JPH10268954A - 定電圧発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 占有面積が従来の回路と殆ど変らず且つ低消
費電力である定電圧発生回路を提供すること。 【課題を解決するための手段】 複数のトランジスタ及
び複数の抵抗を含み、シリコンのバンドギップ電圧に相
当する定電圧を発生するバンドギャップ定電圧発生部
と、このバンドギャップ定電圧発生部の入力段を構成す
る第１トランジスタＱ４と第２トランジスタＱ１とを有
する電流源回路，この電流源回路の前記第２トランジス
タＱ１に直列接続された第３トランジスタＱ２，この第
３トランジスタＱ２のベースに接続されたダイオード接
続型の第４トランジスタＱ３，電源と前記第４トランジ
スタＱ３のベースとの間に接続された第１抵抗Ｒ２及び
前記第４トランジスタＱ３と接地との間に接続された第
２抵抗Ｒ３を含む定電流発生部とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路素子の内
部に設けられる温度補償型基準電圧発生源として好適な
定電圧発生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】入力電源電圧の変動や温度変動の影響が
少ない安定化電源は、種々の電子回路の基準電圧として
不可欠である。かかる集積回路素子の内部に設けられる
基準電圧発生回路として、従来から図３に示されるバン
ドギャップ基準電圧源が広く使われている。このバンド
ギャップ基準電圧源は、出力トランジスタＱ６のエミッ
タに、トランジスタＱ７，Ｑ８と抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７
とから構成される。また発振の防止及び高周波雑音の抑
止のための容量Ｃ１，Ｃ２を具備し、これらのトランジ
スタサイズの各抵抗の値を最適化してトランジスタ群に
流れる電流分配を調節することによって、シリコン（Ｓ
ｉ）のバンドギャップ電圧に近い一定の電圧値を出力す
るようにしたものである。このバンドギャップ基準電圧
源は、基本的に、定電流で駆動されているトランジスタ
Ｑ５のベース・エミッタ間のダイオード電圧の負の温度
係数をトランジスタＱ７，Ｑ８及び抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ
７で決まる抵抗Ｒ５の降下電圧の正の温度係数でキャン
セルする原理に基づいて実現されている。

【０００３】かかる回路は、各トランジスタ、抵抗等の
素子を調節することにより、出力電圧に正の温度係数や
負の温度係数を持たせることができる優れた回路方式で
ある。

【０００４】しかし、図３から明らかなように、出力電
圧に影響する、回路に注入される電流は、電源電圧、出
力電圧、トランジスタＱ６と抵抗Ｒ４０に依って決ま
り、電源電圧変動に対応して変動することは、容易に推
測できる。

【０００５】このこのため、発生電圧が変動すると同時
に温度安定度が劣化する。事実、図５に示すように、電
源電圧が３．３Ｖの場合の典型的動作特性例では、１０
０℃の温度変化に対する出力変動は２ｍＶ以下と小さい
のに対し、電源変動では１０％の変化に対し１０数ｍＶ
の変化が認められる。

【０００６】かかる特性を改善するため、バンドギャッ
プ基準電圧源に注入される電流を安定化させる試みとし
て、抵抗Ｒ４０に代って、図４に示される抵抗Ｒ１、Ｒ
４、Ｒ２０とトランジスタＱ１、Ｑ４から構成される定
電流発生部を採用した例がある。図４の回路は、図３の
回路例に比べれば、特性は多少改善されるが、定電流発
生部の基準電圧がＲ１と直列にダイオード接続されたＱ
１の両端に発生した電圧であり、相変わらず電源電圧の
変動には敏感である。

【０００７】また電源変動に対する感度は、発生する基
準電圧に対して入力電源電圧が高い時には比較的小さい
が、最近の集積回路素子のように動作電圧が低下してき
た状況では、無視できない大きさである。特に３．３Ｖ
以下の電源の場合、図４の回路における電源変動に対す
る感度は１％にも至り、基準電圧として使用するには安
定性が不十分である場合が多い。

【０００８】また、図４の回路を高安定性が必要な回路
に適用するときには、電源電圧が５Ｖ以上の場合であっ
ても予備的な安定回路を前段に設置するなど多段の安定
化を行う必要があり、このため複雑な回路となり、占有
面積が増大し、また消費電力が増大するいう問題があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のバンドギャップ基準電圧源では、温度変動や入力電
源電圧変動に対し十分な安定性を持っていないか、安定
性を確保するために複雑な回路を必要としていた。

