KR100780771B1

KR100780771B1 - 밴드-갭 기준 전압 발생 장치

Info

Publication number: KR100780771B1
Application number: KR1020060061488A
Authority: KR
Inventors: 김세준; 정춘석
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US20080042737A1; US7570107B2

Abstract

본 발명은 음의 온도계수를 갖는 베이스-이미터 고유전압을 발생하는 고유전압 발생기와, 양의 온도계수를 갖는 열 전압을 발생하는 열전압 발생기와 상기 고유전압과 열 전압을 비교 증폭하여 생성된 제1 전압신호에 응답하여 제1 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제1 기준전류 발생부와; 전원전압의 분배전압과 상기 고유전압을 비교 증폭하여 생성된 제2 전압신호에 응답하여 제2 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제2 기준전류 발생부와; 상기 제1 기준전류 발생부 및 제2 기준전류 발생부의 드라이버와 각각의 전류미러를 형성하여 전류미러를 통한 제3 기준전류와 제4 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하고, 상기 제3 기준전류 및 제4 기준전류를 합하여 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기를 포함하는 기준전압 발생부;를 포함하여 이루어진 밴드 갭 기준 전압 발생 장치에 관한 것이다.

밴드 갭, 기준전압, 전류미러, 비교기

Description

밴드-갭 기준 전압 발생 장치{BAND-GAP REFERENCE VOLTAGE GENERATOR}

도 1 은 종래 기술에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 설명하기 위한 회로도.

도 2 는 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 설명하기 위한 회로도.

도 3 은 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

본 발명은 밴드 갭 기준 전압 발생 장치에 관한 것으로, 특히 저전압에서 사용이 가능하고 기준 전압 조절이 가능한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 밴드 갭 기준 전압 발생 장치는 온도나 외부 전압 변동에도 안정 적으로 일정한 전압을 공급해 주는 장치로 반도체 메모리 장치나 온-다이(On-Die) 온도계의 열 센서 등과 같은 기준 전압을 필요로 하는 모든 어플리케이션 장치에 사용된다.

이러한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치는 바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속으로 하여 항상 일정한 다이오드 전압이 인가되도록 하는 베이스-이미터 고유전압(V_BE) 발생기와, 두 바이폴라 트랜지스터의 V_BE 차를 생성하여 KT(K=볼츠만 상수, T=절대 온도)에 비례하는 전압을 발생하는 열 전압(V_T) 발생기를 합하여 기준전압(V_REF) = V_BE + KV_T 을 발생시켜 온도 계수를 극소화한다.

여기서, 고유전압(V_BE) 발생기는 -1.8mV/℃의 음의 온도 계수를 갖고, 열 전압(V_T) 발생기는 0.082mV/℃의 양의 온도 계수를 갖는다.

따라서, 고유전압 발생기와 열 전압 발생기는 서로 상반되는 온도계수를 갖고 있어 온도의 변화에 대해 기준전압이 변하지 않는 절대온도 값을 찾아 기준 전압(V_REF) 값을 계산하면 약 1.25V의 값을 갖는다. 이러한 기준전압 값이 실리콘(Si)의 밴드-갭 전압과 거의 일치한다고 하여 이 장치의 이름을 밴드 갭 기준 전압 발생 장치라 부른다.

도 1 은 종래 기술에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 설명하기 위한 회로도이다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생 장치는 음의 온 도 계수 즉 -1.8mV/℃의 온도 계수를 갖는 V_BE 기준 전압 발생기(11)와, 양의 온도 계수 즉 0.082mV/℃의 온도 계수를 갖는 V_T 기준 전압 발생기(12)로 구성된다.

그리고, 상기 V_BE 기준 전압 발생기(11)의 출력 신호와 상기 V_T 기준 전압 발생기(12)의 출력 신호를 비교 출력하는 비교기(13)와, 상기 비교기(13)의 출력 신호에 응답하여 상기 V_BE 기준 전압 발생기(11)와 V_T 기준 전압 발생기(12)로 전원전압(VDD)을 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP1)로 구성된다.

상기 구성에 의하면, 다이오드 접속된 바이폴라 트랜지스터에 흐르는 전류와 양단간 전압차는 다음과 같이 정의된다.

그리고, 도 1의 Va, Vb 노드의 전압은 비교기(13) 오피엠프(opamp)에 의한 피드백으로 Va=Vb가 되어 R3 양단간의 전압 dVf는 다음과 같이 정의된다.

따라서, 밴드 갭 회로의 기준 전압은 다음과 같다.

