DE69423742T2

DE69423742T2 - Bandabstands-Referenzschaltung

Info

Publication number: DE69423742T2
Application number: DE69423742T
Authority: DE
Inventors: William Carl Slemmer
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: USRE38250E1; EP0680048B1; EP0680048A1; US5818292A; DE69423742D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen integrierte Schaltungen, und insbesondere eine MOS-Bandgap-Referenzschaltung.
Bandgap-Referenzschaltungen werden in vielen schaltungsintegrierten Einrichtungen als Mittel zum Detektieren von Änderungen in dem Spannungs- oder Strompegel einer Einrichtung eingesetzt, damit geeignete Betriebsänderungen der schaltungsintegrierten Einrichtung durchgeführt werden können. In vielen speicherschaltungsintegrierten Einrichtungen ist es wünschenswert, sicherzustellen, daß in dem Speicher gespeicherte Daten beibehalten und nicht bei einem Verlust der Spannung an die Einrichtung verloren oder beeinträchtigt werden. Beispielsweise müssen Einrichtungen mit statischem Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), die als "Nullleistungs"- Einrichtungen bezeichnet werden, Änderungen in der Versorgungsspannung detektieren und darauf reagieren können. In einem Nullleistungs-SRAM ist der Dateninhalt des SRAM geschützt, wenn die an das SRAM angelegte Energieversorgungsspannung unterhalb eines vorbestimmten Spannungspegels abfällt. Typischerweise ist der Dateninhalt des Nullleistungs-SRAM durch Schalten von einer primären Spannungsquelle zu einer sekundären Spannungsquelle geschützt, wenn die Energieversorgungsspannung an dem Nullleistungs-SRAM unterhalb des vorbestimmten Spannungspegels abfällt.
Zum Schalten von der primären Spannungsquelle an eine sekundäre Spannungsquelle ist es erforderlich, den Spannungspegel der primären Spannungsquelle erfassen und automatisch an die sekundäre Spannungsquelle schalten zu können, wenn erforderlich. Eine Bandgap-Referenzschaltung ist ein effektives Mittel für die Bestimmung, wann es erforderlich ist, von der primären Spannungsquelle an die sekundäre Spannungsquelle eines Nulllei stungs-SRAM zu schalten. Jedoch benötigen typische Bandgap- Referenzschaltungen eine große Anzahl bipolarer Einrichtungen, die selbstverständlich einen großen Abschnitt der Fläche der integrierten Schaltung des SRAM einnehmen. Da Bandgap-Referenzschaltungen effektiv in einem Nullleistungs-SRAM zum Bestimmen des Schaltpunktes eingesetzt werden können, ist es daher wünschenswert, eine verbesserte Bandgap-Referenzschaltung einsetzen zu können, die weniger bipolare Einrichtungen aufweist und somit weniger Fläche einnimmt und weniger Leistung verbraucht als zur Zeit verfügbare Bandgap-Referenzschaltungen.
In dem Stand der Technik wäre der Einsatz einer Bandgap-Referenzschaltung vorteilhaft, der weniger bipolare Sperrschichttransistoren als eine Bandgap-Referenzschaltung aus dem Stand der Technik aufweist.
Im Stand der Technik wäre ferner die Verwendung einer Bandgap- Referenzschaltunges vorteilhaft, die eine Skalierung des Stromes durch bipolare Sperrschichttransistoren liefert.
Daher erzeugt gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bandgap- Referenzschaltung, die eine minimale Anzahl bipolarer Einrichtungen und Stromspiegel-Skaliereinrichtungen verwendet, eine Bandgap-Referenzspannung. Die von der Bandgap-Referenzschaltung erzeugte Bandgap-Spannung ist eine Funktion mehrerer dimensionierter Stromspiegeleinrichtungen, des Verhältnisses eines ersten Widerstandes zu einem zweiten Widerstand und der Anzahl und relativen Dimensionierung verwendeter bipolarer Sperrschichttransistoren. Die Bandgap-Referenzschaltung erzeugt eine Bandgap-Referenzspannung, die in geeigneter Weise in einer Vielzahl schaltungsintegrierter Einrichtungen, wie einem statischen Nullleistungs-Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) verwendet wird. Falls die Bandgap-Referenzspannung in einer Nullleistungs-SRAM-Anwendung verwendet wird, kann sie für die Bestimmung eingesetzt werden, wann die primäre Spannungsquelle des Nullleistungs-SRAM unterhalb eines vorbestimmten Spannungspegels abgefallen ist und die primäre Spannungsquelle durch eine sekundäre Spannungsquelle ersetzt werden muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bandgap-Referenzschaltung