(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧を利用して第１、第２の一定電圧を発生する電圧発生回路と、
前記第１、第２の電圧を比較する比較回路と、
前記比較回路による比較結果に基づく定電流を出力し、該比較結果を前記電圧発生回路にフィードバックするカレントミラー回路と、
前記電圧発生回路のバイポーラトランジスタのベース・コレクタ間に一定電圧を与えることにより、前記比較回路への入力電圧である前記第１、第２の電圧の電位をシフトさせ、該比較回路を駆動させるために必要なバイアス電圧を確保するための定電圧源と
を具備し、前記電圧発生回路は、コレクタが接地された第１のバイポーラトランジスタと、前記第１のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間に設けられた分流用の第１の抵抗素子と、コレクタが接地され、ベースを前記第１のバイポーラトランジスタと共通にし、前記第１のバイポーラトランジスタより小さいベース・エミッタ間電圧を有する第２のバイポーラトランジスタと、前記第２のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間に接続された分流用の第２の抵抗素子とを備え、
前記比較回路は、前記第１、第２のバイポーラトランジスタのエミッタ電位に比例する電圧を比較し、
前記定電圧源は、前記第１、第２のバイポーラトランジスタのベースと接地電位間に設けられていることを特徴とする基準電圧発生回路。
【請求項２】
前記定電圧源は、前記第１、第２のバイポーラトランジスタのベースと接地電位間に設けられた第３の抵抗素子である
ことを特徴とする請求項１記載の基準電圧発生回路。
【請求項３】
前記定電圧源は、ドレインが前記第１、第２のバイポーラトランジスタのベースに接続され、ゲートが前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタに接続されたＭＯＳトランジスタと、
前記ＭＯＳトランジスタのソースに一端を接続され、他端を接地電位に接続された第４の抵抗素子と
を備えることを特徴とする請求項１記載の基準電圧発生回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基準電圧発生回路に関するもので、特に電流出力型のバンドギャップ基準電圧源における動作電圧の低電圧化の技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路において、温度特性を殆ど持たない正確な基準電圧が得られる基準電圧発生回路の１つにバンドギャップ基準電圧源がある。バンドギャップ基準電圧源は、シリコンを用いて形成したバイポーラトランジスタの、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥと熱電圧Ｖtの温度特性の差を利用することにより、一定の基準電圧が得られる回路である。このバンドギャップ基準電圧源には、電圧出力型と電流出力型の基準電圧発生回路とが考案されている。
【０００３】
従来の電圧出力型及び電流出力型の基準電圧発生回路について図４、図５を用いて説明する。図４、図５はそれぞれ電圧出力型及び電流出力型の基準電圧発生回路の回路図である。
【０００４】
図４に示すように、電圧出力型の基準電圧発生回路は、２つの電圧Ｖref１及びＶref２を出力する電圧発生回路１００、電圧Ｖref１とＶref２とを比較する比較回路３００、比較回路３００の出力端子にゲートの接続されたＭＯＳトランジスタ６００、ＭＯＳトランジスタ６００のドレインに電流出力端子の一方が接続され、他方が電圧発生回路１００に接続されたカレントミラー回路４００とを備えている。
【０００５】
電圧発生回路１００は、ゲート及びコレクタが接地電位ＶＳＳに接続され、エミッタが比較回路３００の一方の入力端子に接続された電圧Ｖref１発生用のシリコンバイポーラトランジスタ１１０と、ゲート及びコレクタが接地電位ＶＳＳに接続され、エミッタが抵抗素子１２０を介して比較回路３００の他方の入力端子に接続され、トランジスタ１１０より小さなベース・エミッタ間電圧ＶＢＥを有する電圧Ｖref２発生用のシリコンバイポーラトランジスタ１３０とを備えている。また、バイポーラトランジスタ１１０、１３０と比較回路のそれぞれ入力端子との接続ノードと、カレントミラー回路４００の一方の電流出力端子との間にはそれぞれ抵抗素子１４０、１５０が設けられている。
【０００６】
