KR100330094B1 - Bias circuit using band gap reference - Google Patents
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Abstract
Description
이 발명은 바이어스 회로(Bias Circuit)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 밴드갭 레퍼런스(BGR : BandGap Reference)를 이용하여 온도 및 공정조건에 관계없이 일정한 전류 및 전압을 공급하는 바이어스 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a bias circuit, and more particularly, to a bias circuit for supplying a constant current and voltage regardless of temperature and process conditions using a bandgap reference (BGR).
특히, 이 발명은 씨모스(CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor)공정에 의해 집적되어 하나의 칩으로 제작되는 바이어스 회로에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a bias circuit which is integrated by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process and manufactured into one chip.
통상, 씨모스 집적회로(CMOS VLSI : CMOS Very Large-Scale Integratedcircuit)로 제작되는 바이어스 회로에는 온도에 대한 안정성으로 인하여 밴드갭 레퍼런스 기법이 적용된다.Typically, a bandgap reference technique is applied to a bias circuit fabricated with CMOS VLSI (CMOS Very Large-Scale Integrated circuit) due to temperature stability.
또한, 밴드갭 레퍼런스 기법이 적용된 바이어스 회로는 저항으로 된 바이어스 회로에 비해 외부 공급전원에 대한 독립성(independency)을 가지며, 씨모스 공정으로 제작하기가 용이하다. 저항을 씨모스 공정으로 제작함에 있어, 일정 이하의 오차값을 가지도록 제작하는 것은 무척 어려운 일이기 때문이다.In addition, the bias circuit using the bandgap reference technique has an independency with respect to the external power supply as compared to the bias circuit with the resistor, and is easy to manufacture by CMOS process. This is because it is very difficult to fabricate the resistor in a CMOS process to have a certain error value.
참고로, 밴드갭 레퍼런스 기법에 관하여 "A Precision Curvature-compensated CMOS Bandgap Reference"(IEEE J. Solid-State Circuits, vol.sc-18, no.6, pp634∼643, DEC.1988)에 개시된 바 있다.For reference, a bandgap reference technique has been disclosed in "A Precision Curvature-compensated CMOS Bandgap Reference" (IEEE J. Solid-State Circuits, vol.sc-18, no.6, pp634-643, DEC.1988). .
상기 "A Precision Curvature-compensated CMOS Bandgap Reference"에 따르면, 온도 드리프트(temperature drift)가 통상의 온도조건에서 13.1∼25.6 ppm/℃ 정도 보장된다. 이는 이론적으로 얻을 수 있는 10 ppm/℃에 근접하는 것으로 온도 특성이 우수함을 알 수 있다.According to the "A Precision Curvature-compensated CMOS Bandgap Reference", temperature drift is guaranteed at about 13.1 to 25.6 ppm / ° C under normal temperature conditions. This is close to the 10 ppm / ℃ that can be theoretically obtained it can be seen that the excellent temperature characteristics.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로에 대해 설명한다.Hereinafter, a bias circuit using a general bandgap reference will be described with reference to the accompanying drawings.
제1도는 일반적인 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로의 상세 회로도이다.1 is a detailed circuit diagram of a bias circuit using a general bandgap reference.
제1도를 참조하면, 5개의 수직라인(a1∼a5)의 상단에는 외부전압(VCC)이 인가된다.Referring to FIG. 1, an external voltage VCC is applied to the upper ends of five vertical lines a1 to a5.
제1수직라인(a1)에는 콘덴서(C) 및 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)가 차례로 연결된다. 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)의 게이트단은 제1수직라인(a1)에 연결되고 드레인단은 제3수직라인(a3)의 전류원에 연결된다. 상기 전계효과 트랜지스터(FET2)의 게이트단은 제2수직라인(a2)의 전류원에 연결된다.The capacitor C and the field effect transistors FET1 and FET2 are sequentially connected to the first vertical line a1. The gate terminal of the field effect transistor FET1 is connected to the first vertical line a1 and the drain terminal is connected to the current source of the third vertical line a3. The gate terminal of the field effect transistor FET2 is connected to the current source of the second vertical line a2.
