(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
明確に定義された温度係数を有する少なくとも１つの入力電流から任意の温度係数を有する電流を発生させることにより温度依存電流を発生する方法であって、発生される電流は、発生される電流を電流ドメインにおいて温度依存電圧および温度依存抵抗値から取り出すことにより、かつ、線形動作または非線形動作を使用することにより発生され、入力電流Ｉpおよび入力電流Ｉnがそれぞれ要素ａおよびｂにより乗算され、２つの乗算された電流を加算することによって出力電流Ｉ1が発生されることを特徴とする前記方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、単一象限トランスリニア・スクエアラ／デバイダによって出力電流Ｉn1が発生されることを特徴とする前記方法。
【請求項３】
明確に定義された温度係数を有する少なくとも１つの入力電流から任意の温度係数を有する電流を発生させる手段を含む温度依存電流を発生する装置であって、発生される電流は、発生される電流を電流ドメインにおいて温度依存電圧および温度依存抵抗値から取り出すことにより、かつ、線形動作または非線形動作を使用することにより発生され、入力電流Ｉpおよび入力電流Ｉnがそれぞれ要素ａおよびｂ（１、２）により乗算されるように提供され、２つの乗算された電流を加算することによって出力電流Ｉ1（３）が提供される前記装置。
【請求項４】
請求項３の装置であって、入力電流Ｉpおよび入力電流Ｉnが単一象限トランスリニア・スクエアラ／デバイダに供給されことを特徴とする前記装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば、レーザードライバの使用に関連して非常に大きい温度係数が必要とされる場合に、温度依存した電流を発生させるための方法および装置に関する。
発明の背景
温度に関連する基準発生のほとんどは、電圧ドメインで行われている。これは、基準電流よりも基準電圧を発生させる場合が多いということを意味する。これについては、例えば、１９８７年、ホルツ、ラインハートおよびウインストン社発行のＰ．アレンおよびＤ．ホルバーグ著の「ＣＭＯＳアナログ回路設計」を参照されたい。レーザーダイオードの駆動のようないくつかの用途では、電圧よりもむしろ電流が必要とされる。電圧基準を発生させて、その後、抵抗体を通すことで電流を取り出すことはできるが、温度依存抵抗値が抵抗体の温度依存性に対処するための基準電圧発生を比較的複雑なものとする。
ＰＣＴ：ＷＯ９５／２２０９３で発行された国際出願には、制御された温度依存性を有する１つの基準回路が開示および図示されており、ここにおいて、出力基準電流を作り出すための基準回路は、任意の予め定められた温度依存性を有している。異なる温度係数を有する数個の電流を加えることにより、所望の温度依存性を有する電流が実現できる。制御された温度依存性を有する電流を発生させる発明が集積された形で開示されているが、中心となるアイデアは、制御されたゲートソース電圧を発生させることにあり、それを用いて制御された温度依存性を有するドレイン電流が生成されるようになっている。従って、動作原理は、まず電圧を生成し、その後、最終段階でその電圧を電流に変換することである。
発明の概要
代替策の一例としての本発明では、基準は、電流ドメインで設計されており、そこにおける動作原理は、上で引用した従来技術の動作原理の逆になっている。これは、明確に定義された電圧から電流が生成され、すなわち、まず電流が取り出されて、次にそれらが操作されるからである。電流の温度依存性は既知であり、電流は、予め定められた温度係数を有する電流を生成するように、線形および／または非線形の操作によって処理される。本発明の特徴は、電圧ドメインよりも電流ドメインでのほうが、より直接的なスケーリングおよび加算（減算）がずっと容易かつ簡単であり、またベース・エミッタ電圧とコレクタ電流との間の対数的な関係のために、電流は、バイポーラトランジスタのための電圧の拡張であるという意味において、より堅牢すなわち操作のための余地が大きいと要約することができる。電圧の比較的小さいエラーが電流の大きなエラーをもたらし、また電流の比較的大きなエラーが対数的な関係のお陰でむしろ小さい電圧エラーをもたらす。