즉, Vf1의 온도에 대한 변화율이-1.8mV/℃, V_T의 온도에 대한 변화율이 0.082mV/℃이므로 수학식 3의 (R2/R3)ln(NR2/R1)의 계수를 조정함으로써 온도 변화에 둔감한 기준 전압을 만들 수 있다. 상기 기준전압은 실리콘(Si)의 밴드-갭에 해당하며 약 1.25V의 값을 갖는다.

그러나, 상기 구성을 갖는 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기의 구성은 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전압과 CTAT(Complementary proportional To Absolute Temperature) 전압의 합을 이용하여 기준전압을 만들기 때문에 기준전압 이하의 동작 전압에서 즉 1.25V 이하의 낮은 동작 전압에서는 회로가 정상적으로 동작하는데 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 저전압에서 사용이 가능하고 기준 전압 조절이 가능한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 음의 온도계수를 갖는 베이스-이미터 고유전압을 발생하는 고유전압 발생기와, 양의 온도계수를 갖는 열 전압을 발생하는 열전압 발생기와 상기 고유전압과 열 전압을 비교 증폭하여 생성된 제1 전압신호에 응답하여 제1 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제1 기준전류 발생부와; 전원전압의 분배전압과 상기 고유전압을 비교 증폭하여 생성된 제2 전압신호에 응답하여 제2 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제2 기준전류 발생부와; 상기 제1 기준전류 발생부 및 제2 기준전류 발생부의 드라이버와 각각의 전류미러를 형성하여 전류미러를 통한 제3 기준전류와 제4 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하고, 상기 제3 기준전류 및 제4 기준전류를 합하여 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기를 포함하는 기준전압 발생부;를 포함하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 제1 기준전류 발생부는 바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속하여 전원전압 인가 시 일정한 다이오드 전압을 발생하는 베이스-이미터 고유전압 발생기와; 두 바이폴라 트랜지스터의 V_BE 차를 생성하여 전원전압 인가 시 KT(K=볼츠만 상수, T=절대 온도)에 비례하는 열 전압을 발생하는 열 전압 발생기와; 상기 베이스-이미터 고유전압 발생기와 열 전압 발생기의 출력 전압을 비교 증폭하여 출력하는 비교기와; 상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 열 전압 발생기에 인가하여 제1 기준전류를 발생하는 제1 드라이버와; 상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 고유전압 발생기로 인가하는 제2 드라이버;를 포함 하여 구성하되, 상기 제1 드라이버와 제2 드라이버는 전류미러를 형성하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 베이스-이미터 고유전압 발생기는 제2 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 열 전압 발생기는 제1 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 저항소자와 다이오드 접속된 바이폴라 트랜지스터를 직렬 연결시켜 구성한다.

본 발명에서, 상기 비교기는 고유전압 발생기의 베이스-이미터 고유전압과 열 전압 발생기의 열 전압을 비교 증폭하여 전류미러로 출력하는 오피엠프로 구성한다.

본 발명에서, 상기 오피엠프는 베이스-이미터 고유전압을 반전(-) 신호로 입력받고, 열 전압을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성한다.

본 발명에서, 상기 전류미러는 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 열 전압 발생기로 인가하여 제1 기준 전류를 발생하는 제1 드라이버와; 상기 제1 드라이버와 전류미러를 형성하고, 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 고유전압 발생기로 인가하여 제1 기준 전류와 배수관계를 갖는 전류를 발생하는 제2 드라이버;를 포함하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 제1, 제2 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성한다.

본 발명에서, 상기 제2 기준전류 발생부는 전원전압을 분배하는 전압분배기와; 상기 전압분배기의 분배전압과 고유전압을 비교 증폭하여 출력하는 비교기와; 상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 전압분배기에 인가하여 제2 기준전 류를 발생하는 제3 드라이버;를 포함하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 전압분배기는 제3 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 저항소자로 구성한다.

본 발명에서, 상기 비교기는 전압분배기의 분배전압과 고유전압을 비교 증폭하여 제3 드라이버로 출력하는 오피엠프로 구성한다.

본 발명에서, 상기 오피엠프는 베이스-이미터 고유전압을 반전(-) 신호로 입력받고, 분배전압을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성한다.

본 발명에서, 상기 제3 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성한다.

