(57)【要約】【課題】    基準電圧発生回路の温度特性を保持しつつ、電源変動特性とノイズ特性とを改善する手段を売る。【解決手段】    第１、第２のトランジスタのベース同士を接続すると共に、第１のトランジスタのベース−コレクタ間に容量を接続し、エミッタ−接地間に第１の抵抗を接続し、第２のトランジスタのエミッタを接地し、ベース−コレクタ間を直結した上で、第３、第４のトランジスタのベース同士を接続し、第３のトランジスタのベース−コレクタ間を直結し、該接点と前記第１のトランジスタのコレクタと接続し、第３のトランジスタのエミッタを電源に接続し、第４のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのコレクタとを第２の抵抗を介して接続し、第４のトランジスタのエミッタに第３の抵抗を介して電源と接続して構成したことを特徴とする基準電圧発生回路。【選択図】      図１
2005228291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続すると共に、トランジスタＱ１のエミッタ−接地間に抵抗Ｒ１を接続し、トランジスタＱ２のエミッタを接地に接続し、ベース−コレクタ間を直結したものと、エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続し、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結したものとを備えており、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ１のコレクタとを接続し、トランジスタＱ３のエミッタを電源に接続し、トランジスタＱ４のコレクタとトランジスタＱ２のコレクタとを抵抗Ｒ２を介して接続し、トランジスタＱ４のエミッタに抵抗Ｒ３を介して電源と接続して構成したことを特徴とする基準電圧発生回路。
【請求項２】
エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続し、トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ１を接続し、トランジスタＱ２のエミッタを接地に接続したものと
エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続し、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結したものと
トランジスタＱ５と
トランジスタＱ２とのエミッタ面積比が１：Ｎ３であるトランジスタＱ６と、を備えており、
トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ１のコレクタとを接続し、トランジスタＱ３のエミッタを電源に接続し、トランジスタＱ４のコレクタとトランジスタＱ２のコレクタとを接続し、トランジスタＱ４のエミッタに抵抗Ｒ３を介して電源と接続し、トランジスタＱ５のベースとトランジスタＱ４のコレクタを接続し、トランジスタＱ５のコレクタを電源に接続し、トランジスタＱ５のエミッタとトランジスタＱ６のコレクタとを抵抗Ｒ５を介して接続し、トランジスタＱ６のエミッタを抵抗Ｒ６を介して接地点と接続し、トランジスタＱ６のコレクタとベースとの間を直結し、トランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ６のベースとを接続し、トランジスタＱ５のエミッタから出力を取り出すように構成したことを特徴とする基準電圧発生回路。
【請求項３】
エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続し、トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ１を接続し、トランジスタＱ２のベースとコレクタ間を直結すると共にエミッタを接地に接続したものと、
エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続し、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結したものと
トランジスタＱ７と
ＰｃｈトランジスタＱ８と、を備えており、
トランジスタＱ３のエミッタを電源に接続し、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ７のコレクタとを抵抗Ｒ７を介して接続し、トランジスタＱ７のエミッタとトランジスタＱ１のコレクタを接続し、トランジスタＱ４のエミッタに抵抗Ｒ３を介して電源と接続し、トランジスタＱ４のコレクタとＰｃｈトランジスタＱ８のソースとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとトランジスタＱ２のコレクタとを抵抗Ｒ２を介して接続し、トランジスタＱ７のコレクタとＰｃｈトランジスタＱ８のゲートを接続し、トランジスタＱ７のベースとＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のドレインから出力を取り出すように構成したことを特徴とする基準電圧発生回路。
【請求項４】
エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続し、トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ１を接続し、トランジスタＱ２のエミッタを接地に接続したものと
エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続し、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結したものと
トランジスタＱ６、Ｑ７と
ＰｃｈトランジスタＱ８、ＮｃｈトランジスタＱ９と、を備えており、
トランジスタＱ３のエミッタを電源に接続し、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ７のコレクタとを抵抗Ｒ７を介して接続し、トランジスタＱ７のエミッタとトランジスタＱ１のコレクタを接続し、トランジスタＱ４のエミッタに抵抗Ｒ３を介して電源と接続し、トランジスタＱ４のコレクタとＰｃｈトランジスタＱ８のソースとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとトランジスタＱ２のコレクタとを接続し、トランジスタＱ７のコレクタとＰｃｈトランジスタＱ８のゲートとを接続し、トランジスタＱ７のベースとＮｃｈトランジスタＱ９のソースとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとＮｃｈトランジスタＱ９のゲートとを接続し、ＮｃｈトランジスタＱ９のドレインと電源とを接続し、ＮｃｈトランジスタＱ９のソースとトランジスタＱ６のコレクタを抵抗Ｒ５を介して接続し、トランジスタＱ６のエミッタと接地間に抵抗Ｒ６を接続し、ＮｃｈトランジスタＱ９のソースから出力を取り出すように構成したことを特徴とする基準電圧発生回路。
【請求項５】
前記接地がインピーダンスを介して接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の基準電圧発生回路。
【請求項６】
基準電圧発生回路にスタータ回路を接続したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基準電圧発生回路。
【請求項７】
前記トランジスタＱ３とのエミッタ面積比が１：Ｎ４のトランジスタＱ１０のエミッタを電源に接続すると共に、ベースを前記トランジスタＱ４のベースに接続し、抵抗Ｒ８、ダイオードＤｉ、抵抗Ｒ９を直列接続した回路を、トランジスタＱ１０のコレクタと接地間に接続し、コレクタから出力電圧を得るように構成したことを特徴とする１乃至６のいずれかに記載の基準電圧発生回路。
【請求項８】
エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２と抵抗Ｒ１とからなる第１のバンドギャップループと、エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４と抵抗Ｒ３とからなる第２のバンドギャップループとを帰還回路を用いて縦続接続して構成したことを特徴とするバンドギャップリファレンス回路。
【請求項９】
第１のバンドギャップループと第２のバンドギャップループとの帰還回路に回路を安定化させるための容量を接続したことを特徴とする請求項８に記載のバンドギャップリファレンス回路。
【請求項１０】
バンドギャップリファレンス回路の起動を容易にするためのスターター回路であって、トランジスタＱ１５のエミッタとバンドギャップレファレンス回路の出力端とを接続すると共にトランジスタＱ１５のコレクタを電源Ｖｃｃに接続し、トランジスタＱ１５のベースとベース−コレクタ間を直結したトランジスタＱ１６のベースとを接続し、トランジスタＱ１６のコレクタと電源Ｖｃｃとの間に抵抗Ｒ４と抵抗１２とを直列に挿入接続し、トランジスタＱ１６のエミッタとベース−コレクタ間を直結したトランジスタＱ１７のコレクタとを接続し、上記トランジスタＱ１７のエミッタと接地間に抵抗Ｒ１３を接続し、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１２との接続点と接地間に、ベース−コレクタ間を直結した複数のトランジスタを前段のエミッタと後段のコレクタを接続するように直列接続した回路を接続して構成したことを特徴とするスターター回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のバンドギャップ電圧を用いた基準電圧発生回路とスターター回路に関し、特に半導体から発生するノイズ特性と、電源変動特性とを改善した基準電圧発生回路と電源変動特性を安定化したスターター回路とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体のバンドギャップ電圧を用いたバンドギャップリファレンス回路は、温度−電圧特性が優れていることから半導体集積回路の基準電圧発生回路として広く用いられている。基準電圧発生回路に関しては、特開平６−３０９０５２号公報、特開平１０−２４０３６５号公報、特開平１１−４５１２６号公報等に回路構成とその特徴が詳細に開示されている。
図１６は従来の基準電圧発生回路の構成を示す図であって、バンドギャップリファレンス回路（以下、ＢＧＲ回路と称す）とスターター回路とから構成されている。ＢＧＲ回路はトランジスタＱ１０１のベースとトランジスタＱ１０２のベースとを接続すると共に、トランジスタＱ１０１のベース−コレクタ間を容量Ｃ１０１を介して接続し、エミッタ−接地間に抵抗Ｒ１０１を接続する。そして、トランジスタＱ１０２のエミッタを接地すると共にベース−コレクタ間を直結する。トランジスタＱ１０１、Ｑ１０２のエミッタ面積比をＮ：１（図には×Ｎ、×１にて表示）に設定し、トランジスタＱ１０１、Ｑ１０２、抵抗Ｒ１０１で形成される閉ループをバンドギャップループＡと称す。