제2수직라인(a2)과 제3수직라인(a3)에는 각소자의 베이스단과 컬렉터단이 외부전원(VCC)에 공통으로 접속된 두 트랜지스터(Q1, Q0)가 각각 연결된다. 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터단에는 저항(Ra) 및 복수의 전류원이 직렬로 연결되고, 상기 트랜지스터(Q0)의 에미터단에는 복수의 전류원이 직렬로 연결된다.Two transistors Q1 and Q0 are connected to the second vertical line a2 and the third vertical line a3 in which the base end and the collector end of each device are commonly connected to the external power supply VCC. A resistor Ra and a plurality of current sources are connected in series to the emitter terminal of the transistor Q1, and a plurality of current sources are connected in series to the emitter terminal of the transistor Q0.
제4수직라인(a4)에는 베이스단과 컬렉터단이 외부전원(VCC)에 공통으로 접속된 트랜지스터(Q2)가 연결되며, 상기 트랜지스터(Q2)의 에미터단에는 저항(Rb) 및 복수의 전류원이 차례로 연결된다.The fourth vertical line a4 is connected to a transistor Q2 having a base terminal and a collector terminal connected to an external power supply VCC in common, and an emitter terminal of the transistor Q2 has a resistor Rb and a plurality of current sources in sequence. Connected.
상기 저항(Rb)의 후단을 통해 전압(Vband)이 외부에 제공되고, 상기 저항(Rb)의 후단에는 연산증폭기(OP)의 비반전입력단이 연결된다.The voltage Vband is provided to the outside through the rear end of the resistor Rb, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to the rear end of the resistor Rb.
제2수직라인(a2)과 제4수직라인(a4)의 두 트랜지스터(Q1, Q2)는 서로 동일한 것이다.The two transistors Q1 and Q2 of the second vertical line a2 and the fourth vertical line a4 are the same.
제5수직라인(a5)에는 저항(Rc) 및 전계효과 트랜지스터(FET3)가 차례로 연결되며, 상기 저항(Rc)의 후단에는 연산증폭기(OP)의 반전입력단이 연결된다. 상기 전계효와 트랜지스터(FET3)의 드레인단을 통해 전류(Isource)가 외부에 제공된다. 상기 연산증폭기(OP)의 출력단은 전계효과 트랜지스터(FET3)의 게이트단과 연결된다.A resistor Rc and a field effect transistor FET3 are sequentially connected to the fifth vertical line a5, and an inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to a rear end of the resistor Rc. The current Isource is provided to the outside through the field effect and the drain terminal of the transistor FET3. The output terminal of the operational amplifier OP is connected to the gate terminal of the field effect transistor FET3.
제1수직라인(a1)의 콘덴서(C)와 두개의 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)는스타트 회로(1)를 구성하며, 제2∼제4수직라인(a2∼a4)의 하단부에 연결된 전류원들은 전류소스부(2)를 구성한다.The capacitor C of the first vertical line a1 and the two field effect transistors FET1 and FET2 constitute a start circuit 1 and are a current source connected to the lower ends of the second to fourth vertical lines a2 to a4. These constitute the current source section 2.
다음으로, 상기와 같이 구성된 바이어스 회로의 동작을 설명한다.Next, the operation of the bias circuit configured as described above will be described.
스타트 회로(1)는 콘덴서(C)에 의해 외부전압(VCC)이 과도하게 인가되는 것을 방지하며, 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)에 의해 제2수직라인(a2)과 제3수직라인(a3)의 전류원이 구동되도록 한다.The start circuit 1 prevents the external voltage VCC from being excessively applied by the capacitor C, and the second vertical line a2 and the third vertical line a3 by the field effect transistors FET1 and FET2. Allow the current source to be driven.