geschaffen, mit: einer ersten Versorgungsspannung; einer zweiten Versorgungsspannung; mehreren bipolaren Sperrschichttransistoren, wobei jeder bipolare Sperrschichttransistor einen mit der ersten Spannungsversorgung verbundenen Kollektor, einen Emitter und eine Basis aufweist, und ein Strom durch jeden bipolaren Sperrschichttransistor fließt; einem ersten Widerstand mit einem ersten und einem zweiten Anschluß; Mittel zum Skalieren des durch jeden bipolaren Sperrschichttransistor fließenden Stromes, wobei die Schaltung in Betrieb eine Bandgap-Referenzspannung gleich der Differenz zwischen der ersten Versorgungsspannung und einer an jedem der Emitter der bipolaren Sperrschichttransistoren vorliegenden Spannung liefert; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand zwischen der ersten Versorgungsspannung und der Basis jedes bipolaren Sperrschichttransistors angeordnet ist.
Bevorzugte Merkmale sind in den beigefügten Ansprüchen 2-11 dargelegt.
Die Erfindung sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele, deren weitere Ziele und Vorteile werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung verständlich, in der:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Bandgap-Referenzschaltung aus dem Stand der Technik ist;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen-Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer eine n-Wannen-Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen-Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4a ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen-Technologie anwendenden, in Kaskode geschalteten Transistor-Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Bandgap-Referenzschaltung ist, die zum Erzielen eines niedrigeren Auslösespunktes verwendet werden kann;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung ist, die zum Hinzufügen einer Hysterese an die Bandgap-Referenzschaltung verwendet werden könnte.
In Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Bandgap-Referenzschaltung 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Die Bandgap- Referenzschaltung 1 hat drei bipolare Stromzweige und umfaßt bipolare Sperrschichttransistoren T1, T2 und T3, p-Kanal- Transistoren P1 und P2, n-Kanal-Transistoren N1, N2 und N3 und Widerstände R1 und R2. Die p-Kanal-Transistoren P1 und P2 und die n-Kanal-Transistoren N1, N2 und N3 sind dimensionierte Transistoren und sind so ausgewählt, daß die p-Kanal- Transistoren P1 und P2 ein Größenverhältnis von 4 : 1 bezüglich der n-Kanal-Transistoren N1, N2 und N3 haben. Diese Dimensionierung ist in Fig. 1 durch die eingekreisten Zahlen bei den Transistoren wiedergegeben.
Die Stromspiegeleinrichtung N1, N2 und N3 in jedem der drei bipolaren Stromzweige sind jeweils auf denselben Strom gesetzt. Daher sind die Stromdichten der bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T3 ungefähr zehnmal so groß wie die des bipolaren Sperrschichttransistors T2, da die Fläche des bipolaren Sperrschichttransistors T2 zehnmal so groß ist wie die von T1 und T3, um einen Faktor ln(10) für die Transistorspannung Vt über dem Widerstand R1 zu erzeugen. Zusätzlich muß mit demselben Strom in jedem bipolaren Stromzweig der Widerstand R2 um ungefähr den Faktor 10 länger als der Widerstand R1 sein.
Die vorliegende Erfindung wendet eine verbesserte Bandgap-Referenzschaltung an, die eine konkrete Bandgap-Referenzspannung erzeugt, die von einer Nullleistungsschaltung verwendet werden kann, wie einem Widerstandsteiler und einem Komparator, zum Bestimmen des Auslösepunktes durch Anpassen eines Bruchteils von VCC an die Bandgap-Referenzspannung. Die verbesserte Bandgap- Referenzschaltung der vorliegenden Erfindung bietet mehrere Vorteile gegenüber der Bandgap-Referenzschaltung aus dem Stand der Technik, einschließlich einer verminderten Anzahl bipolarer Sperrschichttransistoren und somit einer reduzierten Anzahl bipolarer Stromzweige, und einem skalierten Strom durch die bipolaren Sperrschichttransistoren unter Verwendung von Stromspiegeleinrichtungen.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen- Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäße Bandgap-Referenzschaltung 10 hat den einfachen Aufbau einer Bandgap-Referenzschaltung mit lediglich zwei bipolaren Stromzweigen und umfaßt bipolare Sperrschichttransistoren T1 und T2, p-Kanal-Transistoren P1 und P2, n- Kanal-Transistoren N1, N2 und N3 und Widerstände R1 und R2. Die Anzahl bipolarer Stromzweige in Fig. 2 ist gegenüber Fig. 1 reduziert, indem der Widerstand R2 oberhalb der Basen der bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T2 angeordnet ist.
Die bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T2 liefern Spannungsabfälle Vbe bei verschiedenen Stromdichten, wie in Fig. 2 angezeigt; der bipolare Sperrschichttransistor T2 weist M Emitter auf, während der bipolare Transistor T1 einen einzelnen Emitter aufweist. Die p-Kanal-Transistoren P1 und P2 haben dieselbe Stromdichte und dieselben Sourcespannungen am Knoten a und am Knoten b. Daher ist die über dem Widerstand R1 auftretende Spannung v der bipolaren Stromdichte gleich der Gleichung 1, die ergibt:
wobei k die Boltzman-Konstante ist, T die Temperatur in Grad Kelvin ist, q die elektronische Ladung ist, I3 der Strom durch den p-Kanal-Transistor P1 ist, I1 der Strom durch den Widerstand R1 ist und M die Anzahl an Emittern des bipolaren Sperrschichttransistors T2 ist. Die n-Kanal-Transistoren N1, N2 und N3 arbeiten als Stromspiegel, die helfen, die Stromverhältnisse von I2 und I3 bzgl. I1 zu setzen. Falls der n-Kanal-Transistor N1 eine Breite w1, der n-Kanal-Transistor N2 eine Breite w2 und der n-Kanal-Transistor N3 eine Breite w3 haben, dann sind daher der Strom I2 und der Strom I3 wie in den nachfolgenden Gleichungen 2 und 3 definiert:
(2) I2 = W2/W3 I1
(3) I3 = W1/W3 I1
Somit ist der Strom I1 durch den Widerstand R1 gleich:
Die Spannung am Knoten c ist gleich VCC - I2R2, was auf die positive Spannungsversorgung VCC bezogen gleich ist mit:
Bezogen auf VCC ist die Gleichung für die Bandgap-Referenzspannung dann.
Typische Werte für die Breiten w1, w2 und w3, M, R1 und R2 sind derart, daß:
(7) MW1/W3 = 20 und
Mit diesen typischen Werten erzeugt die Bandgap-Referenzschaltung 10 eine Spannung unterhalb VCC von ungefähr 1.3 Volt.
Wie aus den obigen Gleichungen und Fig. 2 ersichtlich ist, bietet die vorliegende Erfindung mehrere wichtige Vorteile gegenüber der Bandgap-Referenzschaltung 1 aus dem Stand der Technik in Fig. 1. Der Strom durch die bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T2 wird unter Verwendung der n-Kanal- Transistoren N1, N2 und N3 der Stromspiegeleinrichtung derart skaliert, daß ein gewünschtes Stromdichtenverhältnis mit einem geringeren Verhältnis bipolarer Sperrschichttransistoren erzielt wird, als es mit der Bandgap-Referenzschaltung 1 der Fig. 1 aus dem Stand der Technik möglich war. Ein weiterer Vorteil ist der, daß dank des skalierten Stroms E2 durch den Widerstand R2 der Widerstand R2 einen niedrigeren Widerstandswert haben kann.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer eine n-Wannen- Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 3 erzeugt eine Bandgap-Referenzschaltung 20 eine Spannung VCC von ungefähr 2,6 Volt, in etwa der doppelte Wert der von der Fig. 2 erzeugten Spannung, da zwei bipolare Sperrschichttransistoren anstelle eines bipolaren Sperrschichttransistors in jedem bipolaren Stromzweig verwendet werden.
Die Bandgap-Referenzschaltung 20 umfaßt p-Kanal-Transistoren P1, P2, P3, P4 und P5, die als Stromspiegel arbeiten, n-Kanal- Transistoren N1 und N2, bipolare Sourcefolger-Sperrschichttransistoren T1, T2, T3 und T4 und Widerstände R1 und R2. Die bipolaren Sperrschichttransistoren T1, T2, T3 und T4 sind dimensionierte Transistoren und derart ausgewählt, daß die bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T2 ein Größenverhältnis von 1 : 4 bezüglich der bipolaren Sperrschichttransistoren T3 und T4 haben. Die Dimensionierung ist in Fig. 3 durch die 1 und die 4 im Kreis wiedergegeben. Ebenso sind die p-Kanal-Transistoren dimensionierte Transistoren und derart ausgewählt, daß die p- Kanal-Transistoren P4 und P5 ein Größenverhältnis von 1 : 5 bezüglich der p-Kanal-Transistoren P1 und P2 haben. Somit ist für die Bandgap-Referenzschaltung 20 das Stromdichtenverhältnis gleich 20 : 1.
Daher ist basierend auf den dimensionierten Transistoren VAUS definiert als:
Ein typischer Wert für VAUS ist ungefähr 2.5. Die Bandgap-Referenzschaltung 20 kann durch Hinzufügen von Kaskodetransistoren und den damit einhergehenden Anstieg der Ausgangsimpedanzen der MOS-Einrichtungen der Bandgap-Referenzschaltung 20 in den Betriebseigenschaften verbessert werden. Solche Kaskodetransistoren würden die Anpassung zwischen den Sourcefolger-Transistoren T1, T2, T3 und T4 und den als Stromspiegel arbeitenden p-Kanal- Transistoren verbessern.
In Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen- Technologie anwendenden Bandgap-Referenzschaltung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Bandgap-Referenzschaltung 30 umfaßt bipolare Sperrschicht-Transistoren T1, T2, T3 und T4, p-Kanal-Transistoren P1 und P2, n-Kanal-Transistoren N1, N2, N3, N4 und N5 und Widerstände R1 und R2. Die Bandgap-Referenzschaltung 30 ist analog der Schaltung 20 der Fig. 2, außer daß die Bandgap- Referenzschaltung 30 für eine n-Wannen-Technologie anstelle einer n-Wannen-Technologie anwendbar ist. Hier sind die n-Kanal- Transistoren N1, N2, N3, N4 und N5 der Stromquelle weiterhin im Verhältnis 1 : 5 dimensioniert, wie gezeigt, jedoch mit VSS oder dem Grundspannungspotential verbunden. Ebenso sind die bipolaren Sperrschichttransistoren T1, T2, T3 und T4 derart dimensioniert, daß das Verhältnis von 1 : 4 beibehalten ist. Die Gleichung für VAUS ist analog Gleichung (8), außer das VAUS auf VCC anstatt auf VSS bezogen ist. Falls eine höhere Drain-Impedanz zum Liefern der benötigten Stromanpassung gewünscht ist, kann die aus dem Stand der Technik wohl bekannte Kaskode-Stromspiegelschaltung in Fig. 4 hinzugefügt werden.
Falls eine höhere Drain-Impedanz zum Liefern der erforderlichen Stromanpassung benötigt wird, kann eine Bandgap-Referenzschaltung mit einer Kaskode-Stromspiegelschaltung verwendet werden. In Fig. 4a ist ein schematisches Diagramm einer eine p-Wannen- Technologie anwendenden, in Kaskode geschaltenen Transistor- Bandgap-Referenzschaltung 40 gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die in Kaskode geschaltene Transistor-Bandgap-Referenzschaltung 40 hat eine ähnliche Funktion wie die Schaltung aus Fig. 4, jedoch mit einer höheren Genauigkeit.
Die in Kaskode geschaltene Transistor-Bandgap-Referenzschaltung 40 umfaßt bipolare Sperrschichttransistoren T1, T2, T3 und T4, p-Kanal-Transistoren P1, P2, P3, P4, P5 und P6, n-Kanal- Transistoren N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12, N13 und N14, und Widerstände R1 und R2. Die Transistoren aus Fig. 4a sind wie durch die umkreisten Zahlen angegeben dimensioniert. Wie in Fig. 4, ist in Fig. 4a eine p-Wannen- Technologie angewandt.
Hinzufügte Kaskode-Stromspiegeltransistoren N2, N3, N4, N5 und N6 liefern bessere Stromanpaßeigenschaften, während Kaskode- Sourcefolger-Transistoren P3, P4 bessere Spannungsanpaßeigenschaften als die in Fig. 4 gezeigte Anordnung liefern. Der Vorspannungspegel am Punkt a kann so gesetzt werden, daß er die Kaskode-Stromspiegeltransistoren N2, N3, N4, N5 und N6 und die Stromspiegeltransistoren N9, N10, N11, N12 und N13 in Sättigung hält. Ebenso kann der Vorspannungspegel am Punkt b so gesetzt werden, daß er die Kaskode-Sourcefolger-Transistoren P3 und P4, sowie die Sourcefolger-Transistoren P1 und P2 in Sättigung hält. Eine Startschaltung kann für das Aufstellen eines Anfangsstromfluß beim Starten erforderlich sein.
Die Funktionsweise der in Fig. 3, 4 und 4a gezeigten Bandgap-Referenzschaltungen wird nachteilig beeinflußt, wenn die Versorgungsspannung der Schaltungen vermindert wird. Beispielsweise ist VAUS für die Bandgap-Referenzschaltung 20 der Fig. 3 ungefähr 2,5 Volt. Für den Betrieb der Schaltung mit bis zu 4,5 Volt ist die Differenz von VAUS zu VCC gleich 2 Volt, was dem n-Kanal-Sourcefolger einen ausreichenden Spannungsbereich oberhalb VAUS gibt. Da die Bandgap-Referenzschaltung oder ihr p- Kanal-Äquivalent immer im Volumen sein werden, anstatt in einem Wall, werden sie eine Substratvorspannung von 2,5 Volt haben. Daher wird die Transistorspannung Vt ungefähr 1,1 Volt bis 1,5 Volt sein, wodurch eine geeignete Spannung für den Betrieb der Stromquellen geliefert wird.