【０００３】
さらに、トランジスタＱ１０３のベースとトランジスタＱ１０４のベースとを接続すると共に、トランジスタＱ１０３のベース−コレクタ間を直結し、この接点とトランジスタＱ１０１のコレクタとを接続する。トランジスタＱ１０４のコレクタとトランジスタＱ１０２のコレクタとを抵抗Ｒ１０２を介して接続し、トランジスタＱ１０３、Ｑ１０４のエミッタにはそれぞれ抵抗Ｒ１０４、Ｒ１０３を介して電源Ｖｃｃと接続する。
周知のように、トランジスタＱ１０３、Ｑ１０４及び抵抗Ｒ１０３、Ｒ１０４はカレントミラー回路を形成し、トランジスタＱ１０３からトランジスタＱ１０１に電流Ｉ１を、トランジスタＱ１０４からトランジスタＱ１０２に電流Ｉ２を供給する。ここで、抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１０４を等しく設定すれば、電流Ｉ１とＩ２とはほぼ等しくなる。
【０００４】
図１６に示すスターター回路はトランジスタＱ１５、１６、１７及び抵抗Ｒ４からなり、トランジスタＱ１５のエミッタとトランジスタＱ１４のコレクタとを接続すると共に、トランジスタＱ１５のコレクタを電源Ｖｃｃに接続する。そして、トランジスタＱ１５のベースとトランジスタＱ１６のベースとを接続すると共に、トランジスタＱ１６のベース−コレクタ間を直結し、該接点と電源Ｖｃｃとを抵抗Ｒ４を介して接続する。トランジスタＱ１６のエミッタとトランジスタＱ１７のコレクタとを接続すると共に、トランジスタＱ１７のベース−コレクタ間を直結し、エミッタは接地する。基準電圧発生回路の出力電圧（ＢＧＲ回路の出力電圧）ＶｏｕｔはトランジスタＱ１４のコレクタから取り出す構成とする。
スターター回路の作用は、電源が投入された直後に電源よりトランジスタＱ１５を介して供給された電流がＢＧＲ回路に流れ、ＢＧＲ回路が正常の動作に達するとトランジスタＱ１５はオフとなり、その機能を止め、トランジスタＱ１６、Ｑ１７はダイオードとして作用する。なお、トランジスタＱ１０１のベース−コレクタ間に接続した容量Ｃ１０１は、ＢＧＲ回路が安定化するように作用する。
【０００５】
図１６のＢＧＲ回路の動作を簡単に説明する。トランジスタＱ１０３、Ｑ１０４からなるカレントミラー回路からは図１６に示すように、トランジスタＱ１０３からトランジスタＱ１０１に電流Ｉ１が、トランジスタＱ１０４からトランジスタＱ１０２に電流Ｉ２が供給される。トランジスタＱ１０１、Ｑ１０２のベース−エミッタ間の電圧をそれぞれＶＢＥ１１、ＶＢＥ１２とすると、トランジスタＱ１０１のベース−接地の電圧と、トランジスタＱ１０２のベース−接地の電圧とは等しいから次式が成り立つ。
【０００６】
【数１】
2005228291.tif 000003
【０００７】
ここでトランジスタの熱電圧をＶｔ、自然対数をＬｎ、飽和電流をＩｓ、トランジスタＱ１０１、Ｑ１０２のエミッタの面積比をＮ：１とすると、式（２ａ）、（２ｂ）が成り立つ。
【０００８】
【数２】
2005228291.tif 000004
【０００９】
図１６に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗Ｒ１０２の両端の電圧とトランジスタＱ１０２のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥ１２との和であるから、式（３）のように表すことができる。
【００１０】
【数３】
2005228291.tif 000005
【００１１】
そして、式（３）は式（２ａ）、（２ｂ）を用いて式（４）のように表せる。
【００１２】
【数４】
2005228291.tif 000006
【００１３】
式（４）の第一項であるベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥ１２は、周知のように約−２ｍＶ／℃の負の温度係数を有し、その温度特性は温度の増加に応じて低下する直線となる。また、第二項の熱電圧Ｖｔは正の温度係数（約0.085mV／℃）を有することが知られている。従って、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、エミッタ面積比Ｎを適切に設定することにより、ＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは温度変化の影響の少ない温度−電圧特性が得られる。
図１７は、図１６のＢＧＲ回路の温度−出力電圧特性（温度特性）、電源変動特性、ノイズ特性をシミュレーションにより求めた図であって、図１７（ａ）は縦軸を出力電極Ｖｏｕｔ（Ｖ）、横軸を温度Ｔｅｍｐ（℃）とした温度特性である。図１７（ｂ）は電源電圧Ｖｃｃが２．０Ｖから３．３Ｖまで変動した場合の出力電圧Ｖｏｕｔの変動を示した図で、縦軸が出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）、横軸が電源電圧Ｖｃｃ（Ｖ）である。また、図１７（ｃ）はノイズ特性を示す図で、縦軸はノイズ電圧（ｎＶ／Ｈｚ1/2）、横軸は周波数freq（Ｈｚ）ある。これらの図より出力電圧の温度特性は−４０℃〜９０℃の範囲で６ｍＶ、電源変動特性は電源電圧を２．３Ｖから３．３Ｖの範囲で変動させると、出力電圧の変化は３４ｍＶ、ノイズ特性は１ｋＨｚで約１１３ｎＶ／Ｈｚ1/2であることが分かる。
【特許文献１】特開平６−３０９０５２号公報