제2수직라인(a2)과 제4수직라인(a4)의 두 트랜지스터(Q1, Q2)는 전류미러(current mirror)로 동작하며, 각 트랜지스터(Q1, Q2)의 컬렉터단을 통해 흐르는 전류(I0, I1)는 동일하다.The two transistors Q1 and Q2 of the second vertical line a2 and the fourth vertical line a4 operate as current mirrors, and the current I0 flowing through the collector terminals of the transistors Q1 and Q2. , I1) are the same.
또한, 두 저항(Ra, Rb)의 저항값의 비는 상수로써 설계되므로, 상기 저항값의 비가 일정하기만 하면 저항(Rb) 후단의 외부에 제공되는 전압(Vband)은 일정하다. 즉, 온도변화에 대해서는 두 저항(Ra, Rb)의 저항값이 각각 일정한 비율로 변하기 때문에 전압(Vband)은 항상 일정한 값을 가지게 된다.In addition, since the ratio of the resistance values of the two resistors Ra and Rb is designed as a constant, the voltage Vband provided to the outside of the resistor Rb is constant as long as the ratio of the resistance values is constant. That is, since the resistance values of the two resistors Ra and Rb change with a constant ratio with respect to the temperature change, the voltage Vband always has a constant value.
따라서, 의도하는 전압(Vband)의 값을 얻기 위해서는 회로의 설계시 저항(Ra, Rb)의 비를 적절히 선택하면 된다.Therefore, in order to obtain the value of the intended voltage Vband, the ratio of the resistors Ra and Rb may be appropriately selected when designing the circuit.
제2수직라인(a2)과 제3수직라인(a3)의 두 트랜지스터(Q1, Q0)는 위들러 전류원(Widlar current source)으로 동작한다. 이에 따라, 트랜지스터(Q0)의 컬렉터 전류는 저항(Ra)의 저항값과 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 증폭도에 의해 결정된다.The two transistors Q1 and Q0 of the second vertical line a2 and the third vertical line a3 operate as Widlar current sources. Accordingly, the collector current of the transistor Q0 is determined by the resistance value of the resistor Ra and the amplification degree of the two transistors Q1 and Q2.
제2수직라인(a2)∼제4수직라인(a4)의 하단부에 연결된 전류소스부(2)는 다수의 전류원으로 이루어지며, 외부전압(VCC)의 변화에 따른 각 라인의 전류변화를 상쇄시키기 위한 것이다.The current source unit 2 connected to the lower end of the second vertical line a2 to the fourth vertical line a4 includes a plurality of current sources, and cancels the current change of each line according to the change of the external voltage VCC. It is for.
전압(Vband)은 외부에 제공되는 한편, 연산증폭기(OP)의 비반전입력단에 인가되며, 상기 연산증폭기(OP)와 전계효과 트랜지스터(FET3)는 전압-전류 변환동작을 수행한다.The voltage Vband is provided externally, and is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP. The operational amplifier OP and the field effect transistor FET3 perform a voltage-current conversion operation.
전계효과 트랜지스터(FET3)는 연산증폭기(OP)의 출력전압을 증폭하며, 상기 증폭정도에 따라 저항(Rc) 및 전계효과 트랜지스터(FET3)를 통해 흐르는 전류(I2)의 크기가 결정된다.The field effect transistor FET3 amplifies the output voltage of the operational amplifier OP, and the magnitude of the current I2 flowing through the resistor Rc and the field effect transistor FET3 is determined according to the amplification degree.
상기 전류(I2)는 회로의 설계시 저항(Rc)의 저항값을 적절히 선택함으로써 의도하는 크기를 가질 수 있다. 상기 전류(12)는 외부에 제공된다.The current I2 may have an intended size by appropriately selecting a resistance value of the resistor Rc when designing a circuit. The current 12 is provided externally.
그런데, 위에서 살펴본 일반적인 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로는 온도변화에 따라 저항(Ra) 또는 저항(Rb)의 저항값이 변화하게 되면 각 저항에 흐르는 전류(I0, I1)가 변화하게 되어 외부에 제공되는 전류(I2)가 변화할 수 있다.However, in the bias circuit using the general bandgap reference described above, when the resistance value of the resistor Ra or the resistor Rb is changed according to the temperature change, the currents I0 and I1 flowing to each resistor are changed and provided to the outside. The current I2 to be varied.
