(57)【要約】【課題】  ホイーストンブリッジ回路の出力感度の温度依存性を低減するために、その電流源回路の電流に出力感度を補償する温度依存性を持たせる。【解決手段】  動作温度範囲をＮ分割(Ｎ≧２)し、それぞれの温度範囲で、電流の温度依存性を任意に設定することが可能な電流源回路。この回路は、温度依存のない電流を生成する電流源４０と温度依存のある電流を生成する電流源３０と温度依存成分のみの電流を生成する電流源回路２０と電流源電流生成回路１０を有する。その電流源電流Ｉ４は、温度依存のない基準電流Ｉ０に、分割された温度範囲でのみ動作し大きさを任意に設定することが可能な温度依存成分のみの電流Ｉ２及びＩ３を加算或いは減算することにより実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意に電流の温度依存性を設定することを可能とした第１の電流源電流生成回路と、
温度依存成分のみの電流を生成する第２の電流源回路と、
温度依存性のある電流を生成する第３の電流源回路と、
温度依存性のない電流を生成する第４の電流源回路とを有することを特徴とする電流源回路。
【請求項２】
前記第１の電流生成回路は、前記第４の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第１のＰＭＯＳトランジスタのドレインと、前記第２の温度依存成分のみの電流を生成する電流源回路の電流源の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第２のＰＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、電流を加算することで、任意に電流の温度依存性を設定することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項３】
前記第１の電流生成回路は、前記第４の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す前記第１のＰＭＯＳトランジスタのドレインと、前記第２の温度依存成分のみの電流を生成する電流源回路の電流源の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第１のＮＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、電流を減算することで、任意に電流の温度依存性を設定することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項４】
前記第１の電流生成回路は、前記第１のＰＭＯＳトランジスタと、請求項２にて記載の温度依存成分のみの電流を生成するＰＭＯＳトランジスタ及び請求項３にて記載の温度依存成分のみの電流を生成するＮＭＯＳトランジスタを複数個備え、それぞれのドレインを接続し、電流を加算及び減算することで、任意に電流の温度依存性を設定することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項５】
前記第２の電流源回路は、前記第３の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第４のＰＭＯＳトランジスタのドレインと、第４の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第３のＮＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、そのノードに差分電流を生成するための第３のＰＭＯＳトランジスタのドレインとゲートを接続した電流源を構成することにより、温度依存のみの電流を生成することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項６】
前記温度依存のみの電流を生成する電流源を複数個備えることを特徴とする請求項５記載の電流源回路。
【請求項７】
前記第２の電流源回路は、前記第３の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第５のＰＭＯＳトランジスタのドレインと、第４の電流源回路の出力に配置した素子とカレントミラー構成を成す第４のＮＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、そのノードに差分電流を生成するための第２のＮＭＯＳトランジスタのドレインとゲートを接続した電流源を構成することにより、温度依存のみの電流を生成することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項８】
