JPH0290306A

JPH0290306A - 温度に無関係な電流基準回路

Info

Publication number: JPH0290306A
Application number: JP20224389A
Authority: JP
Inventors: R Helms James; ジェームス　アール．ヘルムス
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1990-03-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は温度に無関係な０ＭＯ８電流基準源に関する
。

従来の技術及び問題点温度に無関係な電流源は種々の分野で多くの用途がある
。例えば、演算増幅器の様に、精密なアナログ機能をし
ようとする回路では、電流源が必要である。演算増幅器
を設計りる時、それに対する電流バイアスは所望の性能
が得られる様に定められる。それに対する電流が温度変
化と共に変化すると、演算増幅器は、この電流変化の為
に、その特性に成る望ましくない変化を生ずる。従って
、この様な回路並びにその他の周知の回路に於ける電流
を実質的に温度に無関係に保つことが必要である。

従来、温度に無関係な電流源を提供する多数の試みがあ
った。−殻内に従来のこう云う試みは、電流源を制御す
るものとして複雑で経済的にコストのか）る間接的な方
法であった。従来の成る方式では、正の抵抗温度係数を
持つ装置と負の抵抗温度係数を持つ基準装置との間の差
に比例する結果を生ずる基準装置を利用している。これ
は、その結果生ずる差により、温度変化に対して幾分か
安定な電流になる様にしようと云う希望からである。そ
の例が、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社から出版
されＩＣボール　Ｒ，グレー及びロバト　Ｇ、マイヤー
の著書［アナログ集積回路の解析と設計］第２版に記載
されている。

問題点を解決する為の手段及び作用この発明では上に述べた従来の問題を最小限に抑え、比
較的簡単で低廉に製造できる０ＭＯ３電流基準源を提供
する。

簡単に云うと、こう云うことが、固体装置、即ちｐｎ接
合の両端の温度変化に伴う負の電圧変化を、予定の一定
の電流に対する抵抗の両端の電圧変化と釣合せることに
よって達成される。この為に、好ましくはポリシリ」ン
抵抗を予定のレベルにドープすることにより、その負の
抵抗温度係数を調節することによって、温度変化に対し
て抵抗の抵抗値を負に調節する。ポリシリコン抵抗のド
ーピング密度がその抵抗値の温度係数を決定し、これに
対して初期抵抗値は抵抗の形状によって独立に決定され
る。

ポリシリコンの抵抗温度係数が負であって、そのドーピ
ング密度の関数であることが分かっている。このことが
Ｉ　Ｅ　Ｉｉトトランザクションズ・オン・エレクトロ
ン・デバイセズ誌ＦＤ−３０巻。

第２号（１９８３年２月号）第１３７頁乃至１４９頁に
記載されている。比抵抗が約５００オーム／スクエアに
なるポリシリコンのドーピング・レベルでは、その負の
抵抗温度係数は、第１次まで見て、ｐｎ接合と大体釣合
う。ポリシリ」ン抵抗の抵抗値は第１次近似では、式Ｒ
（Ｔ）　−Ｒ８（１＋ａΔＦ）によって決定される。こ
こでａは２１００ｐｐｍ／℃であり、ΔＴ＝Ｔ−Ｔｏで
あり、Ｔｏは°にで表わした周囲温度（室温は３００°
Ｋ）、Ｒｏは周囲湿度に於りる初期抵抗値である。従っ
て、ｐｎ接合とポリシリコン抵抗を同一の並列回路に入
れて、同一の電圧をその両端にか（プると、温度変化に
よるその両端の電圧変化が釣合って消滅し、温度に無関
係な電流基準が得られる。抵抗を通る電流は、この時、
ｐｎ接合の両端の電圧とポリシリコン抵抗の抵抗値との
比に基づく。

この発明の最も簡単な形の電流Ｍ準は、Ｖｄｄ及び■ｓ
ｓの間の２つの並列回路を含む。一方の回路がダイオー
ドと直列の第１の相補形回路を含み、他方の回路がポリ
シリコン抵抗と直列の第２の相補形回路を含む。各々の
回路のｎチャンネル装置がＶｄｄに結合され、それらの
共通のゲー１〜が、ポリシリコン抵抗と直列の相補形装
置の接続点に結合される。各々の回路のｐチャンネル装
置の共通のゲートが、ダイオードと直列の相補形装置の
接続点に結合される。従って、温度に伴うダイオードの
両端の電圧変化及び湿度に伴う抵抗の両端の電圧変化が
実質的に相殺し、その相殺の程度が、抵抗のドーピング
・レベルに関係することは明らかである。一般的に、抵
抗は温度補償の他に、回路内でこの他の作用を持つこと
があるから、それに対して選ばれる値は兼合いであるこ
とがある。

