とＱ1 のコレクターが等しく
ない電流値を有するようにＱ1 のコレクターに注入され
る。電流自乗回路（１６）は、基準電流信号（ＩT ）を
自乗し、それを電流発生増幅器に発生されたサンプリン
グ電流信号（ＩSC）で除すことにより補正電流信号（Ｉ
TT）を発生する。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、一般に電子回路設計、特
にバンドギャップ電圧基準装置および方法に関する。
にバンドギャップ電圧基準装置および方法に関する。
【０００２】
【本発明の背景】多くの電子回路は、効果的な動作のた
めに安定で、正確な基準電圧を必要とする。しかしなが
ら、基準電圧は、回路動作中に生じる温度変化のために
不安定になることがある。従来、基準電圧の温度依存性
を補償するために、バンドギャップ回路が、基準電圧に
関する温度効果を最小にするように設計されていた。こ
れら従来のバンドギャップは、回路の温度依存特性を完
全に取り除くことなく、トランジスタのベース−エミッ
ター電圧の１次の温度係数に対して補償しているだけで
ある。従って、ベース−エミッター電圧は、動作および
プロセス特性を変える依存性を残している。
めに安定で、正確な基準電圧を必要とする。しかしなが
ら、基準電圧は、回路動作中に生じる温度変化のために
不安定になることがある。従来、基準電圧の温度依存性
を補償するために、バンドギャップ回路が、基準電圧に
関する温度効果を最小にするように設計されていた。こ
れら従来のバンドギャップは、回路の温度依存特性を完
全に取り除くことなく、トランジスタのベース−エミッ
ター電圧の１次の温度係数に対して補償しているだけで
ある。従って、ベース−エミッター電圧は、動作および
プロセス特性を変える依存性を残している。
【０００３】
【本発明の概要】上述から、より安定で、正確な基準電
圧を提供するバンドギャップ回路に対する必要性がある
ことは認識されている。また、１次の削減以外にトラン
ジスタのベース−エッミッター電圧の温度係数を除去す
るバンドギャップ回路に対する必要性も生じている。本
発明により、従来のバンドギャップ回路に関連する欠点
や問題点を実質的に除き、あるいは減少する装置と方法
が提供される。本発明は、基準電流信号から自乗電流信
号を発生するための自乗回路を有している。自乗電流信
号が、バンドギャップ電圧基準を発生するために、基準
回路に加えられる。本発明の装置および方法は、種々の
技術的特徴を提供する。例えば、一つの技術的特徴は、
より安定で、正確な基準電圧を発生するバンドギャップ
回路を提供することである。他の技術的特徴は、トラン
ジスタのベース−エミッター電圧の２次の温度係数に対
して補正するバンドギャップ回路を提供することであ
る。また、他の技術的特徴は、基準電圧の温度依存性を
除くバンドギャップ回路を提供することである。更に、
他の技術的特徴は、動作およびプロセス特性を独立して
変えるバンドギャップ回路を提供することである。他の
技術的特徴は、以下の詳細な説明、図面および特許請求
の範囲から通常の知識を有する者にとって容易に明らか
になるであろう。
圧を提供するバンドギャップ回路に対する必要性がある
ことは認識されている。また、１次の削減以外にトラン
ジスタのベース−エッミッター電圧の温度係数を除去す
るバンドギャップ回路に対する必要性も生じている。本
発明により、従来のバンドギャップ回路に関連する欠点
や問題点を実質的に除き、あるいは減少する装置と方法
が提供される。本発明は、基準電流信号から自乗電流信
号を発生するための自乗回路を有している。自乗電流信
号が、バンドギャップ電圧基準を発生するために、基準
回路に加えられる。本発明の装置および方法は、種々の
技術的特徴を提供する。例えば、一つの技術的特徴は、
より安定で、正確な基準電圧を発生するバンドギャップ
回路を提供することである。他の技術的特徴は、トラン
ジスタのベース−エミッター電圧の２次の温度係数に対
して補正するバンドギャップ回路を提供することであ
る。また、他の技術的特徴は、基準電圧の温度依存性を
除くバンドギャップ回路を提供することである。更に、
他の技術的特徴は、動作およびプロセス特性を独立して
変えるバンドギャップ回路を提供することである。他の
技術的特徴は、以下の詳細な説明、図面および特許請求
の範囲から通常の知識を有する者にとって容易に明らか
になるであろう。
【０００４】
【実施例】図１は、バンドギャップ電圧基準装置１０の
ブロック図を示す。バンドギャップ電圧基準装置１０
は、バンドギャップ電圧基準ＶBG. を発生するバンドギ
ャップ基準回路１４を駆動する起動回路(start up circ
uit)を有している。バンドギャップ基準回路１４は電流
発生増幅器１８によって駆動される電流自乗回路１６か
ら補正電流信号ＩTTを受ける。動作において、起動回路
１２はバイアスを発生し、バンドギャップ基準回路１４