図面の説明
図１は、明確に定義された電流を発生する回路を示す。
図２は、明確に定義された電流を発生する別の回路を示す。
図３は、本発明に従う指定された温度係数を有する電流を発生させるために線形動作で以て行った簡単な実現を示す。
図４は、図３の実現に基づく回路例を示す。
図５は、図４の回路のＨｓｐｉｃｅシミュレーション結果を示す。
図６は、本発明に従う指定された温度係数を有する電流を発生させるために非線形動作で以て行った簡単な実現を示す。
図７は、図６の実現に基づく回路例を示す。
図８は、図７の回路のＨｓｐｉｃｅシミュレーション結果を示す。
好適実施例の詳細な説明
シリコン技術において、明確に定義された電流は、安定化した電圧と抵抗体とを用いることによって取り出すことができる。ベース・エミッタ電圧Ｖbe、熱電圧Ｖt、ゲート・ソース電圧Ｖgsおよびしきい値電圧Ｖthを利用することができる。ＭＯＳトランジスタは、バイポーラトランジスタよりも大きいパラメータの拡がりを有するので、ＶbeおよびＶtを使用するほうがずっと好ましい。自己バイアスＶbeおよびＶt基準の発生については、１９９３年、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社から発行されたＰ．グレイおよびＲ．メイヤー著の「アナログ集積回路の解析および設計」第３版に見い出だすことができる。
図１および図２には、明確に定義された電流を発生させる回路が示されている（スタートアップ回路は示されていない）。
図１において、バイポーラトランジスタＱ０、Ｑ１およびＱ２と抵抗体Ｒ１とは、基本的なウィドラーの電流ミラーを形成している。ＭＯＳトランジスタＭ０が付加されてバイポーラトランジスタのベース電流効果を低減化している。２つの同一のＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２は、電流ミラーを形成して、Ｑ０およびＱ１（Ｑ２も加えて）のコレクタ電流が互いに等しくなるように強制している。ＭＯＳトランジスタＭ３は、電流Ｉpを出力するために用いられている。
図２において、２つの同一のＭＯＳトランジスタＭ４およびＭ５は、電流ミラーを形成して、バイポーラトランジスタＱ３およびＱ４のコレクタ電流が互いに等しくなるように強制している。バイポーラトランジスタＱ４のエミッタ電流は、抵抗体Ｒ２およびその両端の電圧降下によって決定され、その電圧降下は、バイポーラトランジスタＱ３のベース・エミッタ電圧になっている。ＭＯＳトランジスタＭ６は、電流Ｉnを出力するために用いられている。
簡単な計算で次のことが分かる。
0003828938.tif 000002
および
0003828938.tif 000003
ここで、ｎは、トランジスタＱ１（Ｑ２も加えて）とＱ０のエミッタエリア比である。温度係数率は、次のように定義される。
0003828938.tif 000004
および
0003828938.tif 000005
室温では、Ｖbeが約０．７Ｖであると仮定して、Ｖtの温度係数率は、約３３００ｐｐｍ／Ｃであり、Ｖbeの温度係数率は、約−２８００ｐｐｍ／Ｃである。例えば、我々の工場でのプロセスでは、ポリの抵抗体は、−１７００ｐｐｍ／Ｃの温度係数率を有する。Ｉpの温度係数率は、従って約５０００ｐｐｍ／Ｃとなり、Ｉnの温度係数率は、約−１１００ｐｐｍ／Ｃとなる。任意の温度係数を有するようにするためには、何らかの回路配置が必要である。
電流ドメインにおいて、線形動作は、容易に実現できる。Ｉ1＝ａＩp＋ｂＩn（５）であると仮定する。そうすれば、温度係数率は、次式で与えられる。
0003828938.tif 000006
従って、式（６）から、異なる電流値とスケーリング係数とを選ぶことにより、任意の温度係数率を有する電流を実現することが可能であることが分かる。図３にはブロック図が示され、図４にはａ＝４およびｂ＝−１の場合の例が示されている。
図３において、入力電流ＩpおよびＩnには、それぞれ１および２においてａおよびｂの因子が乗ぜられる。３にある出力電流Ｉ１は、これら２つの乗算された電流を加えることで生成される。定数因子の乗算は、電流ミラーの使用によって実現され、電流の加算は、単に電流を互いにつなぐことで行われる。