前記温度依存のみの電流を生成する電流源を複数個備えることを特徴とする請求項７記載の電流源回路。
【請求項９】
前記第３の電流源回路は、第４の電流源回路の出力に配置した素子とミラー構成を成す第７のＰＭＯＳトランジスタのドレインに第６のＮＭＯＳトランジスタを接続し、第６のＮＭＯＳトランジスタとミラー構成を成す第５のＮＭＯＳトランジスタを配置し、第６のＮＭＯＳトランジスタのソース側にダイオードを接続し、第５のＮＭＯＳトランジスタのソース側に第１の抵抗を接続し、第５のＮＭＯＳトランジスタのドレインに第６のＰＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインを接続することにより、ダイオードの温度依存性を用いてその電流の温度依存性を生成することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項１０】
前記第４の電流源回路は、温度依存性のないバンドギャップリファレンス回路の出力電圧をオペアンプのマイナス入力に接続し、オペアンプのプラス入力に第２の抵抗及び第９のＰＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、オペアンプの出力を第９のＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続し、第９のＰＭＯＳトランジスタとカレントミラー構成をなす第８のＰＭＯＳトランジスタのドレインに、第７のＮＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインを接続することで、第９のＰＭＯＳトランジスタと第７のＮＭＯＳトランジスタに温度依存性のない電流を生成することを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項１１】
前記第３の電流源回路は、第４の電流源回路の出力に配置した素子とミラー構成を成す第７のＰＭＯＳトランジスタのドレインに第６のＮＭＯＳトランジスタを接続し、第６のＮＭＯＳトランジスタとミラー構成を成す第５のＮＭＯＳトランジスタを配置し、第６のＮＭＯＳトランジスタのソース側にダイオードを接続し、第５のＮＭＯＳトランジスタのソース側に第１の抵抗を接続し、第５のＮＭＯＳトランジスタのドレインに第６のＰＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインを接続することにより、ダイオードの温度依存性を用いてその電流の温度依存性を持たせるものであり、
前記第４の電流源回路は、温度依存性のないバンドギャップリファレンス回路の出力電圧をオペアンプのマイナス入力に接続し、オペアンプのプラス入力に第２の抵抗及び第９のＰＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、オペアンプの出力を第９のＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続し、第９のＰＭＯＳトランジスタとカレントミラー構成をなす第８のＰＭＯＳトランジスタのドレインに、第７のＮＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインを接続することで、第９のＰＭＯＳトランジスタと第７のＮＭＯＳトランジスタに温度依存性のない電流を持たせるものであり、
電流駆動方式のホイーストンブリッジ回路の電流源回路であって、ホイーストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗が、同じ種類の抵抗であることを特徴とする請求項１記載の電流源回路。
【請求項１２】