比較回路３００は、ゲートが電圧発生回路１００のバイポーラトランジスタ１１０のエミッタに接続され、一端が電源電位ＶＤＤに接続された定電流源３１０の他端にソースに接続されたエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ３２０、ゲートが電圧発生回路１００の抵抗素子１２０と抵抗素子１５０との接続ノードに接続され、ソースが定電流源３１０に接続されたエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ３３０、ゲート及びドレインがＭＯＳトランジスタ３２０のドレインに接続され、ドレインが接地電位ＶＳＳに接続されたエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ３４０、ゲートがＭＯＳトランジスタ３４０のゲートに接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ３３０のドレインに接続され、ソースが接地されたエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ３５０を備える差動増幅器である。そして、ＭＯＳトランジスタ３３０のドレインとＭＯＳトランジスタ３５０のドレインとの接続ノードが比較回路３００の出力端子となっている。
【０００７】
上記ＭＯＳトランジスタ３３０のドレインとＭＯＳトランジスタ３５０のドレインとの接続ノードはＭＯＳトランジスタ６００のゲートに接続され、このＭＯＳトランジスタ６００のソースは接地電位ＶＳＳに、ドレインはカレントミラー回路４００の一方の電流出力端子に接続されている。
【０００８】
カレントミラー回路４００は、ゲートを共通にし、且つソースが電源電位ＶＤＤに接続され、ドレインがそれぞれ電流出力端子となるエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ４１０、４２０を有している。ＭＯＳトランジスタ４１０のゲート及びドレインはＭＯＳトランジスタ６００のドレインに接続されており、一方、ＭＯＳトランジスタ４２０のドレインは抵抗素子１４０と抵抗素子１５０の接続ノードに接続されている。
【０００９】
そして、電圧発生回路１００の抵抗素子１４０とカレントミラー回路４００のＭＯＳトランジスタ４２０のドレインとの接続ノードの電圧が、電圧発生型の基準電圧発生回路の出力電圧として取り出される。
【００１０】
上記構成の基準電圧発生回路は、トランジスタ１１０のＶＢＥ（Ｖref１）と、抵抗素子１５０と抵抗素子１２０の接続ノードの電圧（Ｖref２）とを比較回路３００により比較する。そして、その結果をカレントミラー回路４００により電圧発生回路１００に返す。そして、比較回路３００の結果に基づいて抵抗素子１４０での電圧降下量が変動する。具体的には、抵抗素子１４０とＭＯＳトランジスタ４２０のドレインとの接続ノードの電圧、すなわち出力電圧はシリコンのバンドギャップ電圧にほぼ近い約１．２Ｖの一定電圧となる。
【００１１】
しかしながら、上記電圧発生型の基準電圧発生回路は、当然ながら出力は電圧として取り出され、その電圧は比較的大きな１．２Ｖである。そのため、この基準電圧発生回路を１．２Ｖより低い電圧で駆動する回路に用いる場合には、電圧出力を降圧する必要があり、低電圧動作回路に用いるには不向きであった。
【００１２】
そこで近年、電流出力型の基準電圧発生回路が考案されている。電流出力型の基準電圧発生回路について図５の回路図を用いて説明する。
【００１３】
図示するように、回路の基本的な構成は図４の電圧出力型とほぼ同じであるが、電圧発生回路のバイポーラトランジスタ１１０、１３０のベースにはそれぞれ分流用の抵抗素子１６０、１７０が接続されており、比較回路３００は両者の出力電流を比較する構成となっている。またカレントミラー回路４００は、ゲートを共通にするＭＯＳトランジスタ４３０、４４０、４５０を更に備えており、ＭＯＳトランジスタ４３０、４４０のドレインは、トランジスタ１１０のエミッタ、抵抗素子１２０と抵抗素子１７０との接続ノードにそれぞれ接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ４５０に流れる電流が出力電流となり、このＭＯＳトランジスタ４５０のソースと接地電位ＶＳＳ間に接続された抵抗素子５００により電圧として出力される。
【００１４】
上記構成の基準電圧発生回路は、トランジスタ１１０、１３０が流す電流を比較回路３００により比較する。そしてこの比較結果が電流出力として取り出される。そのため、抵抗素子５００の抵抗値を変えることにより所望の値の電圧を取り出せることから、非常に有用な基準電圧源であると言うことが出来る。
【００１５】
