CN103324232B - 基准电压电路 - Google Patents
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Abstract
提供一种基准电压电路，其能够不受电源电压的变动、噪声的影响而获得高PSRR。该基准电压电路对PN结元件的正向电压及其差进行电流电压转换，从而能够消除温度依赖性并产生电压。该基准电压电路由控制输出端子的电压的温度特性的放大器、向放大器提供电力的源极跟随器电路以及被放大器控制而控制流入PN结元件的电流的PMOS晶体管构成。
Description
技术领域
本发明涉及生成基准电压的带隙基准电压电路。
背景技术
在图3示出现有的带隙基准电压电路的电路图。现有的带隙基准电压电路是由PMOS晶体管311、312、313、双极晶体管301、302、303、电阻106、107、108、109、110、331、332、放大器102、321、电源端子101以及接地端子100构成的。
对连接进行说明。放大器102，其反相输入端子连接到双极晶体管301的发射极和电阻107的连接点以及电阻110，非反相输入端子连接到电阻108和电阻106的连接点及电阻109，输出连接到PMOS晶体管311的栅极。电阻107的另一端连接到电阻332和电阻108的另一端。双极晶体管301，其基极和集电极连接到接地端子100。双极晶体管302，其发射极连接到电阻106的另一端，基极和集电极连接到接地端子100。双极晶体管303，其发射极连接到电阻109的另一端和电阻110的另一端，基极和集电极连接到接地端子100。PMOS晶体管311，其漏极连接到电阻332的另一端和放大器321的反相输入端子，源极连接到电源端子101。放大器321，其非反相输入端子连接到PMOS晶体管313的漏极和电阻331，输出连接到PMOS晶体管312的栅极和PMOS晶体管313的栅极。PMOS晶体管312，其漏极连接到双极晶体管303的发射极，源极连接到电源端子101。PMOS晶体管313的源极连接到电源端子101。电阻331的另一端连接到接地端子100。
非专利文献
非专利文献1：ISSCC2010/SESSION4/ANALOGTECHNIQUES/4.3(图4.3.3)。
发明内容
本发明提供一种基准电压电路，其相比于现有的基准电压电路能够不受电源电压的变动、噪声的影响而获得高PSRR。
本发明的基准电压电路能够对PN结元件中的正向电压及其差进行电压电流转换而产生电压，该基准电压电路具备：控制输出端子的电压的温度特性的放大器、向放大器提供电力的源极跟随器电路以及控制流入PN结元件的电流的PMOS晶体管。
依据本发明，能够减少电源电压的变动、噪声的影响，从而提高输出电压的PSRR。
附图说明
图1是示出第一实施方式的基准电压电路的电路图；
图2是示出第二实施方式的基准电压电路的电路图；
图3是示出现有的基准电压电路的电路图。
标号说明
100接地端子；101电源端子；151输出端子；103、104、105、203、204、205PN结元件；102、202、321放大器；141、241恒流电路；161、261电压电流转换电路。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
图1为第一实施方式的基准电压电路的电路图。
第一实施方式的基准电压电路具备：PMOS晶体管122、123、124，NMOS晶体管125、126，Nch耗尽型晶体管121，电阻106、107、108、109、110、131、132、133，PN结元件103、104、105，放大器102，恒流电路141，接地端子100，电源端子101以及输出端子151。由PMOS晶体管122、123、124和NMOS晶体管125、126以及恒流电路141来构成电压电流转换电路161，PMOS晶体管122作为电压电流转换电路161的输出晶体管而动作。
关于连接进行说明。放大器102，其非反相输入端子连接到PN结元件103的正极、电阻107及电阻109，反相输入端子连接到电阻108和电阻106的连接点及电阻110，输出连接到电阻107的另一端、电阻108的另一端及输出端子151。PN结元件103的负极连接到接地端子100。PN结元件104，其正极连接到电阻106的另一端，负极连接接地端子100。PN结元件105，其正极连接到电阻109的另一端、电阻110的另一端及PMOS晶体管122的漏极，负极连接到接地端子100。PMOS晶体管122，其栅极连接到NMOS晶体管125的漏极，源极连接到电阻131，背栅连接到源极。NMOS晶体管125，其栅极连接到PMOS晶体管122的源极，源极连接到恒流电路141，背栅连接到接地端子100。