또한, 연산증폭기(OP)의 오프셋전압(offset voltage)이 완벽하게 온도에 독립적이지 않기 때문에 온도변화에 따른 전류(I2)의 크기변화가 야기된다.In addition, since the offset voltage of the operational amplifier OP is not completely temperature independent, a change in the magnitude of the current I2 according to the temperature change is caused.
설계한 바이어스 회로를 씨모스 공정으로 제작하는 경우에 저항(Ra, Rb)은 통상의 웰(well) 저항으로 만들어지며, 웰저항을 형성하는 공정에 의해 의도하는 100% 정확도의 저항값을 얻는 것은 불가능하다. 이로 인해, 두 저항(Ra, Rb)의 저항값을 설계된 대로 만들지 못하기 때문에 전류(I2)의 크기변화가 야기되기도 한다.When the designed bias circuit is fabricated by the CMOS process, the resistors Ra and Rb are made of ordinary well resistors, and the process of forming the well resistors yields an intended 100% accurate resistance value. impossible. As a result, since the resistance values of the two resistors Ra and Rb cannot be made as designed, a change in the magnitude of the current I2 may be caused.
그러므로, 이 발명의 목적은 상술한 종래의 기술적 문제점을 해결하기 위한것으로, 공정상의 오차 및 온도변화에 대해 안정되게 전류를 공급할 수 있는 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로를 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a bias circuit using a bandgap reference capable of stably supplying current against a process error and a temperature change in order to solve the above-described technical problem.
이 발명의 또다른 목적은 연산증폭기를 이용하지 않고 전류를 공급함으로써 온도변화에 따른 오프셋전압의 변화를 고려할 필요가 없는 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a bias circuit using a bandgap reference that does not need to consider a change in offset voltage according to a temperature change by supplying a current without using an operational amplifier.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명은,The present invention for achieving the above object,
초기 구동동작을 수행하는 스타트 회로와;A start circuit for performing an initial driving operation;
각각의 베이스단 및 컬렉터단이 외부전압에 공통접속된 두 트랜지스터에 의해 외부전압으로부터 전류를 생성하며, 상기 트랜지스터에 연결된 저항으로 인한 전압강하에 의해 생성되는 전압을 외부에 제공하는 제1전류미러부와;A first current mirror unit configured to generate current from an external voltage by two transistors each of which the base end and the collector end are commonly connected to an external voltage, and to provide an external voltage generated by a voltage drop due to a resistor connected to the transistor; Wow;
상기 제1전류미러부의 하단에 연결되어 외부전압의 변화에 따른 제1전류미러부의 전류변화를 상쇄시키기 위한 전류소스부와;A current source unit connected to a lower end of the first current mirror unit to cancel a current change of the first current mirror unit according to an external voltage change;
두 전계효과 트랜지스터가 두 수직라인에 각각 연결되고, 각각의 게이트만이 서로 접속되도록 하여, 일측 전계효과 트랜지스터를 통해 입력되는 상기 제1전류미러부의 전류의 크기를 변환하여 타측 전계효와 트랜지스터에 전류로 전달하기 위한 제2전류미러부와;Two field effect transistors are connected to each of the two vertical lines, and only the respective gates are connected to each other, thereby converting the magnitude of the current of the first current mirror portion input through one field effect transistor to convert the current to the other field effect and the transistor. A second current mirror unit for transmitting to the camera;
상기 제2전류미러부의 변환된 전류가 흐르는 수직라인과 상기 전류가 전달되는 다른 수직라인 사이에서, 상기 제2전류미러부에 의해 전달된 전류를 전류변환 없이 다른 수직라인으로 전달하기 위한 제3전류미러부와;Between the vertical line through which the converted current of the second current mirror portion flows and the other vertical line through which the current is transmitted, a third current for transferring the current transmitted by the second current mirror unit to another vertical line without current conversion. A mirror portion;
상기 제3전류미러부의 전달된 전류가 흐르는 수직라인과 출력전류가 흐르는수직라인 사이에서, 제3전류미러부의 전달된 전류를 전류변환 없이 출력전류가 흐르는 수직라인에 전달하여 외부에 제공하기 위한 제4전류미러부로 이루어진다.Between the vertical line through which the current transmitted through the third current mirror portion flows and the vertical line through which the output current flows, the third current mirror portion transfers the transferred current to the vertical line through which the output current flows without current conversion and provides it to the outside. It consists of four current mirror parts.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로의 상세 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram of a bias circuit using a bandgap reference according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제2도를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 바이어스 회로의 구성을 설명한다.First, the configuration of the bias circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
제2도를 참조하면, 스타트 회로(1)와 전류소스부(2)는 제1도의 구성과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 2, since the start circuit 1 and the current source unit 2 are the same as those of FIG. 1, description thereof will be omitted.