【特許文献２】特開平１０−２４０３６５号公報
【特許文献３】特開平１１−４５１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
第１の課題として、図１６に示すような従来のＢＧＲ回路は、出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性は図１７（ａ）に示すように優れているものの、電源変動特性は３４ｍＶ（Ｖｃｃ＝２．３Ｖ〜３．３Ｖ）、出力電圧Ｖｏｕｔに含まれるノイズは１ｋＨｚで約１１３ｎＶ／Ｈｚ1/2と大きく、このＢＧＲ回路を例えば温度補償発振器（ＴＣＸＯ）に用いた場合、C／Nが劣化するという問題があった。
なお、特開平６−３０９０５２号公報にはノイズ低減するための回路構成が開示されているが、回路構成が複雑であり、その回路によるノイズ低減について実行性が明らかになっておらず、実用性に乏しかった。
第２の課題として、従来のスターター回路を用いて基準電圧発生回路を構成すると、所定の出力電圧に達する電源電圧の立ち上がり電圧が回路定数やＩＣのバラツキにより大きな電圧の方へずれ、使用電源電圧範囲が狭まるという問題があり、また、図１８のようにダイオード作用のトランジスタのエミッタに抵抗を接続した改良型のスターター回路を用いると立ち上がり電圧は改良されるものの、電源電圧の高い側で基準電圧発生回路の出力電圧が所定の値より大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、電源変動特性とノイズ特性を改善するため、エミッタ面積比がＮ１：１であるトランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続すると共に、トランジスタＱ１のエミッタ−接地間に抵抗Ｒ１を接続し、トランジスタＱ２のエミッタを接地に接続し、ベース−コレクタ間を直結したものと、エミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続し、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結したものとを備えており、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ１のコレクタとを接続し、トランジスタＱ３のエミッタを電源に接続し、トランジスタＱ４のコレクタとトランジスタＱ２のコレクタとを抵抗Ｒ２を介して接続し、トランジスタＱ４のエミッタに抵抗Ｒ３を介して電源と接続して構成したことを特徴とする基準電圧発生回路を構成することを特徴とする。
また、スターター回路を改良するため、トランジスタＱ１５、１６、１７及び抵抗Ｒ４からなる従来の回路に、トランジスタＱ１７のエミッタと接地間に抵抗Ｒ１３を接続し、上記抵抗Ｒ４と電源間に抵抗Ｒ１２を接続し、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１２との接続点と接地間にベース−コレクタ間を直結した複数のトランジスタを前段のエミッタと後段のコレクタを接続するように直列接続した回路を接続してスターター回路を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の基準電圧発生回路は、電流供給回路にもバンドギャップループを用いて基準電圧発生回路を構成するため、温度特性を損なうことなく電源変動特性及びノイズ特性を改善することができるという利点がある。また、本発明のスターター回路を用いることにより、広範囲の電源電圧に対して所定の安定な出力電圧を得ることできるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係る基準電圧発生回路の実施の回路構成を示す図であって、ＢＧＲ回路とスターター回路とから構成されている。なお、図１６と同一部分は同じ符号を付すことにする。本発明ではトランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタ面積比がＮ１：１、トランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタ面積比が１：Ｎ２であるトランジスタを用いる（図１には×Ｎ１、×１等にて表示）。図１に示すＢＧＲ回路は、トランジスタＱ１、Ｑ２のベース同志を接続すると共に、トランジスタＱ１のベース−コレクタ間に容量Ｃ１を接続し、エミッタ−接地間に抵抗Ｒ１を接続する。そして、トランジスタＱ２のエミッタを接地すると共にベース−コレクタ間を直結する。トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１で形成される閉ループを第１のバンドギャップループＡとする。
【００１８】
さらに、トランジスタＱ３、Ｑ４のベース同志を接続すると共に、トランジスタＱ３のベース−コレクタ間を直結し、この接点とトランジスタＱ１のコレクタとを接続し、トランジスタＱ３のエミッタを電源Ｖｃｃと接続する。そして、トランジスタＱ４のコレクタは抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のコレクタと接続し、トランジスタＱ４のエミッタは抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃと接続する。これによりトランジスタＱ３、Ｑ４及び抵抗Ｒ３で第２のバンドギャップループＢを形成する。