用の電流を駆動する。バンドギャップ基準回路１４は、
電流自乗回路１６により自乗電流信号に変換され、さら
に電流発生増幅器１８からのサンプリング電流信号ＩSC
によって補正電流信号ＩTTに変換される基準電流信号Ｉ
T を電流自乗回路１６に与える。補正電流信号は、バン
ドギャップ基準電圧ＶBGを発生するために基準回路１４
によって用いられる。図２は、バンドギャップ基準回路
１４と電流自乗回路１６を示すバンドギャップ基準電圧
装置１０の簡単なブロック図を示す。バンドギャップ基
準回路１４は基本的にトランジスタ２０と２２，抵抗２
４と２６，およびＩT 基準電流信号２８と３０を有して
いる。従来のバンドギャップ回路はバンドギャップ基準
回路１４について示されたものと類似している。バンド
ギャップ電圧基準ＶBGは次の式によって表される。 ＶBG≒［ VBE1 ＋Ｋ・ＶT ・ln(IS2/IS1) ］＋Ｋ・ＶT ・ln(IC1/IC2) (1) ここで、ＶBE1 はトランジスタ２２，Ｑ1 のベース、エ
ミッター間の電圧である。
ブロック図を示す。バンドギャップ電圧基準装置１０
は、バンドギャップ電圧基準ＶBG. を発生するバンドギ
ャップ基準回路１４を駆動する起動回路(start up circ
uit)を有している。バンドギャップ基準回路１４は電流
発生増幅器１８によって駆動される電流自乗回路１６か
ら補正電流信号ＩTTを受ける。動作において、起動回路
１２はバイアスを発生し、バンドギャップ基準回路１４
用の電流を駆動する。バンドギャップ基準回路１４は、
電流自乗回路１６により自乗電流信号に変換され、さら
に電流発生増幅器１８からのサンプリング電流信号ＩSC
によって補正電流信号ＩTTに変換される基準電流信号Ｉ
T を電流自乗回路１６に与える。補正電流信号は、バン
ドギャップ基準電圧ＶBGを発生するために基準回路１４
によって用いられる。図２は、バンドギャップ基準回路
１４と電流自乗回路１６を示すバンドギャップ基準電圧
装置１０の簡単なブロック図を示す。バンドギャップ基
準回路１４は基本的にトランジスタ２０と２２，抵抗２
４と２６，およびＩT 基準電流信号２８と３０を有して
いる。従来のバンドギャップ回路はバンドギャップ基準
回路１４について示されたものと類似している。バンド
ギャップ電圧基準ＶBGは次の式によって表される。 ＶBG≒［ VBE1 ＋Ｋ・ＶT ・ln(IS2/IS1) ］＋Ｋ・ＶT ・ln(IC1/IC2) (1) ここで、ＶBE1 はトランジスタ２２，Ｑ1 のベース、エ
ミッター間の電圧である。
【０００５】Ｋは定数で、抵抗Ｒ1 とＲ2 の関数であ
る。ＶT はＱ1 とＱ2 間のエッミター領域比Ａ：1 にお
けるエミッター電流密度比によって発生されるトランジ
スタＱ1 とＱ2 間の温度依存性のΔＶbeの関数である。
（即ち、ＶT ≒Ｂ・ΔＶbe、ＩT ≒ΔＶbe／Ｒ2 、Ｂは
Ｒ1 とＲ2 の比の関数である。）ＩC1はトランジスタＱ
1 のコレクター電流である。ＩC2はトランジスタＱ2 の
コレクター電流である。ＩS2はトランジスタＱ2 のリー
ク電流である。ＩS1はトランジスタＱ1 のリーク電流で
ある。理想的には、ＶT は温度に依存しないバンドギャ
ップ電圧基準ＶBGを作るためにＶBE1 の負の温度係数を
相殺する正の温度係数を有している。しかしながら、従
来のバンドギャップ回路に対して、上記の式（１）の３
項は、ＩC1とＩC2は等しい電流値を有しているので、ゼ
ロになる。ＶBE1 の温度係数は直線でない、即ち、１
次、２次、３次等のオーダーを有しているので、上記の
式（１）において３項がなくなるためにＶBE1 の対応オ
ーダーの補正はない。電流自乗回路１６から補正電流信
号ＩTTを生ずることによって、トランジスタＱ1 とＱ2
でのコレクター電流は最早等しくなく、上記の式（１）
の３項はゼロにならず、対応するＶBE1 を相殺するため
に用いることができる。上記の式（１）の３項を次のよ
うに簡単化することができる。
る。ＶT はＱ1 とＱ2 間のエッミター領域比Ａ：1 にお
けるエミッター電流密度比によって発生されるトランジ
スタＱ1 とＱ2 間の温度依存性のΔＶbeの関数である。
（即ち、ＶT ≒Ｂ・ΔＶbe、ＩT ≒ΔＶbe／Ｒ2 、Ｂは
Ｒ1 とＲ2 の比の関数である。）ＩC1はトランジスタＱ
1 のコレクター電流である。ＩC2はトランジスタＱ2 の
コレクター電流である。ＩS2はトランジスタＱ2 のリー
ク電流である。ＩS1はトランジスタＱ1 のリーク電流で
ある。理想的には、ＶT は温度に依存しないバンドギャ
ップ電圧基準ＶBGを作るためにＶBE1 の負の温度係数を
相殺する正の温度係数を有している。しかしながら、従
来のバンドギャップ回路に対して、上記の式（１）の３
項は、ＩC1とＩC2は等しい電流値を有しているので、ゼ
ロになる。ＶBE1 の温度係数は直線でない、即ち、１
次、２次、３次等のオーダーを有しているので、上記の