ホイーストンブリッジの出力感度の温度依存性をαとし、Ｎ分割された温度範囲(ここで、Ｎは２以上の自然数である。)の中心温度をＴｏとするとき、電流源回路の電流の温度依存性が、それぞれの温度分割領域において−α/(1+２α・Ｔｏ)であることを特徴とする請求項１１記載の電流源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流駆動方式のホイーストンブリッジ回路の電流源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、差動増幅回路に用いる電流源回路が開示されている。特に、この文献の図４には、定電流源の温度特性が示されており、この電流源が２７度より高い温度と低い温度で異なる温度特性を個別に設定可能であることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０７０４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホイーストンブリッジの抵抗に、シリコンをベースとした抵抗を用いた場合、その変形に対する抵抗変動の割合を示すゲージ率は、金属抵抗を用いた場合と比べ大きな値をとるため、高感度が実現出来る。その反面、シリコンを用いた抵抗のゲージ率は、温度依存性が大きいため、そのまま用いた場合、その出力感度は、大きな温度依存性を持つ。
【０００５】
この出力感度の温度依存性は、ホイーストンブリッジの電流源の電流に抵抗のゲージ率の温度特性とは逆特性の温度特性を持たせることで低減が可能である。しかし、温度依存の２次の係数は残るため、使用温度範囲が広い場合は、温度範囲の両端で、温度依存が大きくなる問題がある。この問題を解決する手段として、２次の誤差を含めて出力感度の温度依存性を補償するために、温度の任意の領域で任意に温度依存性を設定することが可能な電流源回路の検討を行った。
【０００６】
本願発明者は、本願に先立ち、特許文献１について検討を行った。その結果、特許文献１は、以下４項目の課題があることを見出した。
（１）実現する温度依存性の大きさに限界がある。温度依存性は、ダイオード素子のVBEの温度依存性を用いているが、大きな温度依存性を得るためには、ダイオードを多段に積み上げる必要があり、低電圧での動作には対応出来ない。
（２）実現できる温度依存性は、ＶＢＥの温度依存性の整数倍のため離散的となり、任意の値には設定出来ない。
（３）正の温度特性を持つ電位と負の温度特性を持つ電位の２値で決定されるため、温度依存性をこの２つの値より多く選択することが出来ない。
（４）電流源の電流が、電源電圧に依存しているため、電源電圧が変動したとき、電流源電流が変動し、その結果、駆動電流に対する温度依存性の割合も大きく変動する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の代表的なものの一例を示せば、以下の通りである。
【０００８】
電流駆動方式のホイーストンブリッジ回路の電流源回路において、動作温度範囲をＮ分割（Ｎ≧２）し、それぞれの温度範囲で、任意に電流の温度依存性を設定することが可能な電流源回路を提供することである。
【発明の効果】
【０００９】
ホイーストンブリッジ回路の出力感度の温度特性を、精度よく補償することが可能となるため、温度に依存しない精度のよい出力感度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ホイーストンブリッジ回路及び温度範囲２分割方式による出力感度の温度補償を実現する電流源回路である。(実施例１)
【図２】図１の電流源回路を構成する電流源電流の温度依存性を表したグラフである。
【図３】図１の電流源電流生成回路の温度依存性を表したグラフである。
【図４】各種方式の電流源回路を適用した場合のホイーストンブリッジ出力感度の温度依存性を表したグラフである。
【図５】図１の電流ミラー回路部５０のミラー比を可変とする回路である。
【図６】図１の電流ミラー回路部６０のミラー比を可変とする回路である。
【図７】温度範囲４分割方式による出力感度の温度補償を実現する電流源回路である。(実施例２)
【図８】図７の電流源回路を構成する電流源電流の温度依存性を表したグラフである。
【図９】図７の電流源電流生成回路の温度依存性を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に４０℃を中心として動作温度範囲を２分割して、それぞれの温度範囲で、任意に電流の温度依存性を設定することが可能な電流源回路の実施例を示す。
【００１２】
本電流源回路２００は、温度依存性のない電流を生成する基準電流源回路４０と温度依存性のある電流を生成する電流源回路３０と温度依存成分のみの電流を生成する電流源回路２０と電流源電流生成回路１０で構成される。