본 발명에서, 상기 기준전압 발생부는 제1 기준전류 발생부의 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 인가하고, 제1 드라이버와 전류미러를 형성하여 제1 기준전류와 배수관계를 갖는 제3 기준전류를 발생하는 제5 드라이버와; 제2 기준전류 발생부의 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 인가하고, 제3 드라이버와 전류미러를 형성하여 제2 기준전류와 배수관계를 갖는 제4 기준전류를 발생하는 제4 드라이버와; 상기 제5 드라이버와 제4 드라이버의 전류미러에 의한 제3 기준전류와 제4 기준전류를 합하고, 상기 합한 전류를 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기;를 포함하여 구성한다.

본 발명에서, 상기 제4 드라이버와 제5 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성한다.

본 발명에서, 상기 전류전압 변환기는 제4 드라이버와 제5 드라이버를 통해 전원전압을 인가받고, 제1 드라이버와 전류미러를 형성한 제5 드라이버 및 제3 드라이버와 전류미러를 형성한 제4 드라이버에서 발생하는 각각의 제3 기준전류와 제4 기준전류의 합을 기준전압으로 변환하는 저항소자로 구성한다.

위와 같이 본 발명의 밴드 갭 기준 전압 발생 장치는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류와 CTAT(Complementary proportional To Absolute Temperature) 전류의 합을 저항을 통해 전압으로 바꾸어 기준전압을 만들기 때문에 더 이상의 동작 전압에 제약을 받지 않으며, 원하는 기준전압을 저항값을 통해 임의로 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 설명하기 위한 회로도이다.

도 2 에 도시한 바와 같이, 본 발명은 음의 온도계수를 갖는 베이스-이미터 고유전압을 발생하는 고유전압 발생기(21)와, 양의 온도계수를 갖는 열 전압을 발생하는 열전압 발생기(22)와, 상기 고유전압과 열 전압을 비교 증폭하여 생성된 제1 전압신호에 응답하여 제1 기준전류(I_PTAT)를 발생하는 드라이버(MP1)를 포함하는 제1 기준전류 발생부(20)와; 전원전압(VDD)의 분배전압과 상기 고유전압을 비교 증폭하여 생성된 제2 전압신호에 응답하여 제2 기준전류(I_CTAT)를 발생하는 드라이버(MP3)를 포함하는 제2 기준전류 발생부(30)와; 상기 제1 기준전류 발생부(20) 및 제2 기준전류 발생부(30)의 드라이버와 각각 전류미러를 형성하여 전류미러를 통한 제3 기준전류(M*I_PTAT)와 제4 기준전류(K*I_CTAT)를 발생하는 드라이버를 포함하고, 상기 제3 기준전류(M*I_PTAT) 및 제4 기준전류(K*I_CTAT)를 합하여 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기(41)를 포함하는 기준전압 발생부(40)로 구성한다.

먼저, 상기 제1 기준전류 발생부(20)는 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 다이오드 접속하여 전원전압(VDD) 인가 시 일정한 다이오드 전압을 발생하는 베이스-이미터 고유전압 발생기(21)와, 두 바이폴라 트랜지스터(Q1)(Q2)의 V_BE 차를 생성하여 전원전압(VDD) 인가 시 KT(K=볼츠만 상수, T=절대 온도)에 비례하는 열 전압(V_T: Va 노드의 전압)을 발생하는 열 전압 발생기(22)와, 상기 베이스-이미터 고유전압 발생기(21)와 열 전압 발생기(22)의 출력 전압을 비교 증폭하여 출력하는 비교기(23)와, 상기 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 열 전압 발생기(22)에 인가하여 제1 기준전류(I_PTAT)를 발생하는 제1 드라이버(MP1)와, 상기 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 고유전압 발생기(21)로 인가하는 제2 드라이버(MP2)를 포함하되, 상기 제1 드라이버(MP1)와 제2 드라이버(MP2)는 전류미러(24)를 형성하여 구성한다.

상기 베이스-이미터 고유전압 발생기(21)는 제2 드라이버(MP2)를 통해 전원전압(VDD)을 인가받는 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 다이오드 접속하여 구성한다.

상기 열 전압 발생기(22)는 제1 드라이버(MP1)를 통해 전원전압(VDD)을 인가받는 저항소자(R1)와 다이오드 접속된 바이폴라 트랜지스터(Q2)를 직렬 연결시켜 구성한다.

상기 비교기(23)는 고유전압 발생기(21)의 베이스-이미터 고유전압(V_BE1)과 열 전압 발생기(22)의 열 전압(V_T)을 비교 증폭하여 전류미러(24)로 출력하는 오피엠프(23)로 구성한다. 여기서, 상기 오피엠프(23)는 베이스-이미터 고유전압(V_BE)을 반전(-) 신호로 입력받고, 열 전압(V_T)을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성한다.

