JPH0833787B2 - 電圧基準回路 - Google Patents
電圧基準回路Info
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- JPH0833787B2 JPH0833787B2 JP62301947A JP30194787A JPH0833787B2 JP H0833787 B2 JPH0833787 B2 JP H0833787B2 JP 62301947 A JP62301947 A JP 62301947A JP 30194787 A JP30194787 A JP 30194787A JP H0833787 B2 JPH0833787 B2 JP H0833787B2
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Description
【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、定電圧素子を用いた電圧基準回路の温度特
性の改良に関するものである。
性の改良に関するものである。
《従来の技術》 第４図は従来のバンドギャップ基準電圧回路の原理構
成を示す構成ブロック図である。Vsは供給電圧、R3,R4
はその一端がこの供給電圧Vsに接続する値の等しい負荷
抵抗、Q1,Q2はこの負荷抵抗R3,R4の他端にそのコレクタ
端子がそれぞれ接続する同一形状のトランジスタ、R1は
その一端がトランジスタQ1のエミッタ端子に接続し他端
がコモンに接続する抵抗、R2はその一端がトランジスタ
Q2のエミッタ端子に接続し他端がトランジスタQ1のエミ
ッタ端子に接続する抵抗、A1は負荷抵抗R3,R4の他端を
入力に接続しその出力端子がトランジスタQ1,Q2のベー
ス端子に接続する演算増幅器である。トランジスタQ1,Q
2のエミッタ面積は一定の比を有し、異なる電流密度が
生じるように構成される。
成を示す構成ブロック図である。Vsは供給電圧、R3,R4
はその一端がこの供給電圧Vsに接続する値の等しい負荷
抵抗、Q1,Q2はこの負荷抵抗R3,R4の他端にそのコレクタ
端子がそれぞれ接続する同一形状のトランジスタ、R1は
その一端がトランジスタQ1のエミッタ端子に接続し他端
がコモンに接続する抵抗、R2はその一端がトランジスタ
Q2のエミッタ端子に接続し他端がトランジスタQ1のエミ
ッタ端子に接続する抵抗、A1は負荷抵抗R3,R4の他端を
入力に接続しその出力端子がトランジスタQ1,Q2のベー
ス端子に接続する演算増幅器である。トランジスタQ1,Q
2のエミッタ面積は一定の比を有し、異なる電流密度が
生じるように構成される。
上記のような構成の回路において、演算増幅器A1は等
しい負荷抵抗R3,R4における電圧降下が一致するように
トランジスタQ1,Q2のベースを駆動するのでトランジス
タQ1,Q2のコレクタ電流は等しくなる。トランジスタQ1,
Q2のベース端子が接続されているので、抵抗R2の両端に
差電圧ΔVBEが生じ、このΔVBEに比例する電流がQ2のエ
ミッタに流れる。直列抵抗R1にはこのエミッタ電流にト
ランジスタQ1のエミッタ電流を加えたものが流れる。ト
ランジスタQ1のエミッタ電流はトランジスタQ2のエミッ
タ電流と等しいので、抵抗R1に流れる電流およびその両
端の電圧はΔVBEに比例する。一般に異なる電流密度で
動作する２つのトランジスタにおいて、ベース／エミッ
タ間電圧の差ΔVBEは次式で与えられる。
しい負荷抵抗R3,R4における電圧降下が一致するように
トランジスタQ1,Q2のベースを駆動するのでトランジス
タQ1,Q2のコレクタ電流は等しくなる。トランジスタQ1,
Q2のベース端子が接続されているので、抵抗R2の両端に
差電圧ΔVBEが生じ、このΔVBEに比例する電流がQ2のエ
ミッタに流れる。直列抵抗R1にはこのエミッタ電流にト
ランジスタQ1のエミッタ電流を加えたものが流れる。ト
ランジスタQ1のエミッタ電流はトランジスタQ2のエミッ
タ電流と等しいので、抵抗R1に流れる電流およびその両
端の電圧はΔVBEに比例する。一般に異なる電流密度で
動作する２つのトランジスタにおいて、ベース／エミッ
タ間電圧の差ΔVBEは次式で与えられる。
ΔVBE＝（kT/q）1n（J1/J2） ……（１） こでＴは絶対温度、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の
電荷量、J1/J2はトランジスタQ1,Q2のエミッタ電流密度
の比である。したがって抵抗R1の両端に生じる電圧は絶
対温度と正の温度係数を介して比例する。抵抗R1の両端
電圧VR1とトランジスタQ1のベース／エミッタ間電圧V
BE1とは直列に足し合わされて、端子30の出力電圧Vr1と
なる。電圧VBE1は負の温度係数を持つので、その温度に
対する電圧変化は電圧VR1の正温度係数による電圧変化
を打消すように働く。この様子を第５図に示す。抵抗
R1,R2の比を常温T0で温度係数が０となるように選べ
ば、出力電圧r1は次式で与えられる。
電荷量、J1/J2はトランジスタQ1,Q2のエミッタ電流密度