【００１３】
基準電流源回路４０は、温度依存性のない基準電位を生成することが可能なＢＧＲ回路７０の出力を受け、オペレーションアンプ８０を介して、温度依存性のない基準電流をＭＯＳ Ｐ９及びＭＯＳ Ｎ７に生成する。
【００１４】
電流源回路３０では、ノードＡには、ダイオード Ｄ１のＶＢＥ電位と等価な電位が生成される。従って、ＭＯＳ Ｐ６には、ＶＢＥ/Ｒ５の電流が生成されるが、ＶＢＥが２ｍＶ/℃の温度依存性を持つため、この電流は、温度依存性を持った電流となる。
【００１５】
図２は、電流源回路４０で生成される温度依存性のない電流Ｉ０と電流源回路３０で生成される温度依存性のある電流Ｉ１の温度特性を示したグラフである。それぞれの電流は、図１の抵抗Ｒ５及びＲ６の値を変更することにより調整が可能であり、この２つの電流が、４０℃で一致するように設計する。
【００１６】
電流源回路２０では、温度依存成分のみの電流を生成する。
【００１７】
電流源回路２０の上段の回路では、回路３０と回路４０の電流源の制御電圧を入力として、ＭＯＳ Ｐ４とＭＯＳ Ｎ３に温度依存性を持つ電流と温度依存性のない電流を発生し、その差分電流をＭＯＳ Ｐ３で生成する。４０℃より低い温度では、ＭＯＳ Ｐ４に流れる電流が、ＭＯＳ Ｎ３に流れる電流よりも大きいため、ＭＯＳ Ｐ３はカットオフする。４０℃以上の場合はＭＯＳ Ｐ４の電流は、ＭＯＳ Ｎ３の電流より小さくなるため、これを補う形で温度依存成分のみの電流がＭＯＳ Ｐ３に生成される。
【００１８】
同様に、電流源回路２０の下段の回路では、ＭＯＳ Ｐ５とＭＯＳ Ｎ４の差分電流をＭＯＳ Ｎ２で生成する。４０℃より低い温度では、ＭＯＳ Ｎ４の電流は、ＭＯＳ Ｐ５の電流よりも小さいため、これを補うように、温度依存成分のみの電流がＭＯＳ Ｎ２に流れる。４０℃以上の温度では、ＭＯＳ Ｎ４の電流は、ＭＯＳ Ｐ５の電流よりも大きいため、ＭＯＳ Ｎ２はカットオフし電流は流れない。
【００１９】
電流源電流生成回路１０では、回路２０の２つの制御電圧と回路４０の制御電圧を用いて、４０℃以上と４０℃より低い温度で温度特性の異なる電流を生成する。
【００２０】
図３に、回路１０が生成する電流の温度依存性を成分毎に表した。ＭＯＳ Ｐ１では、ＭＯＳ Ｐ９とミラー構成をとることにより、温度依存性のない基準電流Ｉ０を生成する。ＭＯＳ Ｐ２では、ＭＯＳ Ｐ３とミラー構成をとることにより、４０℃以上で温度依存成分のみの電流Ｉ２がＩ０に加算される。ミラー比は任意に選択出来るため、この温度依存成分のみの電流も任意に設定が可能である。ＭＯＳ Ｎ１では、ＭＯＳ Ｎ２とミラー構成をとることにより、４０℃より低い温度で、温度依存成分のみの電流Ｉ３を生成することが出来る。これも、ミラー比を任意に選択することが出来るため、この温度依存成分のみの電流もその大きさを任意に設定することが出来る。この電流Ｉ３は、電流Ｉ０から電流を引き抜く構成をとっている。その結果、電流源回路１０では、４０℃以上と４０℃より低い温度でそれぞれ任意に設定が可能な温度依存性をもった電流Ｉ４を生成することが可能となった。
【００２１】
電流の温度依存の大きさは、上記ＭＯＳ Ｐ３とＭＯＳ Ｐ２及び、ＭＯＳ Ｎ２とＭＯＳ Ｎ１のミラー回路のサイズ比に比例するため、その大きさに制限はない。また、その比は整数である必要はないため、電流の温度依存性の値を離散値ではなく連続的に任意に選択することが可能である。
【００２２】
一般的に温度依存性を調整する場合、その基準電流値の大きさそのものも変動を受けることが多い。しかし、本方式では４０℃以上と４０℃より低い温度の２つの温度依存成分のみの電流を基準電流Ｉ０に加算或いは減算するため、基準電流値を変更することなく温度依存性のみを任意に調整することが可能である。その結果、基準電流と比例関係にあるホーストンブリッジの出力感度を一定の値に保った状態で、温度依存性のみを補償することが可能となった。
【００２３】
電流源回路４０及び電流源回路３０の電流を生成するための抵抗Ｒ６及びＲ５は、ホイーストンブリッジを構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同じ種類の抵抗で構成することで、プロセスばらつきの影響を小さく抑えることが可能である。シリコン半導体プロセスでは、抵抗素子の抵抗値は、最大±１５％程度変動する。
【００２４】