図１に示すスターター回路は図１６のそれと同一であり、トランジスタＱ１５のエミッタをトランジスタＱ４のコレクタに接続すると共に、トランジスタＱ１５のコレクタを電源Ｖｃｃに接続する。そして、トランジスタＱ１５、Ｑ１６のベース同志を接続すると共に、トランジスタＱ１６のベース−コレクタ間を直結し、該接点と電源Ｖｃｃとを抵抗Ｒ４を介して接続する。トランジスタＱ１６のエミッタにトランジスタＱ１７のコレクタを接続すると共に、トランジスタＱ１７のベース−コレクタ間を直結し、トランジスタＱ１７のエミッタを接地する。基準電圧発生回路の出力電圧ＶｏｕｔはトランジスタＱ４のコレクタから取り出す構成とする。
なお、スターター回路の作用は図１６のそれと同様であるので説明を省略する。
この回路の特徴的な構成はＢＧＲ回路のＱ３のエミッタと電源Ｖｃｃとの間を直結して、第２のバンドギャップループＢを備えているところにある。
【００１９】
図１のＢＧＲ回路の動作を説明する。トランジスタＱ３、Ｑ４からなるバンドギャップループＢからは図１に示すように、トランジスタＱ３からトランジスタＱ１に電流Ｉ１が、トランジスタＱ４からトランジスタＱ２に電流Ｉ２が供給される。バンドギャップループＡを形成するトランジスタＱ１、Ｑ２のベース−エミッタ間の電圧をそれぞれＶＢＥ１、ＶＢＥ２とすると、トランジスタＱ１のベース−接地の電圧と、トランジスタＱ２のベース−接地の電圧とは等しいから次式が成り立つ。
【００２０】
【数５】
2005228291.tif 000007
【００２１】
トランジスタＱ１、Ｑ２のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥ１、ＶＢＥ２は、トランジスタの熱電圧Ｖｔ、自然対数Ｌｎ、飽和電流Ｉｓ、トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタの面積比をＮ１：１を用いて次式のように表すことができる。
【００２２】
【数６】
2005228291.tif 000008
【００２３】
式（５）に式（６ａ）、（６ｂ）を代入することにより、次式を得る。
【００２４】
【数７】
2005228291.tif 000009
【００２５】
同様に、バンドギャップループＢについても次式が成り立つ。
【００２６】
【数８】
2005228291.tif 000010
【００２７】
ここで、トランジスタＱ１、Ｑ２に供給される電流Ｉ１、Ｉ２が等しくなる条件は次式を満たす場合である。
【００２８】
【数９】
2005228291.tif 000011
【００２９】
その時の電流Ｉ１（＝Ｉ２）は次式となる。
【００３０】
【数１０】
2005228291.tif 000012
【００３１】
図１に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗Ｒ２の両端の電圧とトランジスタＱ２のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥ２との和であるから、式（１１）のように表すことができる。
【００３２】
【数１１】
2005228291.tif 000013
【００３３】
式（１１）の第一項のＶＢＥ２の温度係数は負で、約−２ｍＶ／℃であり、温度に増加に応じてその電圧は直線的に低下する。一方、第二項の熱電圧Ｖｔの温度係数は正で、約０．０８５ｍＶ／℃であり、温度の増加に応じて直線的に上昇する。従って、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びトランジスタの面積比Ｎ１、Ｎ２を適切に設定することにより、ＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは温度の影響の少ない安定な電圧を得ることができる。
図２（ａ）は図１に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性で縦軸が出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）、横軸が温度Ｔemp（℃）、同図（ｂ）は電源変動特性で、縦軸が出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）、横軸が電源電圧Ｖcc（Ｖ）であり、図１の回路全体をシミュレーションにより求めたものである。このとき、図１、１６のそれぞれの電流Ｉ１同志、Ｉ２同志が等しくなるように定数を設定した。温度特性は図１７（ａ）に示した従来の回路の温度特性とほぼ同様な特性であるが、電源変動特性は電源電圧を２．３Ｖから３．３Ｖの範囲で変動させると、出力電圧の変化は１８ｍＶで大幅に改善されていることが分かった。
【００３４】
次に図１のＢＧＲ回路と図１６のＢＧＲ回路のノイズ特性を検討してみる。図１６に示すＢＧＲ回路の電流供給はトランジスタＱ１０３、Ｑ１０４からなるカレントミラー回路であり、該回路はバイポーラ・トランジスタで構成されているので、コレクタ電流Ｉｃで発生するノイズ（ショット雑音）は次式のように表せることが知られている。
【００３５】
【数１２】
2005228291.tif 000014
【００３６】
一方、本発明になる図１のＢＧＲ回路ではトランジスタＱ１に供給される電流Ｉ１は式（１０）のように表せる。周知のように、熱電圧Ｖｔはボルツマン定数ｋ、絶対温度Ｔ、電子の電荷ｑにより次式のように表すことができる。
【００３７】
【数１３】
2005228291.tif 000015
【００３８】
従って、電流Ｉ１に生じるノイズＩ1_noiseは次式のように表すことができる。