상기 전류미러(24)는 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 열 전압 발생기(22)로 인가하여 제1 기준 전류(I_PTAT)를 발생하는 제1 드라이버(MP1)와, 상기 제1 드라이버(MP1)와 전류미러를 형성하고 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 고유전압 발생기(21)로 인가하여 제1 기준 전류(I_PTAT)와 배수 관계를 갖는 전류(α·I_PTAT)를 발생하는 제2 드라이버(MP2)로 구성한다.

상기 제1, 제2 드라이버는 각각 PMOS 트랜지스터(MP1)(MP2)로 구성한다.

그리고, 상기 제2 기준전류 발생부(30)는 전원전압(VDD)을 분배하는 전압분배기(33)와, 상기 전압분배기(33)의 분배전압과 고유전압(V_BE1)을 비교 증폭하여 출력하는 비교기(31)와, 상기 비교기(31)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 전 압분배기(33)에 인가하여 제2 기준전류(I_CTAT)를 발생하는 제3 드라이버(MP3)로 구성한다.

상기 전압분배기(33)는 제3 드라이버(MP3)를 통해 전원전압(VDD)을 인가받는 저항소자(R2)로 구성한다.

상기 비교기(31)는 전압분배기(33)의 분배전압(Vc 노드의 전압)과 고유전압(V_BE1)을 비교 증폭하여 제3 드라이버(MP3)로 출력하는 오피엠프(31)로 구성한다.

상기 오피엠프(31)는 베이스-이미터 고유전압을 반전(-) 신호로 입력받고, 분배전압을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성한다.

상기 제3 드라이버(MP3)는 PMOS 트랜지스터로 구성한다.

그리고, 상기 기준전압 발생부(40)는 제1 기준전류 발생부(20)의 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 인가하고 제1 드라이버(MP1)와 전류미러(24)를 형성하여 제1 기준전류(I_PTAT)와 배수관계를 갖는 제3 기준전류(M·I_PTAT)를 발생하는 제5 드라이버(MP5)와, 제2 기준전류 발생부(30)의 비교기(31)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 인가하고, 제3 드라이버(MP3)와 전류미러(32)를 형성하여 제2 기준전류(I_CTAT)와 배수관계를 갖는 제4 기준전류(K·I_CTAT)를 발생하는 제4 드라이버(MP4)와, 상기 제5 드라이버(MP5)와 제4 드라이버(MP4)의 전류미러에 의한 제3 기준전류(M·I_PTAT)와 제4 기준전류(K·I_CTAT)를 합하고, 상기 합한 전류를 기준 전압(Vref)으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기(41)로 구성한다.

상기 전류전압 변환기(41)는 제4 드라이버(MP4)와 제5 드라이버(MP5)를 통해 전원전압(VDD)을 인가받고, 제1 드라이버(MP1)와 전류미러(24)를 형성한 제5 드라이버(MP5) 및 제3 드라이버(MP3)와 전류미러를 형성한 제4 드라이버(MP4)에서 발생하는 각각의 제3 기준전류(M·I_PTAT)와 제4 기준전류(K·I_CTAT)의 합을 기준전압(Vref)으로 변환하는 저항소자(R3)로 구성한다.

상기 제4 드라이버(MP4)와 제5 드라이버(MP5)는 PMOS 트랜지스터로 구성한다.

상기 구성에 의한 본원발명의 밴드 갭 기준 전압 발생 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 기준전류 발생기(20)의 고유전압 발생기(21)는 다이오드 접속된 바이폴라 트랜지스터(Q1)에 의해 전원전압(VDD) 인가 시 일정한 다이오드의 고유전압(V_BE1)을 발생하고, 열 전압 발생기(22)는 두 바이폴라 트랜지스터(Q1)(Q2)의 V_BE 차에 의해 전원전압(VDD) 인가 시 절대온도에 비례하는 열 전압을 발생한다.

비교기(23)는 상기 고유전압(V_BE1: Vb 노드의 전압)과 열 전압(V_T: Va 노드의 전압)을 비교 증폭하여 제1 드라이버(MP1)로 출력한다.

그러면, 제1 드라이버(MP1)는 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 열 전압 발생기(22)에 인가하여 제1 기준전류(I_PTAT)를 발생하고, 상기 제 1 드라이버(MP1)와 전류미러(24)를 형성한 제2 드라이버(MP2)는 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 고유전압 발생기(21)로 인가하여 제1 기준전류(I_PTAT)와 비례하는 전류(α·I_PTAT)를 발생한다.