式（１）において３項がなくなるためにＶBE1 の対応オ
ーダーの補正はない。電流自乗回路１６から補正電流信
号ＩTTを生ずることによって、トランジスタＱ1 とＱ2
でのコレクター電流は最早等しくなく、上記の式（１）
の３項はゼロにならず、対応するＶBE1 を相殺するため
に用いることができる。上記の式（１）の３項を次のよ
うに簡単化することができる。
【０００６】 Ｋ・ＶT ・ln(IC1/IC2) ≒Ｃ・Ｔ・ln｛( Ｄ・Ｔ＋Ｅ・Ｔ2)/ ＤＴ｝ ≒Ｃ・Ｔ・ln( １＋Ｆ・Ｔ） (2) ここで、Ｃ・Ｔ＝Ｋ・ＶT 、温度Ｔに比例するものとし
て表される。Ｄ・Ｔ＝ＩT 、温度Ｔに比例するものとし
て表される。Ｅ・Ｔ2 ＝ＩTT、温度Ｔの自乗に比例する
ものとして表される。Ｆは定数である。補正電流信号Ｉ
TTからのトランジスタＱ1 のコレクターに流れる付加電
流は、上記の式（１）の３項がそれ自身ゼロにならない
ように十分なければならない。従って、ＦＴは、１と比
較して非常に小さく、上記の式（２）は以下のように更
に簡単化することができる。 Ｃ・Ｔ・ln( １＋Ｆ・Ｔ）≒Ｇ・Ｔ2 (3) ここで、Ｇは定数である。上記の式（１）の３項は、Ｖ
BE1 の２次の温度係数へ与えられるために２次の補正に
減少されることを示している。ＶBE1 は非直線性形状で
表され、バンドギギャップ電圧基準は次のようになる。 ＶGB≒（ｅG −ａ・Ｔ−ｂ・Ｔ2 ）＋（Ｋ・ＶT ・lnＡ）＋Ｇ・Ｔ2 (4) ここで、ｅG は、シリコンのエネルギーギャップであ
り、ａ・Ｔは、ＶBE1 の一次温度係数であり、ｂ・Ｔ2
は、ＶBE1 の一次温度係数であり。そしてＡは、リーク
電流比に比例するエミッター領域比である。
て表される。Ｄ・Ｔ＝ＩT 、温度Ｔに比例するものとし
て表される。Ｅ・Ｔ2 ＝ＩTT、温度Ｔの自乗に比例する
ものとして表される。Ｆは定数である。補正電流信号Ｉ
TTからのトランジスタＱ1 のコレクターに流れる付加電
流は、上記の式（１）の３項がそれ自身ゼロにならない
ように十分なければならない。従って、ＦＴは、１と比
較して非常に小さく、上記の式（２）は以下のように更
に簡単化することができる。 Ｃ・Ｔ・ln( １＋Ｆ・Ｔ）≒Ｇ・Ｔ2 (3) ここで、Ｇは定数である。上記の式（１）の３項は、Ｖ
BE1 の２次の温度係数へ与えられるために２次の補正に
減少されることを示している。ＶBE1 は非直線性形状で
表され、バンドギギャップ電圧基準は次のようになる。 ＶGB≒（ｅG −ａ・Ｔ−ｂ・Ｔ2 ）＋（Ｋ・ＶT ・lnＡ）＋Ｇ・Ｔ2 (4) ここで、ｅG は、シリコンのエネルギーギャップであ
り、ａ・Ｔは、ＶBE1 の一次温度係数であり、ｂ・Ｔ2
は、ＶBE1 の一次温度係数であり。そしてＡは、リーク
電流比に比例するエミッター領域比である。
【０００７】もし回路が ａ・Ｔ＝Ｋ・ＶT ・lnＡ、および ｂ・Ｔ2 ＝Ｇ・Ｔ2 (5) のように構成されるなら、バンドギャップ電圧基準はシ
リコンのエネルギーギャップｅG になり、温度変化に無
関係になる。従って、他の電流信号をトランジスタＱ1
のコレクターに接続することによって、１次と２次の温
度補正がバンドギャップ電圧基準に与えられる。図３お
よび図４はバンドギャップ電圧基準装置１０を図示した
ものである。バンドギャップ電圧基準装置１０はBICMOS
トランジスタ技術によって達成される。バンドギャップ
電圧基準装置１０は、バイポーラトランジスタ４０、４
２、４４、４６、４８、５０、５２および５４、抵抗５
６と５８、および電流源６４を有する起動回路１２を使
用している。起動回路１２は、バイポーラトランジスタ
７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８
６、８８、９０、９２、９４および９６、抵抗１００、
１０２、１０４、１０４、１０８、１１０、１１２、１
１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２
６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３
８、１４０、１４２、１４４、１４６および１４８、キ
ャパシタ１５２、およびツェナーダイオード１５４、１
５６、１５８、１６０および１６２を有するバンドギャ
ップ基準回路１４を駆動する。電流自乗回路１６はバイ
ポーラトランジスタ１７０と１７２、ＣＭＯＳトランジ
スタ１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、１８
４、１８６、１８８、１９０および１９２、および抵抗
１９４を有している。電流発生増幅器１８は、バイポー
ラトランジスタ２００、２０２、２０４、２０６、２０
７、２０８、２１０、２１２、２１４および２１６、Ｃ
ＭＯＳトランジスタ２１８、２２０、２２２および２２
４、および抵抗２３０、２３２、２３４、２３６、２３