恒流电路141的另一端连接到接地端子100。NMOS晶体管126，其栅极连接到电阻132和电阻133的连接点，漏极连接到PMOS晶体管124的栅极及漏极，源极连接到NMOS晶体管125的源极，背栅连接到接地端子100。电阻133的另一端连接到接地端子100，电阻132的另一端连接到输出端子151。PMOS晶体管123，其栅极连接到PMOS晶体管124的栅极，漏极连接到NMOS晶体管125的漏极，源极连接到Nch耗尽型晶体管121的源极，背栅连接到源极。PMOS晶体管124，其源极连接到PMOS晶体管123的源极，背栅连接到源极。Nch耗尽型晶体管121，其栅极连接到输出端子151和电阻131的另一端，漏极连接到电源端子101，背栅连接到接地端子100。
接着，对本实施方式的基准电压电路的动作进行说明。PN结元件103、104以适当的面积比(例如1比4等)而构成，从放大器102的输出向输出端子151输出电压VBG。设电阻132和电阻133的连接点为节点X，电阻131和PMOS晶体管122的源极的连接点为节点Y。电压电流转换电路161以对输出电压VBG进行电阻分压的节点X的电压和节点Y的电压变得相同的方式控制PMOS晶体管122。
电压VBG为在PN结元件103的正极电压上加上电阻107两端的电压而得。PN结元件103的正极电压具有随温度的上升而线性减少的分量和非线性减少的分量。另一方面，流入电阻107的电流随温度的上升而线性增加。结果，电压VBG的温度特性具有由PN结元件103的正极电压引起的非线性特性。PN结元件105为用于使电压VBG成为不依赖温度的电压而添加的PN结元件。在PN结元件105中流动与PN结元件103温度特性不同的电流。在该情况下，PN结元件105的正极电压的温度特性的非线性分量，具有与PN结元件103的正极电压的非线性分量不同的系数。因此，在PN结元件103的正极和PN结元件105的正极产生对温度非线性的电位差。由该电位差引起的电流由放大器102所提供，并流入电阻107和电阻110。通过在电阻107流入非线性温度特性的电流，在电阻107的两端产生非线性温度特性的电压。该非线性分量的大小，能够通过改变电阻110的电阻值来调节。利用上述调节，能够通过使电阻107两端的电压的非线性温度特性在抵消PN结元件103的正极电压的非线性温度特性的方向上产生，从而使电压VBG成为不依赖温度的恒定电压。
Nch耗尽型晶体管121形成源极跟随器。因为栅极连接到输出端子，所以使Nch耗尽型晶体管121的阈值为Vtnd时，源极电压变为VBG+|Vtnd|，从而能够输出足够驱动电压电流转换电路161的电压。利用该电压，电压电流转换电路161被驱动，且可不受电源引起的变动、电源噪声的影响而工作。
另外，PN结元件也可使二极管、双极晶体管饱和接线而使用。还有，也可由其它结构来形成源极跟随器。电流源141也可以是电阻。
如上说明那样，依据第一实施方式的基准电压电路，通过放大器电源使用将栅极连接到输出端子的Nch耗尽型晶体管的源极跟随器，能够减少电源电压的变动、噪声的影响，从而提高输出电压的PSRR。
<第二实施方式>
图2为第二实施方式的基准电压电路的电路图。
第二实施方式的基准电压电路具备：NMOS晶体管222、223、224，PMOS晶体管225、226，Pch耗尽型晶体管221，电阻206、207、208、209、210、231、232、233，PN结元件203、204、205，放大器202、恒流电路241，接地端子100，电源端子101以及输出端子251。由NMOS晶体管222、223、224和PMOS晶体管225、226以及恒流电路241来构成电压电流转换电路261，NMOS晶体管222作为电压电流转换电路261的输出晶体管而动作。
关于连接进行说明。放大器202，其非反相输入端子连接到PN结元件203的负极、电阻207及电阻209，反相输入端子连接到电阻208和电阻206的连接点及电阻210，输出连接到电阻207的另一端和电阻208的另一端及输出端子251。PN结元件203的正极连接到电源端子101。PN结元件204，其负极连接到电阻206的另一端，正极连接到电源端子101。PN结元件205，其负极连接到电阻209的另一端和电阻210的另一端及NMOS晶体管222的漏极，正极连接到电源端子101。NMOS晶体管222，其栅极连接到PMOS晶体管225的漏极，源极连接到电阻231，背栅连接到源极。PMOS晶体管225，其栅极连接到NMOS晶体管222源极，源极连接到恒流电路241，背栅连接到电源端子101。恒流电路241的另一端连接到电源端子101。PMOS晶体管226，其栅极连接到电阻232和电阻233的连接点，漏极连接到NMOS晶体管224的栅极及漏极，源极连接到PMOS晶体管225的源极，背栅连接到电源端子101。电阻233的另一端连接到电源端子101，电阻232的另一端连接到输出端子251。NMOS晶体管223，其栅极连接到NMOS晶体管224的栅极，漏极连接到PMOS晶体管225的漏极，源极连接到Pch耗尽型晶体管221的源极，背栅连接到源极。NMOS晶体管224，其源极连接到NMOS晶体管223的源极，背栅连接到源极。Pch耗尽型晶体管221，其栅极连接到输出端子251和电阻231的另一端，漏极连接到接地端子100，背栅连接到电源端子101。