しかしながら上記基準電圧発生回路は、比較回路３００の動作バイアスを確保するために電源電位ＶＤＤと接地電位ＶＳＳ間の電圧を、少なくともトランジスタ１１０のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥとＭＯＳトランジスタ３２０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳとを加えた電圧以上にしなければならず、必要以上に高い電源電圧を必要とする回路構成になるという問題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のバンドギャップ基準電圧源には、電圧出力型と電流出力型の基準電圧発生回路がある。電圧出力型の基準電圧発生回路は、２つの定電圧発生用トランジスタの出力電圧を比較し、その電位差を基準電圧発生回路の出力電圧として取り出すものである。しかしながら、その出力電圧はシリコンバンドギャップにほぼ等しい約１．２Ｖと比較的大きな値であり、低電圧駆動用の基準電圧発生回路としては不向きであるという問題があった。
【００１７】
一方、電流出力型の基準電圧発生回路は、２つの定電圧発生用トランジスタの出力電流を比較し、その差を所望の値の抵抗素子により電圧に変換して基準電圧発生回路の出力電圧として取り出すものである。そのため電圧出力型と異なり、出力電圧を自在に設定できる。しかしながら従来の回路構成では、電流を比較するための比較回路を動作させるために大きな電源電圧が必要となり、回路自体の低電圧動作が困難であるという問題があった。
【００１８】
この発明は、回路内部に電圧源を設けることにより低電圧駆動を可能としつつ、出力電圧を任意に設定できる基準電圧発生回路を提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明の一態様に係る基準電圧発生回路は、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧を利用して第１、第２の一定電圧を発生する電圧発生回路と、前記第１、第２の電圧を比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果に基づく定電流を出力し、該比較結果を前記電圧発生回路にフィードバックするカレントミラー回路と、前記電圧発生回路のバイポーラトランジスタのベース・コレクタ間に一定電圧を与えることにより、前記比較回路への入力電圧である前記第１、第２の電圧の電位をシフトさせ、該比較回路を駆動させるために必要なバイアス電圧を確保するための定電圧源とを具備し、前記電圧発生回路は、コレクタが接地された第１のバイポーラトランジスタと、前記第１のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間に設けられた分流用の第１の抵抗素子と、コレクタが接地され、ベースを前記第１のバイポーラトランジスタと共通にし、前記第１のバイポーラトランジスタより小さいベース・エミッタ間電圧を有する第２のバイポーラトランジスタと、前記第２のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間に接続された分流用の第２の抵抗素子とを備え、前記比較回路は、前記第１、第２のバイポーラトランジスタのエミッタ電位に比例する電圧を比較し、前記定電圧源は、前記第１、第２のバイポーラトランジスタのベースと接地電位間に設けられている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００２６】
この発明の一実施形態に係る基準電圧発生回路について図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係る基準電圧発生回路の概略構成を示すブロック図である。
【００２７】
図示するように、基準電圧発生回路は一定電圧Ｖref１及びＶref２を出力する電圧発生回路１０と、電圧発生回路の出力する基準電圧Ｖref１及びＶref２の電位をシフトさせるための定電圧源２０と、電圧Ｖref１とＶref２とを比較する比較回路３０と、比較回路３０による比較結果に基づく定電流を出力するカレントミラー回路４０とを備えている。
【００２８】
電圧発生回路１０はバイポーラトランジスタを備えておりこのバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧に基づいた一定電圧Ｖref１及びＶref２を発生する。この電圧Ｖref１、Ｖref２を比較回路３０により比較し、その比較結果に基づいてカレントミラー回路４０が電流を出力する。また、カレントミラー回路４０の電流は電圧発生回路１０へ折り返され、電圧Ｖref１とＶref２とが一定になるように制御され、カレントミラー回路４０の出力する電流も一定電流となる。そして、このカレントミラー回路４０の出力に抵抗素子を設けることにより任意の一定電圧が出力される。また、電圧発生回路１０内のバイポーラトランジスタのベースと接地電位間に定電圧源２０が更に設けられており、この定電圧源２０の発生する定電圧分だけ電圧Ｖref１、Ｖref２はシフトされる。
【００２９】