８、２４０、２４２、２４４および２４６を有してい
る。
リコンのエネルギーギャップｅG になり、温度変化に無
関係になる。従って、他の電流信号をトランジスタＱ1
のコレクターに接続することによって、１次と２次の温
度補正がバンドギャップ電圧基準に与えられる。図３お
よび図４はバンドギャップ電圧基準装置１０を図示した
ものである。バンドギャップ電圧基準装置１０はBICMOS
トランジスタ技術によって達成される。バンドギャップ
電圧基準装置１０は、バイポーラトランジスタ４０、４
２、４４、４６、４８、５０、５２および５４、抵抗５
６と５８、および電流源６４を有する起動回路１２を使
用している。起動回路１２は、バイポーラトランジスタ
７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８
６、８８、９０、９２、９４および９６、抵抗１００、
１０２、１０４、１０４、１０８、１１０、１１２、１
１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２
６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３
８、１４０、１４２、１４４、１４６および１４８、キ
ャパシタ１５２、およびツェナーダイオード１５４、１
５６、１５８、１６０および１６２を有するバンドギャ
ップ基準回路１４を駆動する。電流自乗回路１６はバイ
ポーラトランジスタ１７０と１７２、ＣＭＯＳトランジ
スタ１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、１８
４、１８６、１８８、１９０および１９２、および抵抗
１９４を有している。電流発生増幅器１８は、バイポー
ラトランジスタ２００、２０２、２０４、２０６、２０
７、２０８、２１０、２１２、２１４および２１６、Ｃ
ＭＯＳトランジスタ２１８、２２０、２２２および２２
４、および抵抗２３０、２３２、２３４、２３６、２３
８、２４０、２４２、２４４および２４６を有してい
る。
【０００８】バンドギャップ基準回路１４において、基
準電流信号ＩT は、Ｑ2 トランジスタ９４とＱ1 トラン
ジスタ９６間のΔＶBEによって発生されると、電流ミラ
ートランジスタ８０と８２からＱ2 トランジスタ９４と
Ｑ1 トランジスタ９６，のコレクターにそれぞれ流れ
る。また電流自乗回路１６は、電流ミラートランジスタ
８６から基準電流信号ＩT を受ける。更に電流自乗回路
１６は、温度に無関係なトランジスタ２６１において電
流発生増幅器１８によって発生するサンプリング電流信
号ＩSCを受ける。バンドギャップ電圧基準装置１０は、
飽和領域にあるＣＭＯＳトランジスタの電流−電圧関係
に対する自乗法則性を利用している。電流自乗回路１６
はバンドギャップ基準回路１４からの基準電流信号ＩT
を自乗し、それを電流発生増幅器１８からのサンプリン
グ電流信号ＩSCと結合して、式ＩTT≒ＩT 2/８ＩSCによ
って表される補正電流信号ＩTTを生じる。電流発生増幅
器１８はＣＭＯＳトランジスタ２１８のベースにバンド
ギャップ電圧基準ＶBGを受け、式ＩSC≒ＶBG／Ｒ3で表
されるサンプルング電流信号ＩSCを発生する。この信号
は温度依存性がないことを示している。
準電流信号ＩT は、Ｑ2 トランジスタ９４とＱ1 トラン
ジスタ９６間のΔＶBEによって発生されると、電流ミラ
ートランジスタ８０と８２からＱ2 トランジスタ９４と
Ｑ1 トランジスタ９６，のコレクターにそれぞれ流れ
る。また電流自乗回路１６は、電流ミラートランジスタ
８６から基準電流信号ＩT を受ける。更に電流自乗回路
１６は、温度に無関係なトランジスタ２６１において電
流発生増幅器１８によって発生するサンプリング電流信
号ＩSCを受ける。バンドギャップ電圧基準装置１０は、
飽和領域にあるＣＭＯＳトランジスタの電流−電圧関係
に対する自乗法則性を利用している。電流自乗回路１６
はバンドギャップ基準回路１４からの基準電流信号ＩT
を自乗し、それを電流発生増幅器１８からのサンプリン
グ電流信号ＩSCと結合して、式ＩTT≒ＩT 2/８ＩSCによ
って表される補正電流信号ＩTTを生じる。電流発生増幅
器１８はＣＭＯＳトランジスタ２１８のベースにバンド
ギャップ電圧基準ＶBGを受け、式ＩSC≒ＶBG／Ｒ3で表
されるサンプルング電流信号ＩSCを発生する。この信号
は温度依存性がないことを示している。
【０００９】電流自乗回路１６からの補正電流信号ＩTT
は、Ｑ1 トランジスタ９６とＱ2 トランジスタ９４のコ
レクター電流が等しくない値になるようにＱ1 トランジ
スタ９６のコレクターに基準電流信号ＩT と合体され
る。Ｑ1 トランジスタ９６とＱ 2 トランジスタ９４のコ
レクター電流が等しくない値であると、前記式（１）の
３項により示される２次のパラメーターはそれ自身ゼロ
にならず、Ｑ1 トランジスタ９６のベース−エミッター