抵抗値は単に温度補償だりでなく、あらゆる作用の分野
に於いて最適の性能が得られる様に選ばれる。

衷−」Ｌ−望第１図には、この発明の最も簡単な形の電流基準回路が
示されており、これはダイオードの両端の電圧を抵抗値
で除した比の１七流を発生する。この他の回路もこの条
件を果たし、この発明の一部分を構成するものであるが
、図示の回路は、この電流吊型が、回路の設計によって
決定された成る最小値より高い供給電圧に関係なく、所
望の電流が発生されると云う点で、電源に無関係である
点で好ましい。更に、一般的に０Ｍ０８回路はＭＯ８装
置の■しに対して処理の依存性を持っているが、この回
路は０ＭＯ３技術で作られるが、ｎチャンネル装置又は
ｐチャンネル装置のＶｔには無関係である。回路１が１
対のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ３，５を持ち、そ
れらのソースがＶｄｄに接続され、それらのドレインが
夫々ｎチャンネルＭＯ３ｌ−ランジスタフ、９のドレイ
ンに接続される。トランジスタ３，５のゲートが一緒に
結合されると共に、トランジスタ５のドレイン及びトラ
ンジスタ９のドレインの接続点に結合される。トランジ
スタ７．９のゲートが一緒に結合されると共に、トラン
ジスタ３のドレイン及びトランジスタ７のドレインの接
続点に結合される。

トランジスタ７のソースがダイオード１１を介してＶｓ
ｓに結合される。これに対してトランジスタ９のソース
がポリシリコン抵抗１３を介してＶｓｓに結合される。

この抵抗は、前に述べた様に所望の負の抵抗温度係数を
持つ様にドープされている。

各々のｐチャンネル・トランジスタの電流は、それらが
同じ寸法であって、共通のゲート・ラス間電圧を持つ為
に同じ電流を戻すはずであるから、同じである。ｎチャ
ンネル・トランジスタが単純な差動増幅器として作用す
る。これは各々のトランジスタのドレインの電流が同じ
大きさであり、各々のグー１へが同じ電位にあるからで
ある。

従って、各々のトランジスタを通る電流は同じになるは
ずである。この為、トランジスタ７．９のソースの電圧
は強制的に等しくなる。この時トランジスタ７．９のこ
う云う等しい電圧源からＶｓｓに強制的に加えられる電
圧は、ダイオード１１がこの伯の電圧を受けることがな
いから、ダイオード電圧になるはずである。従って、抵
抗１３の両端の電圧が分かっていて、その抵抗値が分か
つているから、それを通る電流も分かる。

第２図には、この発明を利用した好ましい実施例の回路
と必要な始動回路とが示されている。この回路では、第
１図のトランジスタ３．５の代わりに２組のｐチャンネ
ル・トランジスタ２１．２３及び２５．２７が設りられ
ている。更に第１図の装置７．９の代わりに、２組のｎ
チャンネル・ｉ〜ランジスタ２９．３１及び３３．３５
が用いられている。第１図のダイオード１１はダイオー
ド接続のｐｎｐｔ−ランジスタ３７に置き換えられてお
り、第１図の抵抗１３は第１図に示したのと同じ種類の
抵抗３つとして示されている。

第１図の回路にとって、及び第２図の回路のうら、前に
述べた部分についても、電流ゼロの流れが安定な動作状
態であるから、回路に実際に基準電流が存在する様に保
証する為には、始動回路を設りることか必要である。こ
の始動回路がｐチャンネル・トランジスタＭ１．Ｍ２．
Ｍ３とキャパシタＣ１によって示されている。トランジ
スタＭ１及びＭ３がＶｄｄ及びＶｓｓの間に直列接続さ
れ、トランジスタＭ１のグー１〜がトランジスタ２１゜
２３のゲートに結合され、１ヘランジスタＭ３のゲート
がやはりＶｓｓにあるそのドレインに結合されている。

