特許第6800979号(P6800979)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6800979抵抗器の両端の制御電圧を印加する温度補償基準電圧ジェネレータ
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6800979
(24)【登録日】2020年11月27日
(45)【発行日】2020年12月16日
(54)【発明の名称】抵抗器の両端の制御電圧を印加する温度補償基準電圧ジェネレータ
(51)【国際特許分類】
   G05F 3/24 20060101AFI20201207BHJP
【FI】
   G05F3/24 A
【請求項の数】15
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-530836(P2018-530836)
(86)(22)【出願日】2016年11月21日
(65)【公表番号】特表2018-537789(P2018-537789A)
(43)【公表日】2018年12月20日
(86)【国際出願番号】US2016063139
(87)【国際公開番号】WO2017105796
(87)【国際公開日】20170622
【審査請求日】2019年10月29日
(31)【優先権主張番号】14/970,265
(32)【優先日】2015年12月15日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】595020643
【氏名又は名称】クゥアルコム・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】QUALCOMM INCORPORATED
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100109830
【弁理士】
【氏名又は名称】福原 淑弘
(74)【代理人】
【識別番号】100158805
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 守三
(74)【代理人】
【識別番号】100112807
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 貴志
(74)【代理人】
【識別番号】100184332
【弁理士】
【氏名又は名称】中丸 慶洋
(72)【発明者】
【氏名】ラスマス、トッド・モーガン
【審査官】 遠藤 尊志
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭60−017316(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2006/0238184(US,A1)
【文献】 特開平11−045125(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2015/0185746(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05F 1/00−7/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、
1つまたは複数の抵抗器の第1及び第2のセットの第1の端部のそれぞれにおける単一のバイアス電圧を生成するために1つまたは複数の抵抗器の前記第1及び第2のセットの前記第1の端部と前記単一のバイアス電圧の間に結合された第1のトランジスタの制御端子に制御信号を生成すること、ここにおいて、第1の温度補償電流は、前記単一のバイアス電圧と1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットの第2の端部の第1の電圧との第1の電圧差に基づいて、1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットを通して生成される、と、
1つまたは複数の抵抗器の前記第2のセットの第2の端部に第2の電圧を生成すること、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、前記単一のバイアス電圧と前記第2の電圧との第2の電圧差に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第2のセットを通して生成される、と、および、
1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して前記第2の温度補償電流を適用すること、ここにおいて、温度補償基準電圧は、前記第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第3のセットの両端に生成される、と、
を備える、方法。
【請求項2】
前記第1の温度補償電流を生成することは、
絶対温度に相補的であるCTAT電流を生成することと、
絶対温度に比例するPTAT電流を生成することと、および、
前記第1の温度補償電流を生成するために前記CTAT電流と前記PTAT電流を組み合わせることと
を備える、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記CTAT電流を生成することは、
第1のCTAT電圧を生成することと、および、
前記CTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第4のセットの両端に前記第1のCTAT電圧を印加することと
を備える、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記第1のCTAT電圧を前記生成することは、ダイオードまたはダイオード接続トランジスタにバイアスをかけること(biasing)を備える、請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記PTAT電流を生成することは、
第2のCTAT電圧を生成することと、
前記第1のCTAT電圧に基づいて第3の電圧を生成することと、および、
前記PTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第5のセットの両端に第4の電圧を印加することと、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記第3の電圧と前記第2のCTAT電圧との差に基づく、
を備え、および
前記第1のCTAT電圧に基づくように前記第3の電圧を構成するための制御信号を生成することと、
前記制御信号に基づいてバイアス電圧を形成することと、ここにおいて、前記第1の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
抵抗器の第6のセットの両端に第4の電圧を印加することと、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記バイアス電圧と前記第1のCTAT電圧との差に基づく、および、