電圧ＶBE1 の２次のパラメーターに与えられる。このよ
うにして、ＶBE1 の１次と２次の温度係数は除かれ、バ
ンドギャップ電圧基準ＶBGの安定性と正確性を改善す
る。起動回路１２は、バンドギャップ基準回路１４が適
当な電圧レベルに駆動されることを保証している。Ｒ１
抵抗１４０に接続された抵抗ネットワークは望ましいト
リミングレベルをバンドギャップ基準回路１４に与え
る。ツェナーダイオード１５４、１５８、１６０および
１６２は抵抗ネットワーク用のヒューズリンクとして働
く。要約すれば、本発明のバンドギャップ電圧基準装置
は、従来のバンドギャップ回路においてなされる第１の
バンドギャップトランジスタのベース−エミッター電圧
の１次の温度係数を除去するばかりでなく、第１のバン
ドギャップトランジスタのベース−エミッター電圧の２
次の温度係数をも除くことによりバンドギャップ電圧基
準の安定性と正確性を改善するものである。２次の温度
係数の除去は第１のバンドギャップトランジスタのコレ
クターに補正電流信号を入れることによって達成され
る。この補正電流信号は、第１と第２のバンドギャップ
トランジスタ間のエミッター領域の差のために、ベース
−エミッター電圧の差によって第１と第２のバンドギャ
ップトランジスタのコレクターに発生する基準電流信号
の関数である。電流自乗回路は、バンドギャップトラン
ジスタのコレクターに注入された補正電流信号を発生す
るために、基準電流信号を自乗し、それをサンプリング
電流信号で除している。
は、Ｑ1 トランジスタ９６とＱ2 トランジスタ９４のコ
レクター電流が等しくない値になるようにＱ1 トランジ
スタ９６のコレクターに基準電流信号ＩT と合体され
る。Ｑ1 トランジスタ９６とＱ 2 トランジスタ９４のコ
レクター電流が等しくない値であると、前記式（１）の
３項により示される２次のパラメーターはそれ自身ゼロ
にならず、Ｑ1 トランジスタ９６のベース−エミッター
電圧ＶBE1 の２次のパラメーターに与えられる。このよ
うにして、ＶBE1 の１次と２次の温度係数は除かれ、バ
ンドギャップ電圧基準ＶBGの安定性と正確性を改善す
る。起動回路１２は、バンドギャップ基準回路１４が適
当な電圧レベルに駆動されることを保証している。Ｒ１
抵抗１４０に接続された抵抗ネットワークは望ましいト
リミングレベルをバンドギャップ基準回路１４に与え
る。ツェナーダイオード１５４、１５８、１６０および
１６２は抵抗ネットワーク用のヒューズリンクとして働
く。要約すれば、本発明のバンドギャップ電圧基準装置
は、従来のバンドギャップ回路においてなされる第１の
バンドギャップトランジスタのベース−エミッター電圧
の１次の温度係数を除去するばかりでなく、第１のバン
ドギャップトランジスタのベース−エミッター電圧の２
次の温度係数をも除くことによりバンドギャップ電圧基
準の安定性と正確性を改善するものである。２次の温度
係数の除去は第１のバンドギャップトランジスタのコレ
クターに補正電流信号を入れることによって達成され
る。この補正電流信号は、第１と第２のバンドギャップ
トランジスタ間のエミッター領域の差のために、ベース
−エミッター電圧の差によって第１と第２のバンドギャ
ップトランジスタのコレクターに発生する基準電流信号
の関数である。電流自乗回路は、バンドギャップトラン
ジスタのコレクターに注入された補正電流信号を発生す
るために、基準電流信号を自乗し、それをサンプリング
電流信号で除している。
【００１０】従って、本発明によれば、以上に述べられ
た利点を満足するバンドギャップ電圧基準の安定性およ
び正確性を改善するための方法および装置が提供され
る。好ましい実施例が詳細に述べられたが、いろいろの
変化、置き換え、変更が可能であることが理解されるべ
きである。例えば、ここで示された直接接続の多くは、
２つの装置が、好適な実施例において示されているよう
に直接的に接続されることなく間接的な１つあるいは２
つの装置によって互いに、単に結合されるような技術分
野に精通した者によって変更され得る。本発明は、開示
されたＢＩＣＭＯＳ技術以外のトランジスタ技術におい
て実行されることを、この分野の技術者は理解するであ
ろう。これらおよび他の例は、この分野の技術者によっ
て容易に確認することができ、特許請求の範囲に規定さ
れた本発明の思想および範囲から逸脱することなく成し
得る。以上の記載に関連して、以下の各項を開示する。 （１）バンドギャップ電圧基準装置であって、基準電流
信号に応答して、補正電流信号を発生するための電流自
乗回路、および前記補正電流信号に応答して、バンドギ
ャップ基準電圧を発生するためのバンドギャップ基準回
路、を有する装置。
た利点を満足するバンドギャップ電圧基準の安定性およ
び正確性を改善するための方法および装置が提供され
る。好ましい実施例が詳細に述べられたが、いろいろの
変化、置き換え、変更が可能であることが理解されるべ