【００１０】本発明の目的は、従来の回路に新たに数個
のトランジスタと抵抗を付加するだけで、占有する面積
が従来の回路と殆ど変らず且つ低消費電力である定電圧
発生回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る定電圧発生回路は、複数のトランジスタ及
び複数の抵抗を含み、シリコンのバンドギャップ電圧に
相当する定電圧を発生するバンドギャップ定電圧発生部
と、このバンドギャップ定電圧発生部の入力段を構成す
るバンドギャップ電圧を初制するトランジスタとは相補
型の第１トランジスタと第２トランジスタとを有する電
流源回路，この電流源回路の前記第２トランジスタに直
列接続された第３トランジスタ，この第３トランジスタ
のベースに接続されたダイオード接続型の第４トランジ
スタ，電源と前記第４トランジスタのベースとの間に接
続された第１抵抗及び前記第４トランジスタと接地との
間に接続された第２抵抗を含む定電流発生部とを具備す
る。

【００１２】かかる回路において、バンドギャップ電圧
発生部から出力される定電圧に、電源に接続された第１
抵抗を介してダイオード接続された第４トランジスタを
接続する。第１抵抗と第４トランジスタの接続点の電圧
は、定電流発生用の第３トランジスタのベースに入力
し、この第３トランジスタのエミッタと接地との間には
第２抵抗を接続する。この回路構成により第２抵抗の両
端に印加される電圧は、温度変動と電源変動に殆ど依ら
ず一定値になる。このためベース接地型の第３トランジ
スタのコレクタより出力される電流は一定となる。この
出力電流を、バンドギャップ電圧発生部のダイオード接
続された相補型第２トランジスタと抵抗を直列に接続し
た負荷で受け、電圧に変換する。さらにこの電圧を基準
電圧として同一サイズの相補型の第１トランジスタと同
一値の抵抗からなる回路で電流を発生させる。

【００１３】この様にして発生された電流は、上記電流
とミラー反転した値になって、温度補償された定電流と
なる。結果的にバンドギャップ電圧発生部に注入される
電流は温度変動や電源電圧変動などの動作環境に依らず
一定となる。

【００１４】従って、最終的にバンドギャップ電圧発生
部の素子値を調整することに依って出力電圧の温度依存
性を最少にし得、これにより安定化した電圧を発生させ
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施形態の定
電圧発生回路を図１を参照して説明する。本発明に係る
定電圧発生回路は、バンドギャップ定電圧発生部１００
と、定電流発生部とを具備する。図１の回路は、正の基
準定電圧を発生する定電圧発生回路の例である。本実施
形態の回路は、基本的には図４に示される従来例に、サ
イズが同じ２個のトランジスタＱ２，Ｑ３と、抵抗Ｒ３
とを付加した回路である。トランジスタＱ３はコレクタ
とベースが接続され、等価的にダイオードと同じ動作を
する。当該トランジスタＱ３のコレクタ側は抵抗Ｒ３を
介して電源電圧Ｖｃｃに接続し、エミッタは基準電圧出
力Ｖｏｕｔに接続する。電源電圧ＶｃｃからＶｏｕｔと
ダイオードの順方向降下電圧を差し引いた値をダイオー
ドに流したい電流値Ｉｂで割った値を抵抗Ｒ３の抵抗値
として選ぶ。

【００１６】この場合、抵抗Ｒ３の値はダイオードの微
分抵抗より十分に大きくことができる。さらに、抵抗Ｒ
２の値をＶｏｕｔ／Ｉｂとなるように選び、トランジス
タＱ２のコレクタにはベース電圧以上の電圧を印加して
いる時には、抵抗Ｒ２の両端の電圧差は温度や電源電圧
の変動によらずＶｏｕｔが保たれる。

【００１７】結果的にトランジスタＱ２のコレクタに
は、温度補償された一定の電流Ｉｂが流れ込む。バンド
ギャップ定電圧発生部および定電流発生部に使用したｎ
ｐｎトランジスタとは相補型のｐｎｐトランジスタＱ１
とトランジスタＱ４を同じサイズのトランジスタとし、
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４も同じ値の抵抗とすることによっ
て、同様にトランジスタＱ４のコレクタからは、温度補
償された一定の電流Ｉｂが流れ出し、バンドギャップ定
電圧発生部に注入される。この状態でバンドギャップ定
電圧発生部の素子値を調節して、出力電圧の温度依存性
を最少になるように設定する。

【００１８】これによって、同時に電源電圧変動に対し
ても安定化された一定な電圧を発生させることができ
る。図２の特性例に認められるように、電源変動による
出力変動は、温度変化による変動と同じ程度になり、図
５に比べれば一桁程度の改善が実現されている。