仮に、ホイーストンブリッジに使用した抵抗Ｒ１〜Ｒ４と異なる種類の抵抗をＲ６に適用した場合、ホイーストンブリッジに用いる抵抗及びＲ６はそれぞれ独立に±１５％変動するため、それぞれの抵抗が逆方向にばらついたとき、ホイーストンブリッジの出力感度は、最大で±３０％変動する。
【００２５】
一方、ホイーストンブリッジに使用した抵抗と同じ種類の抵抗をＲ６に適用した場合、同じ種類の抵抗は、同じばらつき値をとるため、仮にＲ６が＋１５％ばらつきを持った場合、基準電流源の電流は、１/１.１５倍だけ減少するが、ホイーストンブリッジの抵抗も、＋１５％増加しているため、ホイーストンブリッジにかかる電圧は、１/１.１５倍×１.１５倍であり、変動はない。結果として、出力感度も、抵抗がばらついても一定の安定した値となる。
【００２６】
また、温度依存性を持つ電流源の抵抗Ｒ５が、Ｒ６と異なる種類の抵抗を用いた場合、２つの電流源３０と４０で生成される電流がそれぞれ±１５％ばらつきを持つため、この２つの電流の交点は、４０℃から大きく変動してしまう。一方、Ｒ５にＲ６と同じ種類の抵抗を用いた場合、例えば、抵抗が＋１５％増加した場合、電流源４０の電流は、１/１.１５倍となるが、同様に電流源３０の電流も１/１.１５倍となるため、２つの電流の交点は、抵抗がばらついても、４０℃から変動することはなく、安定な電流が得られる。
【００２７】
次に、供給電圧が変動したケースについて考察する。電流源回路４０及び電流源回路３０の電流生成の基準となる電圧源は、供給される電圧源とは独立の、ＢＧＲからの基準電位ＶＲ及びダイオード素子のＶＢＥである。そのため、電流源の電流値はＶＲ/Ｒ６及びＶＢＥ/Ｒ５となり、供給電圧の変動の影響を受けない。結果として、ホイーストンブリッジは、供給電圧が変動しても、安定に動作する。
【００２８】
次に、本形態を適用した場合に最も効果のある電流源電流の温度依存係数を求め、その効果を考察する。
【００２９】
電流駆動型のホイーストンブリッジ回路の出力感度は、数１で表現される。
【００３０】
温度依存の項をまとめると、数２を得る。
Ｖp-n ＝Ｋ・Ｓ・[ｇo・(1+α・Ｔ)]・[Ｒ・Ｉo・(1+β・Ｔ)]   …数１
＝Ｋ・Ｓ・ｇo・Ｒ・Ｉo・[(1+α・Ｔ)・(1+β・Ｔ)]
＝Ａo・[(1+α・Ｔ)・(1+β・Ｔ)]  …数２
数１、数２の符号の説明は次の通りである。
Ｖp-n；ホイーストンブリッジ差動出力電圧
Ｋ；比例係数
Ｓ；抵抗の形状変化量
ｇo・(1-α・Ｔ)；温度依存を含む抵抗のゲージ率
Ｒ；ホイーストンブリッジ抵抗
Ｉo・(1+β・Ｔ)；温度補償を適用したホイーストンブリッジ電流
α；抵抗ゲージ率の温度係数
β；電流源電流の温度係数
Ａo ；Ｋ・Ｓ・ｇo・Ｒ・Ｉo
数２をＴの関数として展開すると数３を得る。
【００３１】
＝Ａo・α・β・[{Ｔ+(α+β)/(２・α・β)}２-{(α-β)/(２・α・β)}２]  …数３
電流源の温度係数βは、出力感度の温度依存を補償するように設定するため、αと逆符号となる。そのため、α・β<０が常に成り立ち、数３は上に凸の二次関数となる。このとき、出力感度の最大値をとる点は、同時に温度依存性が正から負への変極点であり、出力感度の温度ばらつきは最小値をとる。
この温度をＴo、ＴとＴｏの差をΔＴとすると、ΔＴが大きくなるに従い、出力感度は低下し、またそのばらつきも大きくなる。一方、数３は、温度に対してＴ＝Ｔoを中心に、左右対称の値となるため、Ｔo+ΔＴとＴo-ΔＴではその出力感度は常に同じ値を示す。従って、ある限られた温度領域で、出力感度の温度ばらつきを最小に抑える方法は、その温度範囲の中に、出力感度が最大値を与えるようにβを設定し、且つ、そのときの温度Ｔｏからその温度範囲の両端までの温度差ΔＴが、なるべく小さくなるように設定することである。
【００３２】
つまり、温度範囲をＮ分割し、それぞれの温度範囲で最適な温度依存性を持たせる場合、それぞれの温度範囲の中心温度でその出力感度が最大となるように、電流源の温度依存係数βを設定すれば、それぞれの温度範囲で出力感度のばらつきを最小に設定することが出来る。
【００３３】
出力感度の最大値は、数３の温度Ｔを含む項が０となるときであり、その値は、数４で表現される。
【００３４】
Vp-n(Ｔo)＝-Ａo・α・β{(α-β)/(２・α・β)}２  …数４
また、ＴｏからΔＴだけ外れた温度での出力感度を求めると、数５を得る。
【００３５】
Vp-n(Ｔo±ΔＴ)＝Ａo・α・β[ΔＴ２-{(α-β)/(２・α・β)}２]  …数５