きである。例えば、ここで示された直接接続の多くは、
２つの装置が、好適な実施例において示されているよう
に直接的に接続されることなく間接的な１つあるいは２
つの装置によって互いに、単に結合されるような技術分
野に精通した者によって変更され得る。本発明は、開示
されたＢＩＣＭＯＳ技術以外のトランジスタ技術におい
て実行されることを、この分野の技術者は理解するであ
ろう。これらおよび他の例は、この分野の技術者によっ
て容易に確認することができ、特許請求の範囲に規定さ
れた本発明の思想および範囲から逸脱することなく成し
得る。以上の記載に関連して、以下の各項を開示する。 （１）バンドギャップ電圧基準装置であって、基準電流
信号に応答して、補正電流信号を発生するための電流自
乗回路、および前記補正電流信号に応答して、バンドギ
ャップ基準電圧を発生するためのバンドギャップ基準回
路、を有する装置。
【００１１】（２）前記バンドギャップ基準回路は前記
基準電流信号を発生することを特徴とする前記（１）項
に記載の装置。 （３）前記電流自乗回路は、前記補正電流信号を発生す
るために、前記基準電流信号を自乗された電流信号に変
換することを特徴とする前記（１）項に記載の装置。 （４）前記補正電流信号を生じるために、自乗電流信号
に結合されたサンプル化された電流信号を発生するため
の電流発生増幅回路を更に有している前記（３）に記載
の装置。 （５）前記バンドギャップ基準回路を駆動するための起
動回路を更に有している前記（１）に記載の装置。 （６）バンドギャップ電圧基準装置であって、基準電流
信号を受け、前記基準電流信号に応答して、補正電流信
号を発生するための電流自乗回路と、前記補正電流信号
に応答して、１次と２次の補正されたバンドギャップ電
圧基準を発生するためのバンドギャップ基準回路、を有
する装置。
基準電流信号を発生することを特徴とする前記（１）項
に記載の装置。 （３）前記電流自乗回路は、前記補正電流信号を発生す
るために、前記基準電流信号を自乗された電流信号に変
換することを特徴とする前記（１）項に記載の装置。 （４）前記補正電流信号を生じるために、自乗電流信号
に結合されたサンプル化された電流信号を発生するため
の電流発生増幅回路を更に有している前記（３）に記載
の装置。 （５）前記バンドギャップ基準回路を駆動するための起
動回路を更に有している前記（１）に記載の装置。 （６）バンドギャップ電圧基準装置であって、基準電流
信号を受け、前記基準電流信号に応答して、補正電流信
号を発生するための電流自乗回路と、前記補正電流信号
に応答して、１次と２次の補正されたバンドギャップ電
圧基準を発生するためのバンドギャップ基準回路、を有
する装置。
【００１２】（７）前記バンドギャップ基準回路は前記
基準電流信号を発生することを特徴とする前記（６）に
記載の回路。 （８）前記電流自乗回路は、前記基準電流信号より大き
い２の冪数である自乗された電流信号に変換することを
特徴とする前記（６）に記載の装置。 （９）前記バンドギャップ電圧基準に応答してサンプル
された電流信号を発生するための電流発生増幅器を更に
有していることを特徴とする前記（６）項に記載の装
置。 （１０）前記電流自乗回路は、前記補正電流信号を発生
するために、前記サンプルされた電流信号を前記基準電
流信号の自乗に結合することを特徴とする前記（９）に
記載の装置。 （１１）前記バンドギャップ基準回路は、第１と第２の
トランジスタを有しており、前記基準電流信号が前記第
１のトランジスタのコレクターと前記第２のトランジス
タのコレクターに流れ、前記補正電流信号は前記第１の
トランジスタに流れ、前記バンドギャップ電圧基準が前
記第１のトランジスタのベースと前記第２のトランジス
タのベースに発生することを特徴とする前記（６）項に
記載の装置。
基準電流信号を発生することを特徴とする前記（６）に
記載の回路。 （８）前記電流自乗回路は、前記基準電流信号より大き
い２の冪数である自乗された電流信号に変換することを
特徴とする前記（６）に記載の装置。 （９）前記バンドギャップ電圧基準に応答してサンプル
された電流信号を発生するための電流発生増幅器を更に
有していることを特徴とする前記（６）項に記載の装
置。 （１０）前記電流自乗回路は、前記補正電流信号を発生
するために、前記サンプルされた電流信号を前記基準電
流信号の自乗に結合することを特徴とする前記（９）に
記載の装置。 （１１）前記バンドギャップ基準回路は、第１と第２の
トランジスタを有しており、前記基準電流信号が前記第
１のトランジスタのコレクターと前記第２のトランジス
タのコレクターに流れ、前記補正電流信号は前記第１の
トランジスタに流れ、前記バンドギャップ電圧基準が前
記第１のトランジスタのベースと前記第２のトランジス
タのベースに発生することを特徴とする前記（６）項に
記載の装置。
【００１３】（１２）前記バンドギャップ基準回路は、