【００１９】以上の説明では、トランジスタの電流増幅
率が十分に大きく、ベース電流が無視できる理想的な場
合を想定して説明したが、現実の素子では理想的な特性
からズレている場合も多い。しかし、このような場合で
も上記の通り、バンドギャップ定電圧発生部は回路素子
値の調整によって温度係数を正負どちらにでも調整する
ことができるため、理想特性からのズレは補償可能であ
る。特に、本発明では、抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ１と抵抗
Ｒ４の相対値を１から少しずらすことによっても特性を
調節することができ、調整の余地が大きいことも特徴で
ある。

【００２０】本実施形態では図４の回路に対して僅か３
素子を増やしただけであり、回路規模は殆ど変らない。
従って、集積回路素子上で必要とするエリア増大は僅か
であり、コンパクト化に寄与できる。

【００２１】また、トランジスタＱ３を経由して流れる
電流は、トランジスタＱ６から回路動作に必要な供給電
流を減らすだけであり、全消費電流は変らないようにす
ることができる。結果的に消費電力の増大は無い。この
ため、アレイ回路の様に、基準電圧を独立に組み込み、
アイソレーションを確保したい時にも、チップ面積の増
大と消費電力の増大を最小に抑えて使用することができ
る。

【００２２】さらに、本発明では、自分の出力を基準と
して動作回路のバイアス電流を制御しているが、抵抗Ｒ
３とトランジスタＱ３を経由して起動電流が流れ込む構
造になっているため、この様な原理の動作回路でしばし
ば問題となる異常な安定点にトラップされて正常動作に
入らない虞れも回避され得る。また、ベース・エミッタ
間電圧などの温度補償は、同一の特性を発揮できるｎｐ
ｎトランジスタ同士、または、ｐｎｐトランジスタ同士
が独立に機能しているため、ｎｐｎトランジスタとｐｎ
ｐトランジスタと間には、完全な特性の相補正は必要な
いことも特徴である。

【００２３】以上、正の基準電圧を発生する回路につい
て説明してきたが、負の基準電圧を発生させたい時には
ｎｐｎトランジスタとｐｎｐトランジスタをひっくり返
すことによって実現できる。また、トランジスタは、バ
イポーラ型であれば、Ｓｉに限定されず、ＳｉＧｅ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰなどのＨＢＴにも適用できることは言う
までもない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、複数のトランジ
スタ及び複数の抵抗を含み、Ｓｉのバンドギャップ電圧
に相当する定電圧を発生するバンドギャップ定電圧発生
部と、このバンドギャップ定電圧発生部の入力段を構成
する第１トランジスタと第２トランジスタとを有する電
流源回路，この電流源回路の前記第２トランジスタに直
列接続された第３トランジスタ，この第３トランジスタ
のベースに接続されたダイオード接続型の第４トランジ
スタ，電源と前記第４トランジスタのベースとの間に接
続された第１抵抗及び前記第４トランジスタと接地との
間に接続された第２抵抗を含む定電流発生部とを具備す
ることにより、従来の回路に新たに数個のトランジスタ
と抵抗を付加するだけで、占有する面積が従来の回路と
殆ど変らず且つ低消費電力である定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】本発明の一実施形態に係る定電圧発生回路を示
す回路図。

【図２】同実施形態における電源変動に対する出力変動
を示す特性図。

【図３】バンドギャップ基準電圧発生回路を示す回路
図。

【図４】定電流発生回路を付加したバンドギャップ基準
電圧発生回路。

【図５】図４における電源変動に対する出力変動を示す
特性図。

【符号の説明】

Ｒ１〜Ｒ７、Ｒ２０、Ｒ４０…抵抗、Ｑ１、Ｑ４…ｐｎ
ｐトランジスタ、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５〜Ｑ８…ｎｐｎトラ
ンジスタ、Ｃ１、Ｃ２…容量、Ｖｃｃ…電源電圧、Ｖｅ
ｅ…接地、Ｖｏｕｔ…電圧出力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のトランジスタ及び複数の抵抗を含
   み、シリコンのバンドギャップ電圧に相当する定電圧を
   発生するバンドギャップ定電圧発生部と、 このバンドギャップ定電圧発生部の入力段を構成する第
   １トランジスタと第２トランジスタとを有する電流源回
   路，この電流源回路の前記第２トランジスタに直列接続
   された第３トランジスタ，この第３トランジスタのベー
   スに接続されたダイオード接続型の第４トランジスタ，
   電源と前記第４トランジスタのベースとの間に接続され
   た第１抵抗及び前記第４トランジスタと接地との間に接
   続された第２抵抗を含む定電流発生部とを具備すること
   を特徴とする定電圧発生回路。