【００３９】
【数１４】
2005228291.tif 000016
【００４０】
式（１４）より電流供給源としてカレントミラー回路の代わりに、バンドギャップループＢを用いることにより低ノイズ化が実現されることが推定できる。
図２（ｃ）は出力電圧に含まれるノイズを回路全体のシミュレーションにより求めた図で、１ｋＨｚにおけるノイズは約４７ｎＶ／Ｈｚ1/2で従来の回路のノイズ（約１１３ｎＶ／Ｈｚ1/2）と比べて大幅に低減できることが判明した。
【００４１】
図３は第２の実施例の回路構成を示す図であって、図１に示したＢＧＲ回路のトランジスタＱ２のベース−コレクタ間の直結を除くと共に、抵抗Ｒ２を短絡した回路とスターター回路との間に、破線で囲んだ回路βを付加して構成したものである。回路βはトランジスタＱ５、Ｑ６、抵抗Ｒ５及びＲ６からなり、トランジスタＱ５のベースを図１に示したトランジスタＱ４のコレクタに接続すると共に、トランジスタＱ５のコレクタを電源Ｖｃｃに接続する。トランジスタＱ５のエミッタとトランジスタＱ６のコレクタとを抵抗Ｒ５を介して接続し、トランジスタＱ６のエミッタと接地間に抵抗Ｒ６を接続し、トランジスタＱ６のコレクタ−ベース間を直結する。さらに、図１に示したトランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ６のベースを接続し、トランジスタＱ５のエミッタから出力電圧Ｖｏｕｔを取り出す回路構成とする。
図４（ａ）は、図３に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、同図（ｂ）は電源変動特性、同図（ｃ）はノイズ特性でシミュレーションにより求めたものである。
図１に示すＢＧＲ回路に回路βを付加することにより、ノイズ特性は１ｋＨｚにおいて約４４ｎＶ／Ｈｚ1/2と若干改善されているが、Ｄで示す帰還回路が形成されることにより、電源変動特性は図１の１８ｍＶ（Ｖｃｃ＝２．３Ｖ〜３．３Ｖ）から７．５２ｍＶと大幅に改善されることが判明した。
【００４２】
図５は第３の実施例の回路構成を示す図であって、図１に示したＢＧＲ回路のバンドギャップループＡとバンドギャップループＢとの間に、破線で囲んだ回路γを挿入して構成したものである。回路γはトランジスタＱ７、Ｑ８、抵抗Ｒ７及び容量Ｃ２からなり、トランジスタＱ７のコレクタと図１に示したトランジスタＱ３のコレクタとを抵抗Ｒ７を介して接続すると共に、トランジスタＱ７のエミッタとトランジスタＱ１のコレクタを接続する。トランジスタＱ７のベースとＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとを接続すると共に、トランジスタＱ７のベースとトランジスタＱ１のベースとの間を容量Ｃ２を介して接続する。そして、トランジスタＱ７のコレクタとＰｃｈトランジスタＱ８のゲートとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のソースとトランジスタＱ４のコレクタとを接続し、ＰｃｈトランジスタＱ８のドレインとトランジスタＱ２とを抵抗Ｒ２を介して接続し、該接続点より出力電圧Ｖｏｕｔを取り出す回路構成とする。
【００４３】
図６（ａ）は図５に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、同図（ｂ）は電源変動特性、同図（ｃ）はノイズ特性で、シミュレーションにより求めたものである。図６（ｂ）より明らかなように電源電圧Ｖｃｃが２．３Ｖから３．３Ｖまで変動した場合の出力電圧変動は、図３に示したＢＧＲ回路の７．５２ｍＶ（Ｖｃｃ＝２．３Ｖ〜３．３Ｖ）から０．７９ｍＶと大幅に改善されることが判明した。これは図３に示したＢＧＲ回路に比較し、回路γを付加することにより面積比Ｎ１、Ｎ２を有するトランジスタＱ１、Ｑ４のコレクタ−エミッタ間電圧が、より一定に保たれやすいためである。
【００４４】
図７は第４の実施例の回路構成を示す図であって、図３の回路βと図５の回路γとを図１のＢＧＲ回路に同時に付加した回路である。ただ、図３の回路βにおけるバイポーラ・トランジスタＱ５をＮｃｈトランジスタＱ９に代えた点が異なる。
なお、図１、３、５、７に示した容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の接続位置は必ずしも図に示した位置でなくてもよく、第１のバンドギャップループＡと第２のバンドギャップループＢとの帰還ループに接続されていればよい。
図８（ａ）は図７に示すＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、同図（ｂ）は電源変動特性、同図（ｃ）はノイズ特性で、シミュレーションにより求めたものである。図８（ｂ）より明らかなように電源変動特性は、図５に示したＢＧＲ回路の０．７９ｍＶから０．３ｍＶと大幅に改善されることが判明した。また、図８（ｃ）より１００Ｈｚ以下の低周波ノイズ、所謂１／ｆノイズは図５のＢＧＲのそれよりも改善されていることも分かる。
【００４５】
以上の実施の形態に限定されずに種々の変形が可能である。例えば、図９（ａ）は図１に示すＢＧＲ回路をさらに単純化した第５の実施例の回路構成で、第１のトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間に接続した第１の容量Ｃ１と、第２及び第４のトランジスタＱ２、Ｑ４間に接続した抵抗Ｒ２とを削除して、第１及び第２のトランジスタＱ１、Ｑ２と抵抗Ｒ１からなる第１のバンドギャップループＡと、第３及び第４のトランジスタＱ３、Ｑ４と抵抗Ｒ３からなる第２のバンドギャップループＢとを帰還ループを介して縦続接続したＢＧＲ回路である。