トランジスタＭ２がＶｄｄと、トランジスタ２５，２９
の接続点との間に結合され、そのゲートがトランジスタ
Ｍ１及びＭ３の接続点に結合されている。始動回路は最
初は強制的に基準回路に電流を送込み、その後口らの動
作を停止し、回路から切離される。

動作について説明すると、■　に対してＶｄｄのＳ電圧が回路に印加された時、回路の電圧が増加するにつ
れて、トランジスタ２１．２３．２５．２７．２９．３
１．３３．３５に流れる電流はない。

従って、トランジスタＭ１がターンオフになるが、トラ
ンジスタＭ３がオンであって、大形抵抗として作用する
。その為、Ｖｄｄが引続いてＶｓｓに対して増加すると
、トランジスタＭ２のゲートは、トランジスタＭ３の抵
抗作用により、Ｖｓｓ近くに止どまる。キャパシタＣ１
が、■　に対するＶｄｄのＳ急速な過渡状態の下で、トランジスタＭ２のグートをＶ
ｓｓ近くに保つのを助りる。ｖｄｄがＶｓｓに対してｐ
チャンネルのＶｔに達すると、トランジスタＭ２がター
ンオンし、トランジスタ２９．３１のゲートの充電を開
始する。回路の両端の電圧がｐチャンネルの２個の■Ｓ
ａｔの電圧降下と、ｎチャンネル２個のＶｔの電圧降下
と、ダイオードの電圧降下との和に達すると（これがト
ランジスタ２１，２５，２９，３３．３７の両端の電圧
降下、即ち、約２．５■である）、電流が流れ始め、ダ
イオード電圧の値が抵抗３つの両端に印加される。トラ
ンジスタＭ２がターンオンすると、それがトランジスタ
２９．３３の接続点にある節に強制的に電流を送込み、
ｎチャンネル装置２９．３３のドレイン電圧を引張り上
げ、こうしてそれらがダイオードとして接続されている
為、そのダイオード降伏電圧に達するや否や、これらの
トランジスタをターンオフする。これによって、トラン
ジスタ３１．３５のゲートに電流が印加されている為に
、抵抗３９に電流が流れる。この電流が上側ミラー（１
〜ランジスタ２１．２３，２５．２７＞に戻り、Ｌ側ミ
ラー・トランジスタをターン・オンづると共に、電流ミ
ラー作用（ゲート・ソース間電圧が等しい）により、１
〜ランジスタ２３の電流の比であるトランジスタＭ１の
電流により、トランジスタＭ１をもターンオンする。こ
れがトランジスタＭ２のゲートの電圧を上に引張り、ト
ランジスタＭ２をターンオフする。従って、トランジス
タＭ２は最早トランジスタ２５．２９の接続点から電流
基準回路に電流を注入せず、この時基準回路は基準電流
レベルで動作する。このレベルは安定であって、それ以
上監視する必要がない。

増幅器をバイアスする為にこの電流源を使う時、トラン
ジスタ４１を持つ？ＩＪｉＥミラーにトランジスタ２３
の電流の成る比を使う。トランジスタ４１はトランジス
タ４３を使ってカスコード接続され、出力インピーダン
スを高める。

設計が簡単で、経済的であって、その両端の電圧に無関
係な温度に関係のない電流基準回路が提供されたことが
理解されよう。

この発明を特定の好ましい実施例について説明したが、
当業者には、種々な変更が直ちに考えられよう。従って
、特許請求の範囲は、この様な変更を包括Ｊる様に、従
来技術から考えて可能な限り広く解釈されるべきである
。

以上の説明に関連して、更に下記の項を開示する。

（１）　　基準電圧源に結合され、その両端の電圧降下
が負の温匪依存性を持つ半導体ダイオードと、該ダイオ
ードの両端の温度依存性を持つ電圧降下と合う負の抵抗
温匪係数を持っていて、略一定の電流を発生し、前記基
準源に結合されている抵抗と、前記基準源に関し、前記
ダイオード及び前記抵抗の両方の両端に略同一の電圧を
印加する手段とを有する温度に無関係な電流基準回路。

（２）　　（１）に記載した温度に無関係な電流基準回
路に於いて、電流を印加する１段が何れも電圧源に結合
された、１対のｐチャンネル・トランジスタと、該ｐチ
ャンネル・トランジスタ及び前記ダイオード及び抵抗の
間に結合されていて１対の並列回路を形成する、１対の
ｎチャンネル・トランジスタとを有し、各々の並列回路
は１つのｐチャンネル・トランジスタ、１つのｎチャン
ネル・トランジスタ及び前記ダイオード及び抵抗のうち
の一方を含んでいる温度に無関係な電流基準回路。

（３）　　（１）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、予定の電圧に応答して、基準回路に電流
の流れを開始させる始動回路手段を含む温度に無関係な
電流基準回路。

（４）　　（２）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、予定の電圧に応答して、基準回路に電流
の流れを開始させる始動回路手段を含む温度に無関係な
電流基準回路。

（５）　　（１）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、電流を印加する手段が、何れも電圧源に
結合されている第１の１対のｐチャンネル・トランジス
タと、何れも前記第１の１対のｐチャンネル・トランジ
スタのうちの相異なる１つに結合されている第２の１対
のｐチャンネル・トランジスタと、該第２の１対のｐチ
ャンネル・トランジスタのうちの相異なる１つに結合さ
れた第１の１対のｎチャンネル・トランジスタと、第２
の１対のｎチ１７ンネル・トランジスタとを有し、各々
の第２のｎチャンネル・トランジスタが異なる１つの第
１のｎチャンネル・トランジスタ及び前記ダイオード及
び抵抗のうちの異なる一方の間に結合されている温度に
無関係な電流基準回路。

（６）　　（３）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、電流を印加する手段が、何れも電圧源に
結合されている第１の１対のｐチャンネル・トランジス
タと、何れも前記第１の１対のｐチャンネル・トランジ
スタのうちの相異なる１つに結合されている第２の１対
のｐチャンネル・トランジスタと、該第２の１対のｐチ
ャンネル・トランジスタのうちの相異なる１つに結合さ
れた第１の１対のｎチャンネル・トランジスタと、第２
の１対のｎチャンネル・トランジスタとを有し、各々の
第２のｎチャンネル・トランジスタが異なる１つの第１
のｎチャンネル・トランジスタ及び前記ダイオード及び
抵抗のうちの異なる一方の間に結合されている温度に無
関係な電流基準回路。

（７）　　（１）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにドー
プされ１＝ポリシリコンで形成されている温度に無関係
な電流基型回路。

（８）　　（２）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにドー
プされたポリシリコンで形成されている温度に無関係な
電流基準回路。

（９）　　（３）項に記載した温度に無関係な電流基準
回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにドー
プされたポリシリコンで形成されている温度に無関係な
電流基準回路。

（１０）　　（４）項に記載した温度に無関係な電流基
準回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにド
ープされたポリシリコンで形成されている温度に無関係
な電流基準回路。

（１１）　　（５）項に記載した温度に無関係な電流基
準回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにド
ープされたポリシリコンで形成されている温度に無関係
な電流基準回路。

（１２）　　（６）項に記載した湿度に無関係な電流基
準回路に於いて、抵抗が予定のドーピング・レベルにド
ープされたポリシリコンで形成されている温度に無関係
な電流基準回路。

（１３）回路の両端の電圧に無関係な、温度に無関係な
電流基準回路が、半導体ダイオード（３７）の両端と、
予定のドーピング・レベルを持つポリシリコン抵抗（３
９）の両端とに略同一の電圧を印加する回路を含む。抵
抗（３９）は負の抵抗温度係数を持つ様にドープされて
おり、その抵抗値の変化が、温度変化によるダイオード
（３７）の両端の電圧降下の変化と実質的に釣合うこと
により、抵抗（３９）を通る電流は温度変化に対して−
・定に止どまる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の簡単な形の温度補償回路の回路図、
第２図はこの発明の好ましい実施例の電流基準源の回路
図である。主な符号の説明 ■ｄｄ、ＶＳ、：電圧源１１：ダイオード１３：抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基準電圧源に結合され、その両端の電圧降Ｆが負
の温度依存性を持つ半導体ダイオードと、該ダイオード
の両端の温度依存性を持つ電圧降下と合う負の抵抗温度
係数を持っていて、略一定の電流を発生し、前記基準源
に結合されている抵抗と、前記基準源に関し、前記ダイ
オード及び前記抵抗の両方の両端に略同一の電圧を印加
する手段とを有する温度に無関係な電流基準回路。