上記のような構成の基準電圧発生回路であると、比較回路への入力電圧は、少なくとも電圧発生回路内のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧に、定電圧源が発生する電圧を加えた電位に設定される。そのため、比較回路３０が駆動するために必要最小限のバイアスを確保できるため、基準電圧発生回路の低電圧動作が可能となる
上記基準電圧発生回路の具体的な回路の一例を図２に示す。図２は電流出力型の基準電圧発生回路の回路図である。
【００３０】
図示するように、電圧発生回路１０は、コレクタが接地電位ＶＥＥに接続され、エミッタが比較回路３０の一方の入力端子に接続され、ベースが抵抗素子１１（第１の抵抗素子）を介してエミッタに接続され、このエミッタ電位を電圧Ｖref１（第１の電圧）として発生するｐｎｐ型のシリコンバイポーラトランジスタ１２（第１のバイポーラトランジスタ）と、コレクタが接地電位ＶＥＥに接続され、エミッタが抵抗素子１３の一端に接続され、ベースが抵抗素子１３の他端と抵抗素子１４（第２の抵抗素子）を介して接続され且つトランジスタ１２のベースに接続され、抵抗素子１３と１４との接続ノードの電位を基準電圧Ｖref２（第２の電圧）として発生するｐｎｐ型のシリコンバイポーラトランジスタ１５（第２のバイポーラトランジスタ）とを備えている。
【００３１】
定電圧源２０は、上記トランジスタ１２、１５のベースの接続ノードと接地電位ＶＥＥ間に接続された抵抗素子２１（第４の抵抗素子）である。
【００３２】
比較回路３０は、ベースが電圧発生回路１０のバイポーラトランジスタ１２のエミッタ（Ｖref１）に接続され、一端が接地電位ＶＥＥに接続された定電流源３１の他端にエミッタに接続されたバイポーラトランジスタ３２と、ベースが電圧発生回路１０の抵抗素子１３と抵抗素子１４との接続ノード（Ｖref２）に接続され、エミッタが定電流源３１に接続されたバイポーラトランジスタ３３と、ベース及びコレクタがトランジスタ３２のコレクタに接続され、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続されたバイポーラトランジスタ３４と、ベースがトランジスタ３４のベースに接続され、コレクタがトランジスタ３２のコレクタに接続され、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続されたバイポーラトランジスタ３５とを備えた差動増幅器である。そして、トランジスタ３２のコレクタとトランジスタ３２のコレクタとの接続ノードが比較回路３０の出力端子となっている。
【００３３】
カレントミラー回路４０は、ゲートが共通に比較回路３０の出力端子に接続され、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続され、コレクタがそれぞれ電流出力端子となるバイポーラトランジスタ４１、４２、４３を有している。トランジスタ４２のコレクタはトランジスタ１２のエミッタに接続されており、トランジスタ４３のコレクタは抵抗素子１３と抵抗素子１４との接続ノードに接続されている。
【００３４】
そして、トランジスタ４１のコレクタがこの基準電圧発生回路の一定電流Ｉconstを出力する電流出力端子となり、ここに任意の抵抗値を有する抵抗素子５０が接続されて、一定の基準電圧Ｖconstが出力される。
【００３５】
上記構成の電流出力型の基準電圧発生回路は、トランジスタ１２、１５が流す電流を比較回路３０により比較している。そしてこの比較結果がカレントミラー回路４０を構成するトランジスタのベース電流となる。このベース電流に応じた出力電流が、それぞれトランジスタ１２、１５に返されるために、基準電圧Ｖref１とＶref２とが等しくなるように制御される。また、基準電圧発生用トランジスタ１２、１５のベースには抵抗素子２１が接続されている。この抵抗素子２１には定電流Ｉが常時流れるため、この抵抗素子２１（抵抗値Ｒ）での電圧降下はＩＲ一定である。そのためこの抵抗素子２１は定電圧源と見なすことが出来る。基準電圧発生用トランジスタ１２のベースにこの定電圧源２０が接続されているため、比較回路３０のＶref１入力端子であるトランジスタ３２のベースには、トランジスタ１２のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ＋ＩＲの電位が入力される。すなわち、トランジスタ１２とトランジスタ３２を駆動させるのに必要なベース・エミッタ間電圧ＶＢＥはほぼ同様であり、またトランジスタ３２のベースにはＶＢＥ＋ＩＲの電圧が印加されるため、確実にトランジスタ３２を駆動させることが出来る。また、トランジスタ３２のベース電位は、抵抗素子２１の抵抗値により任意に設定できるため、トランジスタ３２が駆動するためのバイアス電圧を必要最小限且つ確実に確保できるため、基準電圧発生回路の低電圧動作が可能となる。