数４及び数５より、出力感度温度ばらつきは、数６で与えられる。
【００３６】
ΔVp-n＝Vp-n(Ｔo)-Vp-n(Ｔo±ΔＴ)
＝-Ａo・α・β・ΔＴ２    …数６
さらに、数４及び数６より、温度範囲Ｔo±ΔTにおける出力感度温度ばらつき比率は数７で与えられる。
ΔVp-n/Vp-n(Ｔo)＝{２・ΔＴ・α・β/(α-β)}２    …数７
次に、電流源温度依存性βを、Ｔo及びαの関数として求める。
数３の最大値を与える温度がＴoであるため、数８が成り立つ。
【００３７】
Ｔo +(α+β)/(２・α・β)＝０  …数８
数８より、βをαとＴｏの数式で表現すると数９が得られる。
【００３８】
β＝-α/(1＋２・α・Ｔo)    …数９
数９を数７に代入すると、出力感度温度ばらつき比率は数１０で表現できる。
ΔVp-n/Vp-n(Ｔo)＝{α・ΔＴ/(１＋α・Ｔｏ)}２    …数１０
数１０より明らかなように、出力感度の温度ばらつきは、温度範囲ΔＴの２乗に比例するため、分割する温度範囲を増やせばΔＴは小さくなり、結果として出力感度の温度ばらつきが小さくなることは明らかであろう。
【００３９】
図４に、使用温度範囲が−４０℃〜１２０℃で、α＝０.２５％/℃を仮定した場合のホイーストンブリッジ回路の出力感度の数値計算結果を示す。電流源回路の電流に温度補償を適用しない場合Ｌ０は、４０％もの温度ばらつきを生じる。１分割つまり一定の温度依存性を持つ電流で補償した場合Ｌ１は大きく改善するが、それでも出力感度の温度ばらつきは、４.９％発生してしまう。温度範囲を２分割した場合Ｌ２は、その分割された４０℃〜１２０℃に上記の数式を適用すると、電流源の温度依存性βは０.４２％/℃となり、このときの温度ばらつきは、１.５６％に抑えることが出来る。同様に、温度範囲−４０℃〜１２０℃を４分割し、分割された８０℃〜１２０℃に上記数式を適用した場合Ｌ３では、電流源の温度依存性βは０.５０％/℃となり、このときの温度ばらつきは、さらに、０.４４％に低減する。
【００４０】
上記のように電流源回路の電流の温度依存性を前述した最適値に合わせこむことが出来れば、ホイーストンブリッジの出力感度の温度ばらつきを小さく押さえ込むことが出来る。
【００４１】
しかし、各種パラメータは、ばらつきを持つため、完成品にて温度依存性の調整が出来ることが望ましい。
【００４２】
図５及び図６は、図１の電流ミラー回路５０及び６０を、信号制御を用いて温度依存を可変とすることが出来るようにした実施例である。
【００４３】
図５は４０℃以上で温度依存電流を生成するミラー回路５０のミラー比を可変とした回路である。電流源素子Ｐ１０に対して４つのミラー素子Ｐ１１〜Ｐ１４を電流源として配置している。また、Ｐ１６〜Ｐ１９は、信号Ｓ３〜Ｓ０で制御されるスイッチ素子であり、ミラー配置されたＰ１１〜Ｐ１４に流れる電流のＯＮ/ＯＦＦを制御する。例えば、電流源素子Ｐ１０のサイズを４とし、Ｐ１１〜Ｐ１４の素子のサイズ比を、それぞれ８:４:２:１とすると、４ビットの信号Ｓ３〜Ｓ０のＯＮ/ＯＦＦにより、電流の温度依存性を１６段階に切替ることが出来る。これによって、実現出来る温度依存性は、分解能が電流源電流Ｉ２１の１/４で、最大値は、Ｉ２１の約４倍である。
【００４４】
電流源の数を増やすことにより、より小さな分解能やより大きな温度依存性を作り出すことが可能となる。２ビット追加して、サイズ比を１６:８:４:２:１:０.５とした場合には、６４段階の切り替えが可能である。このとき、実現出来る温度依存性は、分解能はＩ２１の１/８、最大値はＩ２１の約８倍である。
【００４５】
図６は、同様に４０℃より低い温度で温度依存電流を実現するミラー回路６０のミラー比を可変とした回路である。電流源素子Ｎ１０に対してＮ１１〜Ｎ１４がミラー素子として配置され、それぞれの電流は、信号Ｓ１３〜Ｓ１０を入力とする素子Ｎ１６〜１９によって制御される。電流源素子Ｎ１０のサイズを４とし、ミラー配置素子のサイズ比を８:４:２:１とした場合、図５のケースと同様に１６段階の切替が可能である。このとき、電流の温度依存性の分解能は、電流源電流Ｉ３１の１/４倍で、その最大値は、Ｉ３１の約４倍とすることが可能である。
【００４６】
図７に温度範囲を４分割し、それぞれの温度範囲で任意に温度依存の設定が可能な電流源回路の実施例を示す。
【００４７】