이때 다이오드 접속된 두 바이폴라 트랜지스터에 흐르는 전류는 다음과 같이 정의된다.

여기서, 열전압 V_T는 절대온도(T)에 비례하는 K·T / q 값이다(K:볼츠만 상수, T:절대온도, q:기본전하량).

또한, Va, Vb 노드의 전압은 비교기(23) 오피엠프(opamp)에 의한 피드백으로 Va=Vb가 되어 제1 기준전류(I_PTAT)는 다음과 같이 정의된다.

그리고, 제2 기준전류 발생부(30)의 제3 드라이버(MP3)는 전압분배기(33)의 분배전압과 고유전압(V_BE1)을 비교 증폭하여 출력하는 비교기(31)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 전압분배기(33)에 인가하여 제2 기준전류(I_CTAT)를 발생한다.

그리고, 기준전압 발생부(40)의 제5 드라이버(MP5)는 제1 기준전류 발생부(20)의 비교기(23)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 인가하고 제1 드라이버(MP1)와 전류미러(24)를 형성하여 제1 기준전류(I_PTAT)와 배수관계를 갖는 제3 기준전류(M·I_PTAT)를 발생한다. 이때, 상기 제5 드라이버(MP5)의 전류는 MP1 전류와 비례하므로 제3 기준전류(M·I_PTAT)는

와 같다.

또한, 기준전압 발생부(40)의 제4 드라이버(MP4)는 제2 기준전류 발생부(30)의 비교기(31)의 출력신호에 응답하여 전원전압(VDD)을 인가하고, 제3 드라이버(MP3)와 전류미러(32)를 형성하여 제2 기준전류(I_CTAT)와 배수관계를 갖는 제4 기준전류(K·I_CTAT)를 발생한다. 이때, Vb와 Vc 노드의 전압이 비교기(31) 오피엠프에 의해 서로 같고, MP4전류는 MP3전류와 비례하므로 제4 기준전류(K·I_CTAT)는

로 정의된다.

그러면, 전류전압 변환기(41)는 최종적으로 상기 제5 드라이버(MP5)와 제4 드라이버(MP4)의 전류미러에 의한 제3 기준전류(M·I_PTAT)와 제4 기준전류(K·I_CTAT)를 합하고, 상기 합한 전류를 기준전압(Vref)으로 변환하여 출력한다.

이때, MP4전류와 MP5의 전류는 각각 K*I_CTAT와 M*I_PTAT이므로 기준전압 Vref는 다음으로 정의된다.

즉, V_BE1의 온도에 대한 변화율이-1.8mV/℃, V_T의 온도에 대한 변화율이 0.082mV/℃이므로 <수학식 8>에 도시한 바와 같이 기준전압(Vref)은 저항 R1, R2 및 R3의 값과 기준 전위의 변동폭을 최소화하기 위해 전류의 비를 배수 관계로 만들어 주는 α, M, K 값을 통해 임의로 조절할 수 있다.

한편, 도 3 은 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면으로, 전원전압(VDD)을 1.8V에서 0.8V까지 단계적으로 하강시켜 공급하고, 상기 전원전압이 공급되는 상태에서 온도 환경을 각각 -10℃, 50℃, 120℃로 만들어 출력되는 기준전압의 추이를 살펴 보았다.

그 결과, 도 3 에 도시한 바와 같이 기준전압은 공급되는 전원전압(VDD)이 1.8V에서 1.1V 범위 내에서 온도의 변화에도 불구하고 항상 일정한 0.65V의 전압 값을 출력하였다.

따라서, 본 발명에 의한 밴드 갭 기준전압 발생장치는 밴드-갭 전압인 1.25V 이하의 낮은 전원전압 즉, 1.1V의 전원전압에서도 회로가 정상적으로 동작이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 PTAT 전류와 CTAT 전류의 합을 저항을 통해 전압으로 바꾸어 기준전압을 만들기 때문에 저전압에서 사용이 가능하고 원하는 기준전압을 저항값을 통해 임의로 조절할 수 있는 이점이 있다.

이에, 본 발명은 향후 소비 전력, 발열 등을 줄이기 위해 낮은 전압 동작에 대한 요구가 더 커지는 반도체 메모리 장치를 비롯하여 이러한 기준전압을 필요로 하는 모든 어플리케이션 장치에 이용 가능한 이점이 있다.

Claims

음의 온도계수를 갖는 베이스-이미터 고유전압을 발생하는 고유전압 발생기와, 양의 온도계수를 갖는 열 전압을 발생하는 열전압 발생기와 상기 고유전압과 열 전압을 비교 증폭하여 생성된 제1 전압신호에 응답하여 제1 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제1 기준전류 발생부와;

전원전압의 분배전압과 상기 고유전압을 비교 증폭하여 생성된 제2 전압신호에 응답하여 제2 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하는 제2 기준전류 발생부와;

상기 제1 기준전류 발생부 및 제2 기준전류 발생부의 드라이버와 각각의 전류미러를 형성하여 전류미러를 통한 제3 기준전류와 제4 기준전류를 발생하는 드라이버를 포함하고, 상기 제3 기준전류 및 제4 기준전류를 합하여 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기를 포함하는 기준전압 발생부;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 기준전류 발생부는

바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속하여 전원전압 인가 시 일정한 다이오드 전압을 발생하는 베이스-이미터 고유전압 발생기와;

두 바이폴라 트랜지스터의 V_BE 차를 생성하여 전원전압 인가 시 KT(K=볼츠만 상수, T=절대 온도)에 비례하는 열 전압을 발생하는 열 전압 발생기와;

상기 베이스-이미터 고유전압 발생기와 열 전압 발생기의 출력 전압을 비교 증폭하여 출력하는 비교기와;

상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 열 전압 발생기에 인가하여 제1 기준전류를 발생하는 제1 드라이버와;

상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 고유전압 발생기로 인가하는 제2 드라이버;를 포함하여 구성하되,

상기 제1 드라이버와 제2 드라이버는 전류미러를 형성하여 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 베이스-이미터 고유전압 발생기는 제2 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속하여 구성함을 특징으로 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 열 전압 발생기는 제1 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 저항소자와 다이오드 접속된 바이폴라 트랜지스터를 직렬 연결시켜 구성함을 특징으로 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 비교기는 고유전압 발생기의 베이스-이미터 고유전압과 열 전압 발생기의 열 전압을 비교 증폭하여 전류미러로 출력하는 오피엠프로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 오피엠프는 베이스-이미터 고유전압을 반전(-) 신호로 입력받고, 열 전압을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 전류미러는 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 열 전압 발생기로 인가하여 제1 기준 전류를 발생하는 제1 드라이버와;

상기 제1 드라이버와 전류미러를 형성하고, 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 고유전압 발생기로 인가하여 제1 기준 전류와 배수관계를 갖는 전류를 발생하는 제2 드라이버;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1, 제2 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 기준전류 발생부는

전원전압을 분배하는 전압분배기와;

상기 전압분배기의 분배전압과 고유전압을 비교 증폭하여 출력하는 비교기와;

상기 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 전압분배기에 인가하여 제2 기준전류를 발생하는 제3 드라이버;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 전압분배기는 제3 드라이버를 통해 전원전압을 인가받는 저항소자로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 비교기는 전압분배기의 분배전압과 고유전압을 비교 증폭하여 제3 드라이버로 출력하는 오피엠프로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 오피엠프는 베이스-이미터 고유전압을 반전(-) 신호로 입력받고, 분배전압을 비반전(+) 신호로 입력받도록 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제3 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기 준 전압 발생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기준전압 발생부는 제1 기준전류 발생부의 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 인가하고, 제1 드라이버와 전류미러를 형성하여 제1 기준전류와 배수관계를 갖는 제3 기준전류를 발생하는 제5 드라이버와;

제2 기준전류 발생부의 비교기의 출력신호에 응답하여 전원전압을 인가하고, 제3 드라이버와 전류미러를 형성하여 제2 기준전류와 배수관계를 갖는 제4 기준전류를 발생하는 제4 드라이버와;

상기 제5 드라이버와 제4 드라이버의 전류미러에 의한 제3 기준전류와 제4 기준전류를 합하고, 상기 합한 전류를 기준전압으로 변환하여 출력하는 전류전압 변환기;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 제4 드라이버와 제5 드라이버는 PMOS 트랜지스터로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 전류전압 변환기는 제4 드라이버와 제5 드라이버를 통해 전원전압을 인가받고, 제1 드라이버와 전류미러를 형성한 제5 드라이버 및 제3 드라이버와 전류미러를 형성한 제4 드라이버에서 발생하는 각각의 제3 기준전류와 제4 기준전류의 합을 기준전압으로 변환하는 저항소자로 구성함을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생 장치.