【００３６】
更に、電流出力型の基準電圧発生回路であるため、抵抗素子５０の抵抗値を変えることにより所望の値の電圧を取り出せることができ、非常に汎用性の高い基準電圧源を構成できる。
【００３７】
次に本実施形態の変形例に係る基準電圧発生回路について図３を用いて説明する。図３は基準電圧発生回路の回路図である。
【００３８】
本変形例に掛かる基準電圧発生回路は、図１で説明した基準電圧発生回路において、定電圧源２０を、トランジスタ１２、１５のベースにドレインを接続され、ゲートが比較回路３０の基準電圧Ｖref１の入力端子に接続されたエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ２２と、このＭＯＳトランジスタ２２のソースと接地電位ＶＳＳ間に接続された抵抗素子２１（第４の抵抗素子）とにより構成している。
【００３９】
また、比較回路３０は、上記実施形態における比較回路３０のバイポーラトランジスタ３２乃至３５を、エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ３６乃至３９に置き換えた差動増幅器である。
【００４０】
カレントミラー回路４０も、上記実施形態におけるカレントミラー回路のバイポーラトランジスタ４１乃至４３を、エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ４４乃至４６に置き換えたものである。
【００４１】
そして、ＭＯＳトランジスタ４４のドレインが一定電流Ｉconstを出力する電流出力端子となり、ここに任意の抵抗値を有する抵抗素子５０が接続されて、一定の基準電圧Ｖconstが出力される。
【００４２】
上記構成の電流出力型の基準電圧発生回路は、定電圧源を、ドレインがトランジスタ１２、１５のベースに接続され、ゲートが比較回路３０の基準電圧Ｖref１の入力端子に接続されたＭＯＳトランジスタ２２と、このＭＯＳトランジスタ２２のソースと接地電位ＶＳＳ間に接続された抵抗素子２１とにより構成している。まず、抵抗素子２１では、第１の実施形態同様に定電流が流れるためにＩＲ一定の電圧降下が生じる。そのため比較回路３０の基準電圧Ｖref１入力端子に発生する電位を、トランジスタ１２のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥまたは、ＭＯＳトランジスタ２２のゲート・ソース間電圧ＶＧＳのいずれか高い方にＩＲを加算した電位となる。通常、バイポーラトランジスタのＶＢＥよりもＭＯＳトランジスタのＶＧＳの方が高いことが通常であるため、比較回路３０の基準電圧Ｖref１入力端子に発生する電位は、ＶＧＳ＋ＩＲである。すなわち、比較回路３０をバイポーラトランジスタではなくＭＯＳトランジスタにより構成した場合においても、そのＭＯＳトランジスタを駆動させるためのバイアス電圧を必要最小限且つ確実に確保できるため、基準電圧発生回路の低電圧動作を可能とできる。
【００４３】
また、上記実施形態及びその変形例で説明した基準電圧発生回路及び基準電圧発生回路を構成する各回路の構成は上記構成に限られるものではなく、例えば電圧発生回路をバイポーラトランジスタではなく、同様の効果の得られるダイオード等により構成してもかまわない。
【００４４】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態における実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回路内部に電圧源を設けることにより低電圧駆動を可能としつつ、出力電圧を任意に設定できる基準電圧発生回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基準電圧発生回路のブロック図。
【図２】この発明の一実施形態に係る基準電圧発生回路の回路図。
【図３】この発明の一実施形態の変形例に係る基準電圧発生回路の回路図。
【図４】従来の電圧出力型の基準電圧発生回路の回路図。
【図５】従来の電流出力型の基準電圧発生回路の回路図。
【符号の説明】
１０、１００…電圧発生回路
１１〜１４、２１、５０、１２０、１４０〜１７０、５００…抵抗素子
１２、１５、３２〜３５、４１〜４３、１１０、１３０…バイポーラトランジスタ
２０…電圧源
２２、３６〜３９、４４〜４６、３２０〜３５０、４１０〜４５０、６００…ＭＯＳトランジスタ
３０、３００…比較回路
３１、３１０…定電流源
４０、４００…カレントミラー回路
【図１】
0004119076.tif 000002
【図２】
0004119076.tif 000003
【図３】
0004119076.tif 000004
【図４】
0004119076.tif 000005
【図５】
0004119076.tif 000006