Da jedoch ein niedrigerer Auslösepunkt, z. B. 4,0 Volt, gewünscht wird, mit einem Betrieb der Bandgap-Referenzschaltung hinunter bis zu 3,5 Volt bis 3,7 Volt, würde keine geeignete Spannung vorliegen. In Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm einer Bandgap-Referenzschaltung 5 gezeigt, die zum Erzielen eines niedrigeren Auslösepunktes verwendet werden kann. Die Bandgap-Referenzschaltung 50 umfaßt p-Kanal-Transistoren P1, P2 und P3, n-Kanal-Transistoren N1 und N2, bipolare Sperrschichttransistoren T1 und T2 und Widerstände R1 und R2. Die Transistoren sind wie durch die in Fig. 5 angegebenen Referenzzeichen in Kreisen dimensioniert, so daß die p-Kanal-Transistoren P1 und P3 ein Größenverhältnis von 5 : 1, die n-Kanal-Transistoren N1 und N2 ein Größenverhältnis von 5 : 1 und die bipolaren Sperrschichttransistoren T1 und T2 ein Größenverhältnis von 1 : 4 haben.
Der Pegel VAUS würde ungefähr 1,25 Volt sein und Vt der Transistoren würde zwischen 0,9 Volt und 1,2 Volt liegen. Somit würde bei einer Versorgungsspannung von Vcc = 3,5 Volt die Betriebsspannung für die Stromquellentransistoren gleich 1,05 Volt sein (3,5 Volt - 1,25 Volt - 1,2 Volt). Daher kann die Bandgap-Referenzschaltung 50 der Fig. 5 zum Erzielen eines erheblich niedrigeren Auslösepunktes verwendet werden.
Zusätzlich können die oben beschriebenen Bandgap-Referenzschaltungen durch Hinzufügen von Hysterese-Eigenschaften verbessert werden. In Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung 60 gezeigt, die zum Hinzufügen einer Hysterese an die Bandgap-Referenzschaltung verwendet werden könnte. Die Schaltung 60 umfaßt Widerstände R1, R2, R3 und R4, Transistoren T1 und T2, Inverter I1 und I2, einen Komparator C und die in dem Block gezeigten Bandgap-Referenzschaltung. Eine Hysterese kann durch einen Widerstandsnebenschluß in dem Widerstandsteiler mit einem MOS-Schalter hinzugefügt werden, der von einem von dem Komparatorausgang C abgeleiteten Signal gesteuert wird. Ein positiver Zustand am Knoten a zeigt an, daß Knoten b unterhalb des Auslösepunktes ist. Der Transistor T2 wird eingeschaltet und der Transistor T1 wird ausgeschaltet, um den Knoten b zu bewegen und dadurch eine Hysterese zu erzeugen.
In Fig. 2, 3, 4, 4a und 5 ist der Betrieb der Bandgap-Referenzschaltung eine Funktion des Verhältnisses der Widerstände R1 und R2 und der Verhältnisse der Stromspiegel- und Sourcefolger-Abschnitte der Schaltung - nicht der exakten Werte der Widerstände R1 und R2. Somit kann durch sorgfältiges Auswählen der Widerstands- und Transistorverhältnisse eine Bandgap-Referenzschaltung unter Verwendung weniger bipolarer Transistoren realisiert werden.
Die von der vorliegenden Erfindung erzeugte Bandgap-Referenzspannung wird typischerweise für die Bestimmung verwendet, ob die Bandgap-Referenzspannung unterhalb eines vorbestimmten Spannungspegels liegt. Falls sie unterhalb des vorbestimmten Spannungspegels liegt, springt ein Hochleistungskomparator an dem vorbestimmten Auslösepunkt, wodurch der Nullleistungs-SRAM von einer sekundären Spannungsquelle anstatt von einer primären Spannungsquelle mit Leistung versorgt wird.
Die vorliegende Erfindung hat mehrere Vorteile gegenüber der Bandgap-Spannungsschaltung aus dem Stand der Technik. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine geringere Anzahl bipolarer Sperrschichttransistoren verwendet, und somit wird weniger Fläche beansprucht. Der Betrieb der Bandgap-Referenzschaltung hängt von den Verhältnissen ab, die durch sorgfältige Auswahl der Werte der Widerstände R1 und R2 erzielt werden sowie der Größen der Transistoren, und nicht von den Absolutwerten dieser Bauteile. Die Stromspiegeleinrichtungen sind derart skaliert, daß der Strom durch die bipolaren Stromzweige skaliert ist. Ebenso können Mehrfachauslösepunkte gesetzt werden, indem mehrere Abzweige an der Teilerschaltung gemultiplext werden. Diese Mehrfachauslösepunkte werden entsprechend den Kundenbedürfnissen ausgewählt; typische Werte können 5%, 10%, 20% etc. des Wertes von VCC sein. Zusätzlich kann erfindungsgemäß VAUS an einen Ausgangspin des Nullleistungs-SRAM gebracht und somit leicht gemessen werden.
Während die Erfindung insbesondere anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für den Durchschnittsfachmann selbstverständlich, daß an der Erfindung zahlreiche Änderungen in der Ausbildung und im Detail vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsbereich zu verlassen.