前記補正電流信号に応答して、バンドギャップ電圧基準
における前記第１のトランジスタのベース−エミッター
電圧の１次と２次の温度係数を除去することを特徴とす
る前記（１１）項に記載の装置。 （１３）前記電流自乗回路はＣＭＯＳトランジスタを有
していることを特徴とする前記（６）項に記載の装置。 （１４）電流駆動を前記バンドギャップ基準回路に与え
るための起動回路を有することを特徴とする前記（６）
項に記載の装置。 （１５）バンドギャップ電圧基準を発生する方法であっ
て、基準電流信号を発生し、前記基準電流信号を自乗し
て、自乗電流信号を発生し、前記自乗電流信号を補正電
流信号に変換し、かつバンドギャップ電圧基準の１次と
２次の温度係数を除くために前記補正電流信号を加え
る、ステップを含む方法。
前記補正電流信号に応答して、バンドギャップ電圧基準
における前記第１のトランジスタのベース−エミッター
電圧の１次と２次の温度係数を除去することを特徴とす
る前記（１１）項に記載の装置。 （１３）前記電流自乗回路はＣＭＯＳトランジスタを有
していることを特徴とする前記（６）項に記載の装置。 （１４）電流駆動を前記バンドギャップ基準回路に与え
るための起動回路を有することを特徴とする前記（６）
項に記載の装置。 （１５）バンドギャップ電圧基準を発生する方法であっ
て、基準電流信号を発生し、前記基準電流信号を自乗し
て、自乗電流信号を発生し、前記自乗電流信号を補正電
流信号に変換し、かつバンドギャップ電圧基準の１次と
２次の温度係数を除くために前記補正電流信号を加え
る、ステップを含む方法。
【００１４】（１６）前記バンドギャップ電圧基準に応
答して増幅された電流信号を発生するステップを更に有
することを特徴とする前記（１５）に記載の方法。 （１７）前記補正電流を加えるステップは、前記補正電
流信号を発生するために前記自乗電流信号を前記増幅さ
れた電流信号と合体するステップを有していること特徴
とする前記（１６）項に記載の方法。 （１８）前記補正電流信号に応答して前記バンドギャッ
プ電圧基準を補正するステップを更に有していることを
特徴とする前記（１７）項に記載の方法。 （１９）バンドギャップ電圧基準装置（１０）における
バンドギャップ基準回路（１４）は、Ｑ1 トランジスタ
（２２）とＱ2 トランジスタ（２０）のベースにバンド
ギャプ電圧基準（ＶBG）を発生する。基準電流信号（Ｉ
T ）が、Ｑ2 トランジスタ（２０）とＱ1 トランジスタ
（２２）間のエミッター領域の差によるベース−エミッ
ター電圧の差によって発生され、Ｑ2 トランジスタ（２
０）とＱ 1 トランジスタ（２２）のコレクターに流れ
る。電流自乗回路によって発生された補正電流信号（Ｉ
TT）は、Ｑ2 トランジスタ（２０）とＱ1 トランジスタ
（２２）のコレクターが等しいない電流値を有するよう
にＱ1 トランジスタ（２２）のコレクターに注入され
る。電流自乗回路（１６）は、基準電流信号（ＩT ）を
自乗し、それを電流発生増幅器（１８）に発生されたサ
ンプリング電流信号（Ｉ SC）で除すことにより補正電流
信号（ＩTT）を発生する。Ｑ2 トランジスタ（２０）と
Ｑ1 トランジスタ（２２）間のコレクター電流差が、１
次の温度係数ばかりでなく、Ｑ1 トランジスタ（２２）
のベース−エミッター電圧（ＶBE）の２次の温度係数の
除去を可能にする。このようにして、バンドギャップ電
圧基準（Ｖ BG）はより安定し、正確で且つ温度依存性の
ないものとなる。
答して増幅された電流信号を発生するステップを更に有
することを特徴とする前記（１５）に記載の方法。 （１７）前記補正電流を加えるステップは、前記補正電
流信号を発生するために前記自乗電流信号を前記増幅さ
れた電流信号と合体するステップを有していること特徴
とする前記（１６）項に記載の方法。 （１８）前記補正電流信号に応答して前記バンドギャッ
プ電圧基準を補正するステップを更に有していることを
特徴とする前記（１７）項に記載の方法。 （１９）バンドギャップ電圧基準装置（１０）における
バンドギャップ基準回路（１４）は、Ｑ1 トランジスタ
（２２）とＱ2 トランジスタ（２０）のベースにバンド
ギャプ電圧基準（ＶBG）を発生する。基準電流信号（Ｉ
T ）が、Ｑ2 トランジスタ（２０）とＱ1 トランジスタ
（２２）間のエミッター領域の差によるベース−エミッ
ター電圧の差によって発生され、Ｑ2 トランジスタ（２
０）とＱ 1 トランジスタ（２２）のコレクターに流れ
る。電流自乗回路によって発生された補正電流信号（Ｉ
TT）は、Ｑ2 トランジスタ（２０）とＱ1 トランジスタ
（２２）のコレクターが等しいない電流値を有するよう
にＱ1 トランジスタ（２２）のコレクターに注入され
る。電流自乗回路（１６）は、基準電流信号（ＩT ）を
自乗し、それを電流発生増幅器（１８）に発生されたサ
ンプリング電流信号（Ｉ SC）で除すことにより補正電流
信号（ＩTT）を発生する。Ｑ2 トランジスタ（２０）と