の比である。したがって抵抗R1の両端に生じる電圧は絶
対温度と正の温度係数を介して比例する。抵抗R1の両端
電圧VR1とトランジスタQ1のベース／エミッタ間電圧V
BE1とは直列に足し合わされて、端子30の出力電圧Vr1と
なる。電圧VBE1は負の温度係数を持つので、その温度に
対する電圧変化は電圧VR1の正温度係数による電圧変化
を打消すように働く。この様子を第５図に示す。抵抗
R1,R2の比を常温T0で温度係数が０となるように選べ
ば、出力電圧r1は次式で与えられる。
Vr1＝Vg0＋（ｍ−１）kT0/q ……（２） ここで、Vg0はバンドギャップエネルギの絶対零度への
外挿値、ｍは物性定数である。
外挿値、ｍは物性定数である。
第６図は上記の原理に基づいてバンドギャップ基準電
圧回路を集積回路化した例を示す構成回路図である。回
路はFETを使用したスタート回路部、バイアス電流発生
部、Vr1発生部、差動増幅回路、定電圧帰還回路、出力
スケール抵抗、出力増幅回路部および保護回路部からな
る。出力Voutではスケール抵抗R5,R6を外部配線で短絡
することにより、2.5V,5.0V,8.5Vの３種類の定電圧が選
択できる。
圧回路を集積回路化した例を示す構成回路図である。回
路はFETを使用したスタート回路部、バイアス電流発生
部、Vr1発生部、差動増幅回路、定電圧帰還回路、出力
スケール抵抗、出力増幅回路部および保護回路部からな
る。出力Voutではスケール抵抗R5,R6を外部配線で短絡
することにより、2.5V,5.0V,8.5Vの３種類の定電圧が選
択できる。
《発明が解決しようとする問題点》 しかしながら、上記の回路は常温付近では電圧が一定
であるが、−55〜＋125℃のような広い温度範囲では一
定とならない。特に16ビットA/D変換器等の高精度回路
の基準電圧源として使用する場合に問題となる。
であるが、−55〜＋125℃のような広い温度範囲では一
定とならない。特に16ビットA/D変換器等の高精度回路
の基準電圧源として使用する場合に問題となる。
本発明は上記の問題点を解決するために成されたもの
で、定電圧素子を用いて広い温度範囲で出力電圧が一定
となる基準電圧回路を実現することを目的とする。
で、定電圧素子を用いて広い温度範囲で出力電圧が一定
となる基準電圧回路を実現することを目的とする。
《問題点を解決するための手段》 本発明は定電圧素子の温度係数を補償した出力を発生
するバンドギャップ基準電圧回路に係るもので、その特
徴とするところは複数の定電圧素子の温度係数同士を相
殺するように組合せて定電圧を出力するバンドギャップ
基準電圧回路と、このバンドギャップ基準電圧回路内の
温度に対応する信号をディジタル値に変換するA/D変換
器と、このA/D変換器の出力に対応した温度補正出力を
発生する補正手段と、この補正手段の出力をアナログ信
号に変換するD/A変換器とを備え、D/A変換器出力とバン
ドギャップ基準電圧回路出力とを合成することにより出
力温度係数を小さくするように構成した点にある。
するバンドギャップ基準電圧回路に係るもので、その特
徴とするところは複数の定電圧素子の温度係数同士を相
殺するように組合せて定電圧を出力するバンドギャップ
基準電圧回路と、このバンドギャップ基準電圧回路内の
温度に対応する信号をディジタル値に変換するA/D変換
器と、このA/D変換器の出力に対応した温度補正出力を
発生する補正手段と、この補正手段の出力をアナログ信
号に変換するD/A変換器とを備え、D/A変換器出力とバン
ドギャップ基準電圧回路出力とを合成することにより出
力温度係数を小さくするように構成した点にある。
《作用》 ２つの定電圧素子の温度係数同士を組合せても相殺し
きれないバンドギャップ基準電圧回路の出力電圧変化を
さらにディジタル的に補正することにより、広い温度範
囲で出力電圧が一定となる。
きれないバンドギャップ基準電圧回路の出力電圧変化を
さらにディジタル的に補正することにより、広い温度範
囲で出力電圧が一定となる。
《実施例》 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明に係る基準電圧回路の一実施例を示す
構成ブロック図である。バンドギャップ基準電圧方式の
定電圧回路１は、トランジスタQ1,Q2からなる２つの定
電圧素子の温度係数同士を相殺するように組合せて定電
圧を出力する定電圧回路を構成しており、この部分は第
４図と同じ構成なので、同一の記号を付して説明を省略
する。A2は定電圧回路１の直列抵抗R1の両端に生じる電
圧VR1を入力するゲイン１のバッファ増幅器、21はこの
バッファ増幅器A2の出力信号VTをディジタル信号に変換
するA/D変換器、22は補正手段を構成しA/D変換器21のデ
ィジタル出力に対応した温度補正出力を発生するPROM
（プログラム可能読出し専用メモリ）、23はこのPROM22
の出力をアナログ信号に変換するD/A変換器、A3は抵抗R
50,R60を介して定電圧信号Vr1とD/A変換器からの補正出
力Vcを加算する演算増幅器である。PROM22には温度試験
結果による補正値をあらかじめ書込んでおく。直列抵抗
R1の両端の電圧VR1は前述したように絶対温度に比例す