Claims

1. Bandgap-Referenzschaltung mit:

einer ersten Versorgungsspannung (VCC);

einer zweiten Versorgungsspannung;

mehreren bipolaren Sperrschichttransistoren (T1, T2), wobei jeder bipolare Sperrschichttransistor einen mit der ersten Versorgungsspannung verbundenen Kollektor, einen Emitter und eine Basis aufweist, und wobei ein Strom durch jeden bipolaren Sperrschichttransistor fließt;

einem ersten Widerstand (R2) mit einem ersten und einem zweiten Anschluß;

Mittel (P&sub1;, P&sub2;, N&sub1;, N&sub2;, N&sub3;) zum Skalieren des durch jeden bipolaren Sperrschichttransistor fließenden Stromes, wobei die Schaltung im Betrieb eine Bandgap-Referenzspannung (Vaus) gleich der Differenz zwischen der ersten Versorgungsspannung und einer an jedem der Emitter der bipolaren Sperrschichttransistoren vorliegenden Spannung liefert;

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R2) zwischen der ersten Versorgungsspannung und der Basis jedes bipolaren Sperrschichttransistors angeordnet ist.

2. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel zum Skalieren des durch jeden bipolaren Sperrschichttransistors fließenden Stromes mehrere Stromspiegeleinrichtungen (N1, N2, N3) sind, wobei jede Stromspiegeleinrichtung einen ersten Source/Drain, einen zweiten Source/Drain und ein Gate aufweist, der erste Source/Drain jeder Stromspiegeleinrichtung mit der zweiten Versorgungsspannung verbunden ist, das Gate eines der Stromspiegeleinrichtungen mit deren zweitem Source/Drain verbunden ist und die Gates der anderen Stromspiegeleinrichtungen mit dem Gate dieser einen der Stromspiegeleinrichtungen verbunden sind.

3. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 2, ferner mit:

mehreren bipolaren Stromzweigen (I1, I2, I3), wobei ein erster bipolarer Stromzweig den Kollektor eines ersten bi polaren Sperrschichttransistors (T1) mit der ersten Spannungsversorgung verbunden hat, den Emitter des ersten bipolaren Sperrschichttransistors mit dem zweiten Source/Drain einer ersten Stromspiegeleinrichtung (N1) verbunden hat, und den ersten Source/Drain der ersten Stromspiegeleinrichtung mit der zweiten Spannungsversorgung verbunden hat;

wobei ein zweiter bipolarer Stromzweig den ersten Anschluß des ersten Widerstandes (R2) mit der ersten Spannungsversorgung verbunden hat, den zweiten Anschluß des ersten Widerstandes (R2) mit dem zweiten Source/Drain einer zweiten Stromspiegeleinrichtung (N2) verbunden hat, und den ersten Source/Drain der zweiten Stromspiegeleinrichtung mit der zweiten Spannungsversorgung verbunden hat;

wobei ein dritter bipolarer Stromzweig den Kollektor eines zweiten bipolaren Sperrschichttransistors (T2) mit der ersten Spannungsversorgung verbunden hat, die Basis des zweiten bipolaren Sperrschichttransistors (T2) mit der Basis des ersten bipolaren Sperrschichttransistors (T1) und dem zweiten Anschluß des ersten Widerstandes verbunden hat, den Emitter des zweiten bipolaren Sperrschichttransistors (T2) mit einem ersten Anschluß eines zweiten Widerstandes (R1) verbunden hat, einen zweiten Anschluß des zweiten Widerstandes mit dem zweiten Source/Drain einer dritten Stromspiegeleinrichtung (N3) verbunden hat, das Gate der dritten Stromspiegeleinrichtung mit dem Gate der zweiten Stromspiegeleinrichtung (N2) verbunden hat und den ersten Source/Drain der dritten Stromspiegeleinrichtung mit der zweiten Spannungsversorgung verbunden hat; und

wobei die erste Stromspiegeleinrichtung, die zweite Stromspiegeleinrichtung und die dritte Stromspiegeleinrichtung so dimensioniert sind, daß ein erster durch den ersten bipolaren Stromzweig fließender Strom, ein zweiter durch den zweiten bipolaren Stromzweig fließender Strom und ein dritter durch den dritten bipolaren Stromzweig fließender Strom untereinander skaliert sind.

4. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 3, bei welcher der Emitter des zweiten bipolaren Sperrschichttransistors (T2) ein Mehrfach-Emitter mit M Emittern ist.

5. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 4, bei welcher die Bandgap-Referenzspannung durch folgende Gleichung definiert ist:

wobei Vbe eine Basis/Emitter-Spannung des ersten bipolaren Sperrschichttransistors ist, k die Boltzman-Konstante ist, T die Temperatur in Grad Kelvin ist, q die elektronische Ladung ist, M die Anzahl an Emittern des zweiten bipolaren Sperrschichttransistors ist, W1 die Breite der ersten Stromspiegeleinrichtung ist, W2 die Breite der zweiten Stromspiegeleinrichtung ist und W3 die Breite der dritten Stromspiegeleinrichtung ist.

6. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 3, bei welcher die Bandgap-Referenzschaltung eine p-Wannen-Technologie anwendet, und die erste Spannungsversorgung VCC ist, die zweite Spannungsversorgung VSS ist und die erste Stromspiegeleinrichtung, die zweite Stromspiegeleinrichtung und die dritte Stromspiegeleinrichtung jeweils ein n-Kanal-Transistor sind.

7. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 6, bei welcher die Bandgap-Referenzspannung ungefähr 1,3 Volt unterhalb VCC liegt.

8. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 3, bei welcher die Bandgap-Referenzschaltung eine n-Wannen-Technologie anwendet, und die erste Spannungsversorgung VSS ist, die zweite Spannungsversorgung VCC ist und die erste Stromspiegeleinrichtung, die zweite Stromspiegeleinrichtung und die dritte Stromspiegeleinrichtung jeweils ein p-Kanal-Transistor sind.

9. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 3 oder 8, bei welcher die Bandgap-Referenzspannung ungefähr 2,5 Volt ist.

10. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 1 oder 3, bei welcher, wenn die Bandgap-Referenzspannung unterhalb eines vorgegebenen Spannungspegels fällt, eine dritte Versorgungsspannung für die erste Versorgungsspannung ersetzt wird.

11. Bandgap-Referenzschaltung nach Anspruch 10, bei welcher die Bandgap-Referenzschaltung für die Verwendung in einem statischen Nullleistungs-Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff geeignet ist.