また、図９（ｂ）は第６の実施例の回路構成で、同図（ａ）に示したＢＧＲ回路の抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２のコレクタとの接続点と、接地間に第１のインピーダンスＺ１を接続して構成したＢＧＲ回路である。
【００４６】
図１０（ａ）は第７の実施例の回路構成で、図９（ａ）に示したＢＧＲ回路にトランジスタＱ１０、第１のダイオードＤｉ、第８、第９の抵抗Ｒ８、Ｒ９からなる出力回路を付加した回路である。つまり、トランジスタＱ１０のエミッタを電源Ｖｃｃに接続すると共に、ベースを前記トランジスタＱ４のベースに接続し、抵抗Ｒ８、ダイオードＤｉ、抵抗Ｒ９を直列接続した回路を、トランジスタＱ１０のコレクタと接地間に接続し、コレクタから出力電圧を得るように構成した基準電圧発生回路である。
図１０（ｂ）は第８の実施例の回路構成で、同図（ａ）のＢＧＲ回路の抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２のコレクタとの接続点と、接地間に第１のインピーダンスＺ１を接続して構成したＢＧＲ回路である。
【００４７】
図１１は第９の実施例の回路構成であって、例えば図９（ａ）のＢＧＲ回路のトランジスタＱ２、Ｑ３のそれぞれのベース−コレクタ間を直結する代わりに、トランジスタＱ１２、Ｑ１３をベース−コレクタ間に接続し、それぞれのベース−エミッタ間のダイオード特性を用いた場合である。このようにすることにより、直結の場合に比べ電流を少なくすることが可能である。また、このダイオード接続は他の実施例のＢＧＲ回路にも適用できる。
【００４８】
図１１（ｂ）は第１０の実施例の回路構成であって、ダイオードＤｉ１、インピーダンスＺ４、ＰｃｈトランジスタＰｃｈ１、ＮｃｈトランジスタＮｃｈ１、インピーダンスＺ２、抵抗Ｒ１１、ダイオードＤｉ３を直列接続して回路αを構成する。そして、ダイオードＤｉ２、抵抗Ｒ１０、インピーダンスＺ５、ＰｃｈトランジスタＰｃｈ２、ＮｃｈトランジスタＮｃｈ２、インピーダンスＺ３、ダイオードＤｉ４を直列接続した回路βと構成する。回路α、βのダイオードＤｉ１、Ｄｉ２のアノード側をそれぞれ電源Ｖｃｃに接続し、ダイオードＤｉ３、Ｄｉ４のカソード側をそれぞれ接地する。さらに、ＰｃｈトランジスタＰｃｈ１のゲート−ドレイン間を直結すると共に、ＰｃｈトランジスタＰｃｈ１、Ｐｃｈ２同志のゲートを接続する。ＮｃｈトランジスタＮｃｈ２のゲート−ドレイン間を直結すると共に、ＮｃｈトランジスタＮｃｈ１、Ｎｃｈ２同志のゲートを接続して、ダイオード型のＢＧＲ回路を構成することが可能であり、他の実施例のＢＧＲ回路と同様な作用を行う。
なお、図９、図１０、図１１においてはスタータ回路を省略しているが、安定した動作を必要とする場面では先に示した実施例と同様にスタータ回路を付加することが望ましい。逆に先の実施例の回路からスタータ回路を省略しても基準電圧発生回路として機能しうることは言うまでもない。
【００４９】
以上の実施例の説明でトランジスタを用いたＢＧＲ回路においては、トランジスタをＭＯＳトランジスタに置換してＢＧＲ回路を構成しても同様な作用を有する回路となる。
【００５０】
図１、３、５、７に示す基準電圧発生回路をＩＣ化し、その電源変動特性（電源電圧Ｖｃｃ−出力電圧Ｖｏｕｔ特性）を測定した。図１２の太い実線で示すように電源電圧Ｖｃｃが約１．６Ｖから、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧に達するのものが大半であったが、同図の破線で示すように２．４Ｖ辺りから所定の電圧に達するものが若干あることが判明した。これは基準電圧発生回路が複雑となり、回路定数やＩＣのバラツキにより、スターター回路のダイオード１段分（トランジスタＱ１７）の電圧では必要なリファレンス電圧を発生しない場合があるものと考えられる。
【００５１】
上記の欠点を改善するためには、図１８に示すように、図１６に示す従来のスターター回路のトランジスタＱ１７のエミッタと接地間に抵抗Ｒ１０５を接続するのが一般的であろう。抵抗Ｒ４、トランジスタＱ１６、Ｑ１７および抵抗Ｒ１０５の回路に流れる電流Ｉ５により、抵抗Ｒ１０５両端に発生する電圧Ｖｒ（Ｉ５×Ｒ１０５）がダイオード作用のトランジスタＱ１７のコレクタ−エミッタ間の電圧（約０．７Ｖ）に加算されることになり、従来のスターター回路より高い電圧がトランジスタＱ１５のエミッタからバンドギャップリファレンス部に印加されるので、ＢＧＲ回路の起動を容易にすることができるようになる。
図１、３、５、７等に示すＢＧＲ回路と図１８に示すスターター回路とを用いて基準電圧発生回路を構成し、電源変動特性を測定したところ、図１３の破線で示すように広い電源電圧Ｖｃｃに亘って安定な出力電圧Ｖｏｕｔが得られることを期待したが、同図の太い実線で示すように４．７Ｖ辺りから所定の電圧により高い出力電圧Ｖｏｕｔになることが分かった。
この理由は、電源電圧Ｖｃｃが大きくなるに応じて抵抗Ｒ１０５の回路に流れる電流Ｉ５も大きくなり、抵抗Ｒ１０５の両端に発生する電圧Ｖｒも大きくなる。その結果、電源電圧Ｖｃｃが４．７Ｖ辺りから所定の出力電圧ＶｏｕｔにトランジスタＱ１７と電圧Ｖｒとの和が重畳し、太い実線で示すように直線的に増加するものと考えられる。
【００５２】