제2수직라인(b2)∼제4수직라인(b4)에는 각각의 베이스단과 컬렉터단이 외부전압(VCC)에 공통접속된 트랜지스터(Q1, Q0, Q2)가 각각 연결된다. 상기 트랜지스터(Q1, Q2)는 서로 동일한 것이다. 트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터단에는 저항(Ra, Rb)이 각각 연결된다. 상기 트랜지스터(Q1, Q0, Q2) 및 저항(Ra, Rb)은 제1전류미러부(3)를 구성한다.Transistors Q1, Q0, and Q2 having their respective base and collector terminals commonly connected to the external voltage VCC are connected to the second vertical line b2 to the fourth vertical line b4. The transistors Q1 and Q2 are identical to each other. The resistors Ra and Rb are connected to emitter terminals of the transistors Q1 and Q2, respectively. The transistors Q1, Q0 and Q2 and the resistors Ra and Rb constitute the first current mirror unit 3.
제4수직라인(b4)의 저항(Rb) 후단의 전압(Vband)은 외부에 제공된다.The voltage Vband after the resistor Rb of the fourth vertical line b4 is provided to the outside.
제5수직라인(b5)에는 베이스단과 컬렉터단이 외부전압(VCC)에 공통접속된 트랜지스터(Q3)가 연결되는데, 상기 트랜지스터(Q3)는 트랜지스터(Q2)와 동일한 것으로 제4수직라인(b4)과의 대칭성을 유지하기 위한 것이다.A transistor Q3 having a base terminal and a collector terminal commonly connected to an external voltage VCC is connected to the fifth vertical line b5, and the transistor Q3 is the same as the transistor Q2, and thus the fourth vertical line b4. This is to maintain the symmetry with.
제4수직라인(b4)의 저항(Rb) 후단과 제5수직라인(b5)의 트랜지스터(Q3) 에미터단에는 두 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)가 소스단 및 드레인단 순으로 각각 연결된다. 각 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)의 게이트단은 서로 접속되며, 상기 전계효과 트랜지스터(MP1)의 게이트단과 드레인단은 서로 연결된다. 상기 두 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)는 제2전류미러부(4)를 구성한다.The two field effect transistors MP1 and MP2 are connected in the order of the source terminal and the drain terminal to the rear end of the resistor Rb of the fourth vertical line b4 and the emitter terminal of the transistor Q3 of the fifth vertical line b5. The gate terminal of each of the field effect transistors MP1 and MP2 is connected to each other, and the gate terminal and the drain terminal of the field effect transistor MP1 are connected to each other. The two field effect transistors MP1 and MP2 constitute a second current mirror unit 4.