図４では、バイポーラトランジスタＱ０、Ｑ１およびＱ２、抵抗体Ｒ１、ＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２が図１に対応する電流Ｉpを生成し、またバイポーラトランジスタＱ６およびＱ７、抵抗体Ｒ２、ＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６が図２に対応する電流Ｉnを生成している。ＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４は、ＭＯＳトランジスタＭ１〜４が同一の寸法であると仮定して、乗算因子−２で以て電流Ｉpを出力するために用いられている。バイポーラトランジスタＱ３〜５は、電流ミラーを形成しており、それの出力電流は、バイポーラトランジスタＱ３〜５のエミッタ面積が同一であると仮定して、それの入力電流と比べて逆向きで２倍の大きさになっている。ＭＯＳトランジスタＭ４２は、逆向きの電流Ｉnを出力するために用いられている。このことから、Ｉ1＝４Ｉp−Ｉnとなる。
工場のＢｉＣＭＯＳプロセスのパラメータに基づいて、図４の回路がシミュレートされ、シミュレーション結果が図５に示されている。ＩpとＩnがそれぞれ６４００ｐｐｍ／Ｃおよび−３４０ｐｐｍ／Ｃの温度係数率を有する時、出力電流Ｉ１の温度係数率は、１３０００ｐｐｍ／Ｃになっている。
同じように、温度係数率を変化させるために簡単な非線形動作を利用することもできる。１９９０年、ピーター・ペレグリヌス社から発行されたＣトウマゾウ、Ｆ．Ｊ．リジェイおよびＤ．Ｇ．ハイ著の「アナログＩＣ設計：電流モード方式」に記述されたように、電流ドメインでは、単一象限トランスリニア・スクエアラ／デサイダは、ほんの４個のバイポーラトランジスタしか必要としない。次の式を仮定すると、
0003828938.tif 000007
温度係数率は、次式で与えられる。
0003828938.tif 000008
例えば、式（８）から、簡単な非線形動作を使用することで、温度係数率を変化させることが同じく可能であることが分かる。
図６にはブロック図が示されており、２つの入力電流ＩpおよびＩnに対して非線形動作を使用することによって電流Ｉn1を生成している。その非線形動作は、式（７）で定義されたものでよい。図７には回路が示されており、そこではバイポーラトランジスタＱ０、Ｑ１およびＱ２、抵抗体Ｒ１、ＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２が図１に対応する電流Ｉpを生成しており、またバイポーラトランジスタＱ６およびＱ７、抵抗体Ｒ２、ＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６が図２に対応する電流Ｉnを生成している。ＭＯＳトランジスタＭ３は、電流Ｉpを出力するために用いられており（Ｍ１〜３に対して同じ寸法が仮定されている）、またバイポーラトランジスタＱ５は、電流Ｉnを出力するために用いられている（Ｑ３およびＱ５に対して同じ寸法が仮定されている）。バイポーラトランジスタＱ６〜９は、単一象限トランスリニア・スクエア／デバイダを実現している。
工場のＢｉＣＭＯＳプロセスのパラメータに基づいて、図７の回路がシミュレートされ、そのシミュレーション結果が図８に示されている。ＩpおよびＩnがそれぞれ６３００ｐｐｍ／Ｃおよび−１４３ｐｐｍ／Ｃの温度係数率を有する時、出力電流Ｉn1の温度係数率は、１３５００ｐｐｍ／Ｃとなる。
以上の説明は、数多くの詳細な点や特定の仕様を含む一方で、これらは本発明の単なる一例として理解されるべきであり、限定するものとして解釈されるべきではない。請求の範囲およびその法的等価物によって定義される本発明の精神および展望から外れることなしに、多くの修正が当業者には容易に思いつくものである。
【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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