抵抗器の第7のセットの両端に第5の電圧を印加することと、ここにおいて、前記第5の電圧は、前記第3の電圧と供給レール電圧との差に基づく、
をさらに備え、および
ここにおいて、前記第2の電圧を生成することは、
前記第3の電圧に基づいて第6の電圧を生成することを備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第6の電圧との差に基づく、
請求項3に記載の方法。
【請求項6】
前記第2の電圧を生成することは、
抵抗器の前記第1および第2のセットの両方のそれぞれの第1の端部に印加されるバイアス電圧を生成することと、および、
抵抗器の前記第1のセットの第2の端部における第4の電圧に基づいて、抵抗器の前記第2のセットの第2の端部における第3の電圧を生成することと
を備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
装置であって、
1つまたは複数の抵抗器の第1及び第2のセットの第1の端部のそれぞれにおける単一のバイアス電圧を生成するために1つまたは複数の抵抗器の前記第1及び第2のセットの前記第1の端部と前記単一のバイアス電圧の間に結合された第1のトランジスタの制御端子に制御信号を生成するための手段、ここにおいて、第1の温度補償電流は、前記単一のバイアス電圧と1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットの第2の端部の第1の電圧との第1の電圧差に基づいて、1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットを通して生成される、と、
1つまたは複数の抵抗器の前記第2のセットの第2の端部に第2の電圧を生成するための手段、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、前記単一のバイアス電圧と前記第2の電圧との第2の電圧差に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第2のセットを通して生成される、と、および、
1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して前記第2の温度補償電流を適用するための手段、ここにおいて、温度補償基準電圧は、前記第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第3のセットの両端に生成される、と、
を備える、装置。
【請求項8】
前記第1の温度補償電流を生成することは、
絶対温度に相補的であるCTAT電流を生成するための手段と、
絶対温度に比例するPTAT電流を生成するための手段と、および、
前記第1の温度補償電流を生成するために前記CTAT電流と前記PTAT電流を組み合わせるための手段と
を備える、請求項7に記載の装置。
【請求項9】
前記CTAT電流を生成するための前記手段は、
第1のCTAT電圧を生成するための手段と、および、
前記CTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第4のセットの両端に前記第1のCTAT電圧を印加するための手段と
を備える、請求項8に記載の装置。
【請求項10】
前記第1のCTAT電圧を生成するための前記手段は、ダイオードまたはダイオード接続トランジスタにバイアスをかけるための手段を備える、請求項9に記載の装置。
【請求項11】
前記PTAT電流を生成するための前記手段は、
第2のCTAT電圧を生成するための手段と、
前記第1のCTAT電圧に基づいて第3の電圧を生成するための手段と、および、
前記PTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第5のセットの両端に第4の電圧を印加するための手段と
を備え、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記第3の電圧と前記第2のCTAT電圧との差に基づく、請求項9に記載の装置。
【請求項12】
前記第2のCTAT電圧を生成するための前記手段は、並列に結合された複数のダイオードまたは並列に結合された複数のダイオード接続トランジスタにバイアスをかけるための手段を備える、請求項11に記載の装置。
【請求項13】
前記第1のCTAT電圧に基づくように前記第3の電圧を構成するための制御信号を生成するための手段をさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項14】
前記制御信号に基づいてバイアス電圧を形成するための手段と、ここにおいて、前記第1の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
抵抗器の第6のセットの両端に第4の電圧を印加するための手段と、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記バイアス電圧と前記第1のCTAT電圧との差に基づく、および、
抵抗器の第7のセットの両端に第5の電圧を印加するための手段と、ここにおいて、前記第5の電圧は、前記第3の電圧と供給レール電圧との差に基づく、
をさらに備え、および
ここにおいて、前記第2の電圧を生成するための前記手段は、
前記第3の電圧に基づいて第6の電圧を生成するための手段を備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第6の電圧との差に基づく、
請求項13に記載の装置。
【請求項15】
前記第2の電圧を生成するための前記手段は、
抵抗器の前記第1および第2のセットの両方のそれぞれの第1の端部に印加されるバイアス電圧を生成するための手段と、および、
抵抗器の前記第1のセットの第2の端部における第4の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットの第2の端部における第3の電圧を生成するための手段と
を備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
を備える、請求項7に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
[0001] 本願は、2015年12月15日に米国特許商標庁に出願された非仮特許出願第14/970,265号の優先権および利益を主張し、その内容全体が、参照により本明細書に組み込まれている。
【技術分野】
【0002】
[0002] 本開示の態様は、一般に、温度補償基準電圧(temperature-compensated reference voltages)を生成することに関し、より具体的には、抵抗器の両端の制御電圧を印加する(impressing)ことで温度補償電流を生成する温度補償基準電圧ジェネレータに関する。
【背景技術】
【0003】
[0003] バンドギャップ基準電圧ソースは、規定の(とても広い)温度範囲にわたってほぼ一定である基準電圧VREFを生成する。ディスクリート(discrete)回路または集積回路(IC)アプリケーションでは、基準電圧VREFは、供給電圧が基準電圧に基づいて調節される電圧調節用などの多数のアプリケーションで使用される。