るから、A/D変換器21から対応するディジタル信号を出
力してPROM22をアドレス指定しディジタル補正出力を読
出せば、これに対応するアナログ信号VcをD/A変換器23
の出力として得ることができる。この補正信号Vcはバン
ドギャップ基準電圧回路１からの出力電圧Vr1に抵抗
R50,R60および演算増幅器A3からなる加算回路で加算さ
れ、第２図に示すように広い温度範囲で非常に安定な電
圧出力Vrを端子３に出力する。
構成ブロック図である。バンドギャップ基準電圧方式の
定電圧回路１は、トランジスタQ1,Q2からなる２つの定
電圧素子の温度係数同士を相殺するように組合せて定電
圧を出力する定電圧回路を構成しており、この部分は第
４図と同じ構成なので、同一の記号を付して説明を省略
する。A2は定電圧回路１の直列抵抗R1の両端に生じる電
圧VR1を入力するゲイン１のバッファ増幅器、21はこの
バッファ増幅器A2の出力信号VTをディジタル信号に変換
するA/D変換器、22は補正手段を構成しA/D変換器21のデ
ィジタル出力に対応した温度補正出力を発生するPROM
（プログラム可能読出し専用メモリ）、23はこのPROM22
の出力をアナログ信号に変換するD/A変換器、A3は抵抗R
50,R60を介して定電圧信号Vr1とD/A変換器からの補正出
力Vcを加算する演算増幅器である。PROM22には温度試験
結果による補正値をあらかじめ書込んでおく。直列抵抗
R1の両端の電圧VR1は前述したように絶対温度に比例す
るから、A/D変換器21から対応するディジタル信号を出
力してPROM22をアドレス指定しディジタル補正出力を読
出せば、これに対応するアナログ信号VcをD/A変換器23
の出力として得ることができる。この補正信号Vcはバン
ドギャップ基準電圧回路１からの出力電圧Vr1に抵抗
R50,R60および演算増幅器A3からなる加算回路で加算さ
れ、第２図に示すように広い温度範囲で非常に安定な電
圧出力Vrを端子３に出力する。
次に上記の補正動作を理論的に説明する。常温T0以外
の温度Ｔにおいて、（２）式は正確には次式で表され
る。
の温度Ｔにおいて、（２）式は正確には次式で表され
る。
Vr1＝Vg0＋（ｍ−１）kT0/q−（ｍ−１）（k/q）｛T1n
（T/T0）−（Ｔ−T0）｝ ……（３） したがって、 Vc＝（ｍ−１）（k/q）｛T1n（T/T0）−（Ｔ−T0）｝…
…（４） の補正を行えば、 Vr＝Vr1＋Vc ＝Vg0＋（ｍ−１）kT0/q ……（５） が全ての温度について成立つ。
（T/T0）−（Ｔ−T0）｝ ……（３） したがって、 Vc＝（ｍ−１）（k/q）｛T1n（T/T0）−（Ｔ−T0）｝…
…（４） の補正を行えば、 Vr＝Vr1＋Vc ＝Vg0＋（ｍ−１）kT0/q ……（５） が全ての温度について成立つ。
このような構成の基準電圧回路によれば、定電圧回路
１からの定電圧信号の温度特性が0.4％（８ビット）精
度程度ならば８ビットのAD,DA変換器を使用して16ビッ
ト精度を全温度範囲で実現できる。
１からの定電圧信号の温度特性が0.4％（８ビット）精
度程度ならば８ビットのAD,DA変換器を使用して16ビッ
ト精度を全温度範囲で実現できる。
またAD,DA変換器としてΔΣ手法（オーバーサンプリ
ングAD等とも呼ぶ）を用いれば、全体は非常に小さくな
り、１チップのIC（集積回路）として構成することも可
能である。
ングAD等とも呼ぶ）を用いれば、全体は非常に小さくな
り、１チップのIC（集積回路）として構成することも可
能である。
なお上記の実施例の変形例として、一点鎖線内の回路
２の部分を第３図に示すように構成し、A/D変換器21の
出力をDSP（ディジタル信号処理回路）24に入力してデ
ィジタル補正出力を得るようにし、PROM220からDSP24の
演算係数を出力してもよい。この場合には第１図の構成
の場合よりも記憶容量の小さいPROMを使用することがで
きる。
２の部分を第３図に示すように構成し、A/D変換器21の
出力をDSP（ディジタル信号処理回路）24に入力してデ
ィジタル補正出力を得るようにし、PROM220からDSP24の
演算係数を出力してもよい。この場合には第１図の構成
の場合よりも記憶容量の小さいPROMを使用することがで
きる。
また定電圧出力Vr1と補正信号Vcとを加算器を用いず
に乗算器等を用いて合成することもできる。
に乗算器等を用いて合成することもできる。
《発明の効果》 以上述べたように本発明によれば、バンドギャップ基
準電圧回路の温度補正をした内部回路（抵抗R1）から、
温度変化に基づいた主電流の変化を直接検出して再度補
正するので、広い温度範囲で補正精度が特段に高い出力
電圧を得ることができる。また、簡単な回路構成により
実現できる。
準電圧回路の温度補正をした内部回路（抵抗R1）から、
温度変化に基づいた主電流の変化を直接検出して再度補
正するので、広い温度範囲で補正精度が特段に高い出力
電圧を得ることができる。また、簡単な回路構成により
実現できる。
第１図は本発明に係る電圧基準回路の一実施例を示す構
成ブロック図、第２図は第１図装置の温度補正動作を示