Ｑ1 トランジスタ（２２）間のコレクター電流差が、１
次の温度係数ばかりでなく、Ｑ1 トランジスタ（２２）
のベース−エミッター電圧（ＶBE）の２次の温度係数の
除去を可能にする。このようにして、バンドギャップ電
圧基準（Ｖ BG）はより安定し、正確で且つ温度依存性の
ないものとなる。
【図１】バンドギャップ電圧基準回路のブロック図を示
す。
す。
【図２】バンドギャップ電圧基準回路を簡単化した図を
示す。
示す。
【図３】バンドギャップ電圧基準回路の部分図を示す。
【図４】バンドギャップ電圧基準回路の部分図を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 バンドギャップ電圧基準装置であって、 基準電流信号に応答して、補正電流信号を発生するため
の電流自乗回路、および前記補正電流信号に応答して、
バンドギャップ電圧基準を発生するためのバンドギャッ
プ基準回路、を有する装置。 - 【請求項２】 バンドギャップ電圧基準を発生する方法
であって、 基準電流信号を発生し、 前記基準電流信号を自乗して、自乗電流信号を発生し、 前記自乗電流信号を補正電流信号に変換し、かつ前記補
正電流信号を加えて、バンドギャップ電圧基準の１次と
２次の温度係数を除去する、ステップを含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/055605 | 1993-04-30 | ||
| US08/055,605 US5424628A (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Bandgap reference with compensation via current squaring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772945A true JPH0772945A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3423406B2 JP3423406B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=21998978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08338794A Expired - Fee Related JP3423406B2 (ja) | 1993-04-30 | 1994-04-21 | バンドギャップ電圧基準装置および方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5424628A (ja) |
| JP (1) | JP3423406B2 (ja) |
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| JP2012243054A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | バンドギャップリファレンス回路 |
| JP2017191557A (ja) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | 新日本無線株式会社 | 基準電圧回路 |
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| DE19951817A1 (de) * | 1999-10-27 | 2001-05-23 | Micronas Gmbh | Zwei-Draht-Sensoranordnung |
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| CN112947668B (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-17 | 上海类比半导体技术有限公司 | 具有高阶温度补偿的带隙基准电压生成电路 |
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1993
- 1993-04-30 US US08/055,605 patent/US5424628A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-04-21 JP JP08338794A patent/JP3423406B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US5424628A (en) | 1995-06-13 |
| JP3423406B2 (ja) | 2003-07-07 |
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