제5수직라인(b5)의 전계효과 트랜지스터(MP2)의 드레인단에는 두 전계효과 트랜지스터(FET8, FET9)가 드레인단 및 소스단 순으로 각각 연결되며, 각 전계효과 트랜지스터(FET8, FET9)의 게이트단과 드레인단은 서로 연결된다. 상기 전계효과 트랜지스터(FET8, FET9)의 게이트단과 각각의 게이트단이 서로 연결되는 전계효과 트랜지스터(FET10, FET11)는 제6수직라인(b6)에 드레인단 및 소스단 순으로 연결된다. 게이트단이 서로 연결된 전계효과 트랜지스터(FET8, FET10)와 전계효과 트랜지스터(FET9, FET11)는 대응하는 것끼리 동일한 것이다. 이것은 전류미러의 기본 속성이다. 상기 네개의 전계효과 트랜지스터(FET8∼FET11)는 제3전류미러부(5)를 구성한다.Two field effect transistors FET8 and FET9 are connected to the drain terminal of the field effect transistor MP2 of the fifth vertical line b5 in the order of the drain terminal and the source terminal, respectively, and the gates of the respective field effect transistors FET8 and FET9. The stage and the drain stage are connected to each other. The field effect transistors FET10 and FET11, in which the gate ends of the field effect transistors FET8 and FET9 are connected to each other, are connected to the sixth vertical line b6 in the order of drain and source. The field effect transistors FET8, FET10 and the field effect transistors FET9, FET11, whose gate ends are connected to each other, are the same. This is the basic property of the current mirror. The four field effect transistors FET8 to FET11 constitute a third current mirror portion 5.
한편, 제6수직라인(b6)의 외부전압(VCC)에는 두 전계효과 트랜지스터(FET4, FET5)가 소스단 및 드레인단 순으로 연결되며, 각 전계효과 트랜지스터(FET8, FET9)의 게이트단과 드레인단은 서로 연결된다. 또한, 상기 전계효과 트랜지스터(FET4, FET5)의 게이트단과 각각의 게이트단이 서로 연결되는 전계효과 트랜지스터(FET6, FET7)는 제7수직라인(b7)에 드레인단 및 소스단 순으로 연결된다. 게이트단이 서로 연결된 전계효과 트랜지스터(FET4, FET6)와 전계효과 트랜지스터(FET5, FET7)는 대응하는 것끼리 동일한 것이다. 위에 설명하였듯이, 이것은 전류미러의 기본 속성이다. 상기 네개의 전계효과 트랜지스터(FET4∼FET7)는 제4전류미러부(6)를 구성한다.On the other hand, two field effect transistors FET4 and FET5 are connected to the external voltage VCC of the sixth vertical line b6 in the order of the source terminal and the drain terminal, and gate and drain terminals of the respective field effect transistors FET8 and FET9. Are connected to each other. In addition, the field effect transistors FET6 and FET7 having the gate ends of the field effect transistors FET4 and FET5 connected to each other are connected to the seventh vertical line b7 in the order of drain and source. The field effect transistors FET4 and FET6 and the field effect transistors FET5 and FET7 having their gate ends connected to each other are the same. As explained above, this is the basic property of the current mirror. The four field effect transistors FET4 to FET7 constitute a fourth current mirror portion 6.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 이 발명의 실시예에 따른 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로의 동작을 설명한다.Next, the operation of the bias circuit using the bandgap reference according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
제1전류미러부(3)의 트랜지스터(Q1)는 외부전압(VCC)을 전류(I0)로 변환하며, 상기 전류(10)는 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 전류미러 동작에 의해 트랜지스터(Q2)의 에미터단에 흐르는 전류(I1)로 나타난다. 즉, 두 전류(I0, I1)의 크기는 동일하다.The transistor Q1 of the first current mirror unit 3 converts the external voltage VCC into the current I0, and the current 10 is transistor Q2 by the current mirror operation of the two transistors Q1 and Q2. It is represented by the current I1 flowing in the emitter stage of That is, the magnitudes of the two currents I0 and I1 are the same.
트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류(I0)를 수식으로 표현하면,When the current I0 flowing through the transistor Q1 is expressed by a formula,
I0 = (1/Ra)×Vt×1n(n)으로 표현된다.I0 = (1 / Ra) x Vt x 1n (n).
위 식에서 Vt는 트랜지스터(Q1)의 문턱전압(threshold voltage)의 값이다.In the above formula, Vt is the value of the threshold voltage of the transistor Q1.
제4수직라인(b4)의 저항(Rb)후단에서는 외부에 제공되는 전압(Vband)이 생성되며, 상기 전압(Vband)은 외부전압(VCC)에서 저항(Rb)에 의한 전압강하분을 뺀 전압이다.After the resistor Rb of the fourth vertical line b4, a voltage Vband provided to the outside is generated, and the voltage Vband is a voltage obtained by subtracting the voltage drop by the resistor Rb from the external voltage VCC. to be.
제4수직라인(b4)의 전류(I1)는 전계효과 트랜지스터(MP1)를 통해 흐르며, 상기 전류(I1)는 전계효과 트랜지스터(MP2)에 의해 전류변환되어 전류(I2)로서 제5수직라인(b5)에 전달된다.The current I1 of the fourth vertical line b4 flows through the field effect transistor MP1, and the current I1 is current-converted by the field effect transistor MP2 to form a fifth vertical line (I2). b5).
이때, 전계효과 트랜지스터(MP1)의 게이트-소스간 전압(Vgs1)은At this time, the gate-source voltage Vgs1 of the field effect transistor MP1 is
으로 표현된다. It is expressed as
위 식에서 Vth1은 전제효과 트랜지스터(MP1)의 문턱전압이고, S1은 전계효과트랜지스터(MP1)의 크기이며, K1은 상수이다.In the above formula, Vth1 is the threshold voltage of the preconditioning transistor MP1, S1 is the magnitude of the field effect transistor MP1, and K1 is a constant.
전계효과 트랜지스터(MP2)의 게이트-소스간 전압(Vgs2)은The gate-source voltage Vgs2 of the field effect transistor MP2 is
Vgs2 = Vgs1 + (VCC-Vband) 로 표현된다.It is expressed as Vgs2 = Vgs1 + (VCC-Vband).
상기 게이트-소스간 전압(Vgs2)은 전계효과 트랜지스터(MP2)에 흐르는 전류(I2)의 크기를 결정하며, 상기 전류(I2)는 출력단에서 제공되는 전류(Isource)와 동일한 크기를 갖는다. 따라서, 두 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)에 의해 바이어스 회로에서 외부로 제공되는 전류(Isource)가 실질적으로 결정된다.The gate-source voltage Vgs2 determines the magnitude of the current I2 flowing through the field effect transistor MP2, and the current I2 has the same magnitude as the current Isource provided at the output terminal. Thus, the current Isource provided to the outside from the bias circuit by the two field effect transistors MP1 and MP2 is substantially determined.
제5수직라인(b5)의 트랜지스터(Q3)는 제4수직라인(b4)과의 대칭성을 유지하기 위한 것으로, 트랜지스터(Q3)와 트랜지스터(Q2)는 동일한 것이다.Transistor Q3 of fifth vertical line b5 is for maintaining symmetry with fourth vertical line b4, and transistor Q3 and transistor Q2 are identical.
한편, 제2전류미러부(4)의 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)에 의해 결정되는 전류변화비율(△I2/△I1)은 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2) 각각의 크기(S1, S2)비와 제4수직라인(b4)에 흐르는 전류(I1)에 달려있다.On the other hand, the current change ratio ΔI2 / ΔI1 determined by the field effect transistors MP1 and MP2 of the second current mirror unit 4 has the magnitudes S1 and S2 of the respective field effect transistors MP1 and MP2. It depends on the ratio and the current I1 flowing in the fourth vertical line b4.
따라서, 상기 각 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)의 크기(S1, S2)를 결정함으로써 전류변화비율을 선택할 수 있다. 이것은 회로의 설계시 요구되는 출력 전류(Isource)의 크기를 감안하여 선택된다.Therefore, the current change ratio can be selected by determining the sizes S1 and S2 of the field effect transistors MP1 and MP2. This is chosen in consideration of the magnitude of the output current Isource required in the design of the circuit.
제5수직라인(b5)에 흐르는 전류(I2)는The current I2 flowing in the fifth vertical line b5 is
· S2 (Vgs2-Vth2)2이고 Vgs=Vgs1+I1 · Rb를 대입하면, S2 (Vgs2-Vth2) 2 and Vgs = Vgs1 + I1 Substituting Rb,
· [(Vgs1+I1Rb)-Vth2]2으로 표현된다. It is represented by [(Vgs1 + I1Rb) -Vth2] 2 .
전류(I1)의 변화에 대한 전류(I2)의 변화는The change in current I2 with respect to the change in current I1 is
으로 표현되며, 여기서 α와 β는 상수이고, Where α and β are constants,
S1과 S2는 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)의 크기이다.S1 and S2 are the magnitudes of the field effect transistors MP1 and MP2.
회로의 설계시, 상기 식에서이 만족되도록 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)의 크기(S1, S2)를 결정한다.In the design of the circuit, The sizes S1 and S2 of the field effect transistors MP1 and MP2 are determined so as to be satisfied.
두 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)에 의해 크기가 변환된 제5수직라인(b5)의 전류(I2)는 제3전류미러부(5)의 전계효과 트랜지스터(FET8, FET9)와 전계효과 트랜지스터(FET10, FET11)간의 전류미러 동작에 의해 크기의 변환없이 제6수직라인(b6)에 전달된다.The current I2 of the fifth vertical line b5 whose magnitude is converted by the two field effect transistors MP1 and MP2 is formed by the field effect transistors FET8 and FET9 of the third current mirror unit 5 and the field effect transistors ( The current mirror operation between the FETs 10 and FET 11 is transmitted to the sixth vertical line b6 without changing the size.
또한, 상기 제6수직라인(b6)의 전류는 제4전류미러부(6)의 전계효과 트랜지스터(FET4, FET5)와 전계효과 트랜지스터(FET6, FET7)간의 전류미러 동작에 의해 크기의 변환없이 제7수직라인(b7)에 전달되며, 상기 제7수직라인(b7)에 전달된 전류(Isource)는 외부에 제공된다.In addition, the current of the sixth vertical line b6 is set without changing the size by the current mirror operation between the field effect transistors FET4 and FET5 of the fourth current mirror unit 6 and the field effect transistors FET6 and FET7. The seventh vertical line b7 is transmitted, and the current Isource delivered to the seventh vertical line b7 is provided to the outside.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 이 발명의 실시예에 따른 바이어스 회로는 연산증폭기를 생략할 수 있기 때문에 회로의 집적도를 향상시키며, 온도변화에 따른 연산증폭기의 오프셋전압의 변화를 고려할 필요가 없다.As described above, in the embodiment of the present invention, since the bias circuit according to the embodiment of the present invention can omit the operational amplifier, it is necessary to improve the integration of the circuit and to consider the variation of the offset voltage of the operational amplifier according to the temperature change. There is no.
또한, 이 발명의 실시예에 따른 바이어스 회로는 두 전계효과 트랜지스터(MP1, MP2)의 크기비에 따라 출력전류(I2)의 크기를 결정하기 때문에, 웰저항 형성공정의 오차를 감소시키고, 온도변화에 따른 전류(I1)의 크기 변화에 무관하게 출력전류(I2)를 제공할 수 있다.In addition, since the bias circuit according to the embodiment of the present invention determines the size of the output current I2 according to the size ratio of the two field effect transistors MP1 and MP2, the error of the well resistance forming process is reduced and the temperature change is made. The output current I2 may be provided regardless of the change in the magnitude of the current I1.
제1도는 일반적인 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로의 상세 회로도이고,1 is a detailed circuit diagram of a bias circuit using a general bandgap reference.
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 밴드갭 레퍼런스를 이용한 바이어스 회로의 상세 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram of a bias circuit using a bandgap reference according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 스타트 회로 2 : 전류소스부 3 : 제1전류미러부DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Start circuit 2 Current source part 3 First current mirror part
4 : 제2전류미러부 5 : 제3전류미러부 6 : 제4전류미러부4: second current mirror portion 5: third current mirror portion 6: fourth current mirror portion
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KR1019950012246A KR100330094B1 (en) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | Bias circuit using band gap reference |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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