す特性曲線図、第３図は第１図装置の変形例を示す部分
構成ブロック図、第４図は従来のバンドギャップ基準電
圧回路の基本原理を示す構成ブロック図、第５図は第４
図回路の動作を示す特性曲線図、第６図は第４図回路の
構成を具体化した集積回路を示す構成回路図である。 1,10……定電圧回路、21……A/D変換器、22……補正手
段、23……D/A変換器、Q1,Q2,D1,D2,D3……定電圧素
子、Vc……D/A変換器出力、Vr1……定電圧回路出力。
成ブロック図、第２図は第１図装置の温度補正動作を示
す特性曲線図、第３図は第１図装置の変形例を示す部分
構成ブロック図、第４図は従来のバンドギャップ基準電
圧回路の基本原理を示す構成ブロック図、第５図は第４
図回路の動作を示す特性曲線図、第６図は第４図回路の
構成を具体化した集積回路を示す構成回路図である。 1,10……定電圧回路、21……A/D変換器、22……補正手
段、23……D/A変換器、Q1,Q2,D1,D2,D3……定電圧素
子、Vc……D/A変換器出力、Vr1……定電圧回路出力。
Claims (1)
- 【請求項１】第１のトランジスタのエミッタに接続した
第１の低抗体の抵抗値と、一方の端を他の第２のトラン
ジスタのエミッタに接続し他の一方の端を前記第１のト
ランジスタのエミッタに接続した第２の抵抗体の抵抗値
との比の温度係数が０になるように構成したバンドギャ
ップ基準電圧回路において、前記第１の抵抗体の両端の
電圧を入力するA/D変換器と、このA/D変換器の出力信号
が入力され前記バンドギャップ基準電圧回路の温度変化
に対応する温度補正データが予め格納された補正手段
と、この補正手段の出力信号をアナログ信号に変換する
D/A変換器とを備え、前記バンドギャップ基準電圧回路
の出力信号を前記D/A変換器の出力信号で補正したこと
を特徴とする電圧基準回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301947A JPH0833787B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 電圧基準回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301947A JPH0833787B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 電圧基準回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01142909A JPH01142909A (ja) | 1989-06-05 |
| JPH0833787B2 true JPH0833787B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17903026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62301947A Expired - Lifetime JPH0833787B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 電圧基準回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0833787B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5833858B2 (ja) * | 2011-08-02 | 2015-12-16 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 基準電圧発生回路 |
| JP6395663B2 (ja) * | 2015-05-11 | 2018-09-26 | 三菱電機株式会社 | 電源回路 |
| CN118732772A (zh) * | 2024-07-25 | 2024-10-01 | 华东光电集成器件研究所 | 一种高精度电压基准芯片的数字温度补偿系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60144007A (ja) * | 1983-12-30 | 1985-07-30 | Fujitsu Ltd | 温度補償回路 |
| JPS60250418A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-11 | Rohm Co Ltd | 基準電圧回路 |
| JPS62161411U (ja) * | 1986-04-04 | 1987-10-14 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62301947A patent/JPH0833787B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01142909A (ja) | 1989-06-05 |
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