図１４は上記のスターター回路の欠点を改善した本発明のスターター回路の構成を示す図である。即ち、図１６に示した従来のスターター回路の抵抗Ｒ４に抵抗Ｒ１２を直列接続して電源電圧Ｖｃｃに接続すると共に、トランジスタＱ１７のエミッタを抵抗１３を介して接地する。さらに、抵抗Ｒ４とＲ１２との接続点Ｍと接地間に、ベースとコレクタとを直結したｎ個のトランジスタＱ２１、Ｑ２２・・Ｑ２ｎを、Ｑ２１のエミッタと次段のＱ２２のコレクタとを直列接続するように、次々にｎ段直列接続したトランジスタ回路を接続してスターター回路を構成する。
トランジスタＱ２１、Ｑ２２・・Ｑ２ｎはそれぞれベース−コレクタ間を直結しているのでダイオードとして作用し、トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧は約０．７Ｖであるので、ｎ段直列接続のトランジスタの両端の電圧は約０．７×ｎ（Ｖ）となる。従って、抵抗Ｒ４とＲ１２との接続点Ｍの電圧は、電源電圧が大きくなっても０．７×ｎ（Ｖ）と一定に保持され、スターター回路のＭ点にはいつも一定の電圧となるため、基準電圧発生回路の出力電圧Ｖｏｕｔは一定出力となる。このように本発明に係るスターター回路は電源電圧Ｖｃｃの広範囲に亘って安定したスタートが可能になるので、本回路を用いた基準電圧発生回路の電源変動特性は極めて優れたものとなる。なお、直列接続する段数ｎは少なくとも３段以上が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る基準電圧発生回路の構成を示した図である。
【図２】（ａ）は図１のＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、（ｂ）は電源変動特性、（ｃ）はノイズ特性を示す図である。
【図３】第２の実施例の基準電圧発生回路の構成を示した図である。
【図４】（ａ）は図３のＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、（ｂ）は電源変動特性、（ｃ）はノイズ特性を示す図である。
【図５】第３の実施例の基準電圧発生回路の構成を示した図である。
【図６】（ａ）は図５のＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、（ｂ）は電源変動特性、（ｃ）はノイズ特性を示す図である。
【図７】第４の実施例の基準電圧発生回路の構成を示した図である。
【図８】（ａ）は図７のＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、（ｂ）は電源変動特性、（ｃ）はノイズ特性を示す図である。
【図９】（ａ）は第５の実施例のＢＧＲ回路の構成を、（ｂ）は第６の実施例のＢＧＲ回路の構成を示す図である。
【図１０】（ａ）は第７の実施例の基準電圧発生回路の構成を、（ｂ）は第８の実施例の基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図１１】（ａ）は第９の実施例の基準電圧発生回路の構成を、（ｂ）は第１０の実施例の基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図１２】電源変動特性を示す図である。
【図１３】図１８のスターター回路を用いたときの電源変動特性を示す図である。
【図１４】本発明に係るＢＧＲ回路と本発明のスターター回路とからなる基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図１５】図１４の基準電圧発生回路の電源変動特性を示す図である。
【図１６】従来の基準電圧発生回路の構成を示した図である。
【図１７】（ａ）は図９のＢＧＲ回路の出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性、（ｂ）は電源変動特性、（ｃ）はノイズ特性を示す図である。
【図１８】改良したスターター回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９、Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１５、Ｑ１６、Ｑ１７、Ｑ２１、Ｑ２２・・Ｑ２ｎ、Ｐｃｈ１、Ｐｃｈ２、Ｎｃｈ１、Ｎｃｈ２  トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３’、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３  抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  容量
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５ インピーダンス
Ｄｉ 、Ｄｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４  ダイオード
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３  エミッタの面積比
Ｖｃｃ  電源電圧
Ｖout  出力電圧
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３  電流
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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