電流源回路２０１は、電流源回路２００に、新たに、温度依存性のある電流を生成する電流源３１及び３２と、温度依存成分のみの電流を生成する電流源２１と、電流源電流生成回路１１を追加した構成としている。図８に示すように、新たに追加した電流源３１及び３２で生成される電流Ｉ５及びＩ６は、８０℃と０℃で、基準電流源電流Ｉ０と交差するように設計した。前述のように、本電流は、電流源回路の抵抗を変更することで調整が可能である。抵抗Ｒ７を電流源３０の抵抗Ｒ５よりも、小さく設定することにより、電流源３１の電流Ｉ５を増やすことができ、基準電流源電流Ｉ０との交点を８０℃に設定することが出来る。また、電流源３２では、抵抗Ｒ８をＲ５よりも大きく設定することにより電流Ｉ６は減少し、基準電流源電流Ｉ０との交点を０℃に設定することが出来る。
【００４８】
電流源回路２１では、電流源回路２０と同様、温度依存成分のみの電流を生成する。電流源回路２１の上段の回路では、回路３１と回路４０の電流源の制御電圧を入力として、ＭＯＳ Ｐ２４とＭＯＳ Ｎ２０に温度依存性を持つ電流と温度依存性のない電流が発生し、その差分電流をＭＯＳ Ｐ２２で生成する。８０℃より低い温度では、ＭＯＳ Ｐ２４に流れる電流が、ＭＯＳ Ｎ２０に流れる電流よりも大きいため、ＭＯＳ Ｐ２２はカットオフする。８０℃以上の場合はＭＯＳ Ｐ２４の電流は、ＭＯＳ Ｎ２０の電流より小さくなるため、これを補う形で温度に依存した電流成分のみの電流がＭＯＳ Ｐ２２に生成される。同様に、電流源回路２１の下段の回路では、ＭＯＳ Ｐ２５とＭＯＳ Ｎ２３の差分電流をＭＯＳ Ｎ２２で生成する。０℃より低い温度では、ＭＯＳ Ｎ２３の電流は、ＭＯＳ Ｐ２５の電流よりも小さいため、これを補うように、温度依存成分のみの電流がＭＯＳ Ｎ２２流れる。０℃以上の温度では、ＭＯＳ Ｎ２３の電流は、ＭＯＳ Ｐ２５の電流よりも大きいため、ＭＯＳ Ｎ２２はカットオフし電流は流れない。
【００４９】
電流源電流生成回路１１では、回路２１の２つの制御電圧を用いて、８０℃以上で流れる温度依存電流Ｉ７と０℃より低い温度で流れる温度依存電流Ｉ８を生成する。
【００５０】
図９に、図７の電流源回路２０１が生成する電流の温度依存性を成分毎に表した。ＭＯＳ Ｐ２０では、ＭＯＳ Ｐ２２とミラー構成をとることにより、８０℃以上で温度依存成分のみの電流Ｉ７を生成する。ＭＯＳ Ｐ２１は、ＭＯＳＮ２２と同電流を生成するＭＯＳ Ｐ２３とミラー構成をとることにより、０℃より低い温度で、温度依存成分のみの電流Ｉ８を生成する。これら２つの電流を、電流源電流生成回路１０に加算することにより、−４０℃〜０℃、０℃〜４０℃、４０℃〜８０℃、及び８０℃〜１２０℃の４分割された温度範囲において、任意に温度依存性を設定することが可能となる。
【００５１】
電流源回路２０１は、電流源２００と比べて、素子数が約２倍に増加しているが、図４を用いた効果考察で述べたように、４分割した各温度範囲で最適な温度補償電流を設定した場合には、ホイーストンブリッジの出力感度の温度依存性を、電流源回路２００の１.５６％に対し、電流源回路２０１では、１/３以下の０.４４％に低減することが可能となった。
【符号の説明】
【００５２】
１０、１１…電流源電流生成回路、２０、２１…温度依存成分のみの電流を生成する電流源回路、３０〜３２…温度依存性のある電流を生成する電流源回路、４０…温度依存性のない電流を生成する基準電流源回路、５０〜５２…電流ミラー回路、６０…電流ミラー回路、７０…バンドギャップリファレンス回路(ＢＧＲ回路)、８０…オペレーションアンプ(ＯＰ)、１００…ホイーストンブリッジ回路、２００、２０１…電流源回路、Ｄ１〜Ｄ３…ダイオード、Ｒ１〜Ｒ８…抵抗、Ｐ１〜Ｐ２９…ＰＭＯＳ、Ｎ１〜Ｎ２７…ＮＭＯＳ、Ｌ０…温度補償のない電流源回路適用時の出力感度温度依存性、Ｌ１…一定の温度依存性を持つ電流で補償する電流源回路適用時の出力感度温度依存性、Ｌ２…２分割方式温度補償電流源回路適用時の出力感度温度依存性、Ｌ３…４分割方式温度補償電流源回路適用時の出力感度温度依存性、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｒ…電流源回路内部ノード、Ｉ０〜Ｉ８、Ｉ２１、Ｉ３１…電流源回路電流、Ｓ０〜Ｓ３、Ｓ１０〜Ｓ１３…スイッチ素子入力信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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