接着，对本实施方式的基准电压电路的动作进行说明。PN结元件203、204以适当的面积比(例如1比4等)而构成，从放大器202的输出向输出端子251输出电压VBG。设电阻232和电阻233的连接点为节点X，电阻231和NMOS晶体管222的源极的连接点为节点Y。电压电流转换电路261以对输出电压VBG进行电阻分压的节点X的电压和节点Y的电压变得相同的方式控制PMOS晶体管222。
电压VBG为在PN结元件203的负极电压上加上电阻207两端的电压而得。PN结元件203的负极电压具有随温度上升线性增加的分量和非线性增加的分量。另一方面，流入电阻207的电流随温度上升而线性增加。结果，电压VBG的温度特性具有由PN结元件203的负极电压引起的非线性特性。PN结元件205为用于使电压VBG成为不依赖温度的电压而添加的PN结元件。在PN结元件205中流动与PN结元件203温度特性不同的电流。在该情况下，PN结元件205的负极电压的温度特性的非线性分量，具有与PN结元件203的负极电压的非线性分量不同的系数。因此，在PN结元件203的负极和PN结元件205的负极产生对温度非线性的电位差。由该电位差引起的电流由放大器202所提供，并流入电阻207和电阻210。通过在电阻207流入非线性温度特性的电流，在电阻207的两端产生非线性温度特性的电压。该非线性分量的大小，能够通过改变电阻210的电阻值来调节。利用上述调节，能够通过使电阻207两端的电压的非线性温度特性产生在抵消PN结元件203的负极电压的非线性温度特性的方向上，从而使电压VBG成为不依赖温度的恒定电压。
Pch耗尽型晶体管221形成源极跟随器。因为栅极连接到输出端子，所以使Pch耗尽型晶体管221的阈值为Vtpd时，源极电压变为VBG+|Vtpd|，从而能够输出足够驱动电压电流转换电路261的电压。利用该电压，电压电流转换电路261被驱动并可不受电源引起的电压变动、电源噪声的影响而工作。
另外，PN结元件也可使二极管、双极晶体管饱和接线而使用。还有，也可由其它结构来形成源极跟随器。电流源241也可以是电阻。
如上说明的那样，依据第二实施方式的基准电压电路，通过使用将栅极连接到输出端子的Pch耗尽型晶体管的源极跟随器作为放大器的电源，能够减少电源电压的变动、噪声的影响，从而提高输出电压的PSRR。
Claims (1)
1.一种基准电压电路，其能够对多个PN结元件的正向电压之差进行电压电流转换，产生温度依赖性小的电压，所述基准电压电路的特征在于，具备：
控制流入所述PN结元件的电流的电压电流转换电路，以及
向所述电压电流转换电路提供电力的源极跟随器电路，
所述源极跟随器电路由耗尽型MOS晶体管构成，所述耗尽型MOS晶体管，其栅极连接到所述基准电压电路的输出端子，源极连接到所述电压电流转换电路的电源端子，
所述电压电流转换电路具备放大器和输出晶体管，
所述输出晶体管的背栅和源极经由电阻连接到所述基准电压电路的输出端子。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160310 Address after: Chiba County, Japan Applicant after: DynaFine Semiconductor Co.,Ltd. Address before: Chiba, Chiba, Japan Applicant before: Seiko Instruments Inc. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Chiba County, Japan Patentee after: ABLIC Inc. Address before: Chiba County, Japan Patentee before: DynaFine Semiconductor Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160706 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |