JP2004013230A

JP2004013230A - 基準電圧発生回路

Info

Publication number: JP2004013230A
Application number: JP2002162073A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Karaushi; 唐牛　孝之
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】電磁障害等のノイズによる影響を受けても、基準電圧の変動を抑制し、安定した出力電圧を供給することが可能な基準電圧発生回路を得る。
【解決手段】電流増幅器１の出力電流で駆動されるベース・コレクタ端子間を短絡した第１のトランジスタＱ１中を流れる電流と一定の比率の電流を流す第２のトランジスタＱ２と、第１のトランジスタＱ１のベース端子と、エミッタ端子の間に接続した帰還容量Ｃ１と、第２のトランジスタＱ２のエミッタ端子に接続した電流比設定抵抗Ｒ３と、第１のトランジスタＱ１のエミッタ端子と電流比設定抵抗Ｒ３との接続点と低位電源ＶＳＳ間に接続された減衰抵抗Ｒ４とを備え、第１及び第２のトランジスタＱ２のコレクタ端子側の接続点を出力端子１０とする基準電圧発生回路である。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源から電源供給を受けて動作し、各種電子回路を動作させるのに必要な基準電圧を発生する基準電圧発生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基準電圧発生回路として図３に示すようなカレントミラー回路１０２を用いたものが知られている。カレントミラー回路１０２を用いた基準電圧発生回路は、温度依存性がなく、常時安定した基準電圧を発生することができるため、使用環境が大きく変化する自動車用の電子制御装置や携帯用の電子装置等に広く採用されている。
【０００３】
図３に示す基準電圧発生回路は、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤ間、及び出力端子１１０に電流増幅器１０１が接続され、この電流増幅器１０１にカレントミラー回路１０２が接続されている。
【０００４】
更に、カレントミラー回路１０２は、抵抗Ｒ１０１を介して出力端子１１０に接続されたコレクタ端子及びベース端子、グランドＧＮＤに接続したエミッタ端子を有するｎｐｎ型トランジスタＱ１０１と、抵抗Ｒ１０２を介して出力端子１１０に接続したコレクタ端子、ｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のコレクタ端子及びベース端子に接続したベース端子、抵抗Ｒ１０１を介してグランドＧＮＤに接続したエミッタ端子を有するｎｐｎ型トランジスタＱ１０２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のベース・グランドＧＮＤ間に接続された容量Ｃ１０１とにより構成されている。
【０００５】
カレントミラー回路１０２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１０１及びｎｐｎ型トランジスタＱ１０２のベース（換言すればｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のコレクタ）と、ｎｐｎ型トランジスタＱ１０２のコレクタ端子を出力とし、温度依存性のない極めて安定した電圧であるベース・エミッタ間電圧を電流増幅器１０１に出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３に示す基準電圧出力回路は、グランドに対する基準電圧を出力しているため、グランドレベルに電磁界ノイズ等の高周波ノイズが重畳した場合に、出力電圧が変動し、安定した電圧が維持されないという問題があった。
【０００７】
例えば、グランドレベルに、図４（ａ）に示すようなノイズが時刻Ｔ１において重畳されたとする。ｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のエミッタ端子の電圧は、容量Ｃ１０１により帰還されるため、図４（ｂ）に示すように、ノイズ電圧がそのまま印加される。また、ｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のベース端子にはｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のエミッタ端子の電圧に対して位相がずれた図４（ｃ）に示すような電圧が印加される。つまり、ベース端子及びエミッタ端子間には、図４（ｄ）に示すような電圧が印加され、出力電圧は、図４（ｅ）に示すように、ノイズの影響を受ける。ノイズがトランジスタの追従できない高周波であれば出力電圧は基準電圧よりΔＶだけ降下しまう。
【０００８】
本発明の目的は、電磁障害等のノイズの影響を受けても、基準電圧の変動を抑制し、安定した出力電圧を供給することが可能な基準電圧発生回路を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、電流増幅器と、電流増幅器の出力電流で駆動されるベース・コレクタ端子間を短絡した第１のトランジスタと、第１のトランジスタ中を流れる電流と一定の比率の電流を流すように第１のトランジスタのベース端子に接続されたベース端子を有する第２のトランジスタと、第１のトランジスタのベース端子と、エミッタ端子の間に接続した帰還容量と、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続した電流比設定抵抗と、第１のトランジスタのエミッタ端子と電流比設定抵抗との接続点と低位電源間に接続された減衰抵抗とを備え、第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子側の接続点を出力端子とする基準電圧発生回路である。