【0004】
[0004] 生成されたバンドギャップ基準電圧は、電圧のソースがゼロ(0)度ケルビンにおけるシリコンの1.22eVバンドギャップに基づいているので、通常約1.2ボルトである。バンドギャップ基準電圧VREFが約1.2ボルトであると、バンドギャップ基準電圧ソースは、例えば、バンドギャップ基準電圧にバイアスをかけるために使用される電界効果トランジスタ(FET)の200ミリボルト(mV)のドレイン−ソース間電圧Vdに対応する(accommodate)1.4ボルトの供給電圧などの1.2ボルトよりも大きい供給電圧を要求する。
【0005】
[0005] 現在は、ICで使用されるFETのサイズの継続的削減および消費電力を低減させる更なる必要性により、多くの回路が1.2ボルトのバンドギャップ電圧以下の供給電圧で動作する。そのような必要性に応じて、バンドギャップ基準電圧ソースは、1.2ボルト以下の供給電圧で動作するように設計されている。
【発明の概要】
【0006】
[0006] 以下に、1つまたは複数の実施形態の基本的な理解を提供するために、そのような実施形態の簡略化された概要を提示する。この概要は、企図されるすべての実施形態の広範な概観ではなく、すべての実施形態の主要または重要な要素を特定するようにも、任意またはすべての実施形態の範囲を定めるようにも意図されない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への前置きとして、簡略化された形式で1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を提示することである。
【0007】
[0007] 本開示の一態様は、温度補償基準電圧を生成するように構成された装置に関する。装置は、抵抗器の第1および第2のセットと;1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成するように構成された電流ジェネレータと、ここにおいて、第1の電圧は、第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の第1のセットの両端に生成される;1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成するように構成された制御回路と、ここにおいて、第2の電圧は、第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、第2の電圧に基づいて抵抗器の第2のセットを通して生成される;および、第2の温度補償電流が流れる1つまたは複数の抵抗器の第3のセットと、ここにおいて、温度補償基準電圧は、第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の第3のセットの両端に生成される、を含む。
【0008】
[0008] 本開示の別の態様は、温度補償基準電圧を生成するための方法に関する。方法は、1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成することと、ここにおいて、第1の電圧は、第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の第1のセットの両端に生成される;1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成することと、ここにおいて、第2の電圧は、第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、第2の電圧に基づいて抵抗器の第2のセットを通して生成される;および、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して第2の温度補償電流を適用することと、ここにおいて、温度補償基準電圧は、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットの両端に生成される、を含む。
【0009】
[0009] 本開示の別の態様は、温度補償基準電圧を生成するように構成された装置に関する。装置は、1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成するための手段と、ここにおいて、第1の電圧は、第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の第1のセットの両端に生成される;1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成するための手段と、ここにおいて、第2の電圧は、第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、第2の電圧に基づいて抵抗器の第2のセットを通して生成される;および、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して第2の温度補償電流を適用するための手段と、ここにおいて、温度補償基準電圧は、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットの両端に生成される、を備える。
【0010】
[0010] 前述の目的および関連する目的の達成のために、1つまたは複数の実施形態が、以下に十分に説明され、かつ特許請求の範囲において具体的に指し示される特徴を含む。
下記の説明および付属の図面は、1つまたは複数の実施形態のある特定の例示的な態様を詳細に述べる。しかしながら、これらの態様は、様々な実施形態の原理が用いられ得る様々な手法のごく一部を示すものであり、この記述実施形態は、そのようなすべての態様およびそれらの同等物を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】[0011] 図1は、本開示の一態様にしたがって温度補償基準電圧を生成するための実例的な装置の回路図を例示する。
図2】[0012] 図2は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧を生成するための別の実例的な装置の回路図を例示する。
図3】[0013] 図3は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧を生成するためのさらに別の実例的な装置の回路図を例示する。
図4】[0014] 図4は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧を生成するためのさらに別の実例的な装置の回路図を例示する。
図5】[0015] 図5は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧を生成する実例的な方法のフロー図を例示する。
【発明の詳細な説明】
【0012】