【００１０】
本発明の特徴によれば、電磁障害等のノイズの影響を受けても、基準電圧の変動を抑制し、安定した出力電圧を供給することが可能な基準電圧発生回路を得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路は、図１に示すように、電流増幅器１と、電流増幅器１の出力電流で駆動されるベース・コレクタ端子間を短絡した第１のトランジスタＱ１と、第１のトランジスタＱ１中を流れる電流と一定の比率の電流を流すように第１のトランジスタＱ１のベース端子に接続されたベース端子を有する第２のトランジスタＱ２と、第１のトランジスタＱ１のベース端子と、エミッタ端子の間に接続した帰還容量Ｃ１と、第２のトランジスタＱ２のエミッタ端子に接続した電流比設定抵抗Ｒ３と、第１のトランジスタＱ１のエミッタ端子と電流比設定抵抗Ｒ３との接続点と低位電源ＶＳＳ間に接続された減衰抵抗Ｒ４とを備え、第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２のコレクタ端子側の接続点を出力端子とするカレントミラー回路とを備える。
【００１３】
電流増幅器１は、一端を高位電源ＶＤＤに接続された電流源３と、電流源３の他端に接続されたベース端子、高位電源ＶＤＤに接続されたコレクタ端子、及び出力電流を供給するエミッタ端子を有する出力トランジスタＱ３と、電流源３の他端に接続された電流調整回路５と、電流源３の他端に接続された差動増幅器４とを備える。
【００１４】
差動増幅器４は、ベース端子、電流源３の他端に接続されたエミッタ端子、及びベース端子に接続されたコレクタ端子を有する第１の増幅トランジスタＱ４と、電流源３の他端及び第１の増幅トランジスタＱ４のエミッタ端子に接続されたエミッタ端子、第１の増幅トランジスタＱ４のベース端子及びコレクタ端子に接続されたベース端子、及び容量Ｃ２の他端及び第１の電流調整トランジスタＱ８のベース端子に接続されたコレクタ端子を有する第２の増幅トランジスタＱ５と、エミッタ端子、第１の増幅トランジスタＱ４のベース端子及びコレクタ端子に接続されたコレクタ端子、及び第２のトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続されたベース端子とを有する第３の増幅トランジスタＱ６と、エミッタ端子、第２の増幅トランジスタＱ５のコレクタ端子に接続されたコレクタ端子、ならびに第１のトランジスタＱ１のベース端子及びコレクタ端子に接続されたベース端子を有する第４の増幅トランジスタＱ７と、一端を第３の増幅トランジスタＱ６及び第４の増幅トランジスタＱ７のエミッタ端子に接続し、他端を低位電源ＶＳＳに接続した抵抗Ｒ５とを備える。
【００１５】
電流調整回路５は、一端を電流源３の他端に接続した容量Ｃ２と、エミッタ端子、電流源３の他端及び容量Ｃ２の一端に接続されたコレクタ端子、容量Ｃ２の他端及び第２の増幅トランジスタＱ５のエミッタ端子に接続されたベース端子とを有する第１の電流調整トランジスタＱ８と、一端を第１の電流調整トランジスタＱ８のコレクタ端子、電流源３の他端、及び容量Ｃ２の一端にそれぞれ接続した抵抗Ｒ６と、コレクタ端子、抵抗Ｒ６の他端に接続されたコレクタ端子、第１の電流調整トランジスタＱ８のエミッタ端子に接続されたベース端子とを有する第２の電流調整トランジスタＱ９と、第２の電流調整トランジスタＱ９のエミッタ端子及び低位電源ＶＳＳ間に接続された抵抗Ｒ７とを備える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路は、上記のように構成され、電流増幅器１は、出力トランジスタＱ３のベース端子に電流源３を介して一定の電流を供給し、出力トランジスタＱ３のコレクタ端子から一定の電流を出力する。
【００１７】
さらに、カレントミラー回路２は、電流増幅器１の出力電流をもとに低位電源ＶＳＳに対する基準電圧を生成するバンドギャップ回路として動作し、出力端子１０から基準電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００１８】
差動増幅器４は、カレントミラー回路２の第１のトランジスタＱ１のベース電圧及び第２のトランジスタＱ２のコレクタ電圧を、第３の増幅トランジスタＱ６のベース端子及び第４の増幅トランジスタＱ７のベース端子に差動入力している。第１のトランジスタＱ１のベース電圧に対し、第２のトランジスタＱ２のコレクタ電圧が上昇すると、第１の増幅トランジスタＱ４及び第２の増幅トランジスタＱ５のコレクタ電流は増加し、第１の電流調整トランジスタＱ８のベース端子に流れる電流量は増加する。
【００１９】
電流調整回路５は、電流源３から出力トランジスタＱ３のベース端子に供給される電流量を調整する。容量Ｃ２は、電流源３の出力電流の位相と第１の電流調整トランジスタＱ８のベース端子に供給される電流の位相が一致するように補償をしている。
【００２０】
ここで、図１に示す基準電圧発生回路の低位電源ＶＳＳに、図２（ａ）に示すように、時刻Ｔ１においてノイズが重畳すると、図３に示した従来の基準電圧発生回路のｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のエミッタ端子には直接ノイズが印加されていたのに対し、第１のトランジスタＱ１のエミッタ電圧には、図２（ｂ）に示すように、ノイズ電圧を減衰抵抗Ｒ４により減衰した電圧が印加される。
【００２１】
一方、ノイズ重畳時の第１のトランジスタＱ１のベース電圧は、第１のトランジスタＱ１のエミッタ端子に帰還容量Ｃ１を介し接続しているため、図２（ｃ）に示すように、第１のトランジスタＱ１のエミッタ電圧に対し位相が進んだ波形を示す。したがって、第１のトランジスタＱ１のベース・エミッタ間の電圧は、図４（ｄ）で示したｎｐｎ型トランジスタＱ１０１のベース・エミッタ間の電圧に対し、図２（ｄ）に示すようなノイズ成分を減衰させた波形となる。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは、図２（ｅ）に示すように、図４（ｅ）で示した波形に比べ、ノイズ変動の少ない波形となる。
【００２２】
また、帰還ノイズレベルを減衰抵抗Ｒ４により減衰させるだけでなく、図３に示した従来の基準電圧発生回路では、第１のトランジスタＱ１のベース、及びグランドＧＮＤ間に抵抗成分が存在し、グランドＧＮＤ側から見て容量Ｃ１０１とローパスフィルタを形成している。しかし、第１のトランジスタＱ１のベース、及びグランドＧＮＤ間に抵抗成分が微量であるため、ノイズ成分を除去できる周波数はＧＨｚ帯となる。例えば、第１のトランジスタＱ１のベース及び低位電源ＶＳＳ間の抵抗成分の値を１Ω、容量Ｃ１０１の値を１０ｐＦとする。容量Ｃ１０１と第１のトランジスタＱ１のベース及び低位電源ＶＳＳ間の抵抗成分からなるローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２π（ＲＣ）１／２）の式で求めることができる。それぞれに数値を代入しカットオフ周波数ｆｃを求めると、ｆｃ＝１．５９１ＧＨｚとなる。第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２は、このような高周波ノイズには追従できず、結果として出力端子１０に出力される出力電圧レベルは下がる。
【００２３】
これに対し、図１で示した本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路では、帰還容量Ｃ１及び減衰抵抗Ｒ４は低位電源ＶＳＳ側から見てローパスフィルタを形成している。例えば、Ｒ４＝４．９５８Ω、帰還容量Ｃ１＝１０ｐＦとすると、カットオフ周波数ｆｃ＝３．２ＭＨｚとなる。すなわち、トランジスタが追従できる範囲の周波数を設定することで、第１のトランジスタＱ１のベース・エミッタ間の電圧を補償し、低位電源ＶＳＳレベルに重畳されるノイズの影響を低減させることが可能となる。結果として、出力電圧Ｖｏｕｔが低下するのを抑制することが可能となる。また、Ｃ２の定数を変更することにより、フィルタのカットオフ周波数ｆｃを調節することもできる。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路によれば、電磁障害等のノイズの影響を受けても、基準電圧の変動を抑制し、安定した出力電圧を供給することが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、電磁障害等のノイズの影響を受けても、基準電圧の変動を抑制し、安定した出力電圧を供給することが可能な基準電圧発生回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路を説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る基準電圧発生回路のタイミングチャートを説明した図である。
【図３】従来の基準電圧発生回路について説明した図である。
【図４】従来の基準電圧発生回路タイミングチャートを説明した図である。
【符号の説明】
１，１０１・・・電流増幅器
２，１０２・・・カレントミラー回路
３・・・電流源
４・・・電流調整回路
５・・・差動増幅器
１０，１１０・・・出力端子
Ｑ１・・・第１のトランジスタ
Ｑ２・・・第２のトランジスタ
Ｑ３・・・出力トランジスタ
Ｑ４・・・第１の増幅トランジスタ
Ｑ５・・・第２の増幅トランジスタ
Ｑ６・・・第３の増幅トランジスタ
Ｑ７・・・第４の増幅トランジスタ
Ｑ８・・・第１の電流調整トランジスタ
Ｑ９・・・第２の電流調整トランジスタ
Ｑ１０・・・保護トランジスタ
Ｒ１・・・第１の抵抗
Ｒ２・・・第２の抵抗
Ｒ３・・・電流設定抵抗
Ｒ４・・・減衰抵抗

Claims

電流増幅器と、
該電流増幅器の出力電流で駆動されるベース・コレクタ端子間を短絡した第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタ中を流れる電流と一定の比率の電流を流すように前記第１のトランジスタのベース端子に接続されたベース端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのベース端子と、エミッタ端子の間に接続した帰還容量と、
前記第２のトランジスタのエミッタ端子に接続した電流比設定抵抗と、
前記第１のトランジスタのエミッタ端子と前記電流比設定抵抗との接続点と低位電源間に接続された減衰抵抗とを備え、前記第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子側の接続点を出力端子とすることを特徴とする基準電圧発生回路。
前記電流増幅器は、一端を高位電源に接続された電流源と、該電流源の他端に接続されたベース端子、高位電源に接続されたコレクタ端子、及び前記出力電流を供給するエミッタ端子を有する出力トランジスタと、
前記電流源の他端に接続された電流調整回路と、前記電流源の他端に接続された差動増幅器とを備えることを特徴とする請求項１記載の基準電圧発生回路。