[0016] 添付の図面に関連して以下に示される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図され、本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すようには意図されない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供することを目的とした特定の詳細を含む。しかしながら、これらの概念がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは、当業者にとって明らかであろう。いくつかの事例では、周知の構造およびコンポーネントが、このような概念を曖昧にすることを避けるために、ブロック図形式で示される。
【0013】
[0017] 図1は、本開示の一態様にしたがって温度補償基準電圧VREFを生成するための実例的な装置100の回路図を例示する。
【0014】
[0018] 装置100は、絶対温度に相補的である(CTAT:a complementary to absolute temperature)電流ICTAT(例えば、負の温度係数の電流)を生成するためのサブ回路110を含む。サブ回路110は、電界効果トランジスタ(FET)M1、抵抗器R4、およびダイオードD1を含む。pチャネル金属酸化膜半導体(PMOS)FETで実現され得る、FET M1は、第1の電圧レール(例えば、Vdd)と第2の電圧レール(例えば、接地)との間の抵抗器R4およびダイオードD1の並列結合と直列に結合される。電流ソースとしてサービス提供しているFET M1は、抵抗器R4とダイオードD1との間で分かれる電流I1を生成するように構成される。ダイオードD1の両端に形成される電圧Vは、負の温度係数、例えば、CTAT電圧を有する。電圧Vはまた、抵抗器R4の両端にかかっている。よって、ICTAT電流は、抵抗器R4を通して形成される。
【0015】
[0019] 装置100は、絶対温度に比例する(PTAT:a proportional to absolute temperature)電流を生成するためのサブ回路120を含む。サブ回路120は、抵抗器R5およびR6、N個の並列ダイオードD21からD2Nまでのダイオードバンク125、演算増幅器(Op Amp)130、およびFET M2を含む。FET M2、抵抗器R5、およびダイオードバンク125は、Vddと接地との間で直列に結合されている。PMOS FETで実現され得る、FET M2もまた、Vddと接地との間の抵抗器R6と直列に結合されている。Op Amp130は、ダイオードD1の両端の電圧Vを受け取るように構成された負の入力端子と、抵抗器R5とダイオードバンク125の直列接続の両端の電圧Vを受け取るように構成された正の入力端子と、FET M1およびM2のゲートに結合された出力端子とを含む。
【0016】
[0020] 負のフィードバック制御を通して、Op Amp130は、それらのそれぞれのゲート電圧を介してFET M1およびM2を通った電流I1およびI2を制御するので、電圧Vは、電圧Vに基づく(例えば、実質的に互いに等しい、V=V)。FET M1およびM2は同じ大きさであり、また、電流ミラーを形成するようそれらのゲートを互いに結合するように構成されているので、電流I1およびI2もまた、実質的に同じである。電圧VおよびVは同じであり、抵抗器R4およびR6は実質的に同じ抵抗を有するように構成されているので、抵抗器R6を通った電流もまた、ICTAT電流であり、例えば、抵抗器R4を通った電流ICTATと実質的に同じである。
【0017】
[0021] よって、ダイオードD1を通った電流は、ダイオードバンク125のN個の並列ダイオードD21からD2Nまでを通った合成電流と実質的に同じである。ダイオードバンク125のダイオードD21およびD2Nは、それぞれダイオードD1と実質的に同じとなるように構成される。よって、ダイオードD1を通った同じ電流はダイオードバンク125のN個のダイオードにわたって分割されるので、ダイオードバンク125のダイオードの各々を通った電流密度は、ダイオードD1を通った電流密度のN分の一の少なさ(a factor of N less than)である。電流密度の差により、ダイオードバンク125は、ダイオードD1の両端のCTAT電圧とは異なるCTAT電圧を生成する。結果的に、電圧は、正の温度係数(例えば、PTAT電圧)を有する抵抗器R5の両端に生成される。これは、抵抗器R5を通る電流IPTATを生成する。
【0018】
[0022] FET M2によって生成された電流I2は、電流IPTATおよびICTATの組み合わせ(例えば、合計)である。よって、R4、R5、およびR6の抵抗の適切な選択によって、電流I2は、温度の規定の範囲にわたってほぼ一定となるように構成され得る。
【0019】
[0023] 装置100は、さらに、M2を通る温度補償電流I2に基づいて温度補償基準電圧VREFを生成するように構成されたサブ回路140を含む。サブ回路140は、FET M3および抵抗器R1を含む。温度補償電流12は、温度補償電流I3を形成するためにFET M2およびM3の電流ミラー構成を介してミラーリングされる(例えば、FETは、実質的に同じ大きさおよび同じゲート―ソース間電圧Vgを有するように構成される)。PMOS FETでも実現され得る、FET M3は、Vddと接地との間の抵抗器R7と直列に結合され、それは、温度補償基準電圧VREFを形成するために抵抗器R7を流れている温度補償電流I3をもたらす。
【0020】
[0024] よって、装置100が適切に動作するために、電流ソースM1、M2、およびM3によって生成された電流I1、I2、およびI2は、実質的に同じであるべきである。しかしながら、比較的低い供給電圧Vdd(例えば、サブ(sub)1V)により、FET M1およびM2のドレイン−ソース間電圧Vdは、温度降下に伴い増加する電圧VおよびVに起因して相対的に小さくなる場合がある。そのような場合では、FET M1およびM2のVdsはFET M3のVdsよりも著しく小さい場合があり、よって、FET M1およびM2は、FET M3の出力インピーダンスとは異なる出力インピーダンスを有し得る。これは、電流I3と電流I1およびI2との間の電流ミスマッチを引き起こし、それは、基準電圧VREFの誤差を引き起こす。
【0021】
[0025] 電流I1、I2、およびI3の間の更なるミスマッチは、プロセス変動によるFET M1、M2、およびM3におけるミスマッチによって引き起こされる可能性がある。
【0022】
[0026] 図2は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧VREFを生成するための別の実例的な装置200の回路図を例示する。装置200は、異なるドレイン−ソース間電圧Vdを有するFET M1、M2、およびM3、よって、電流I1、I2、およびI3の間の電流ミスマッチを引き起こす異なる出力インピーダンスに関連する問題に対処するように構成される。装置200は、装置100のそれと同様であるが、電流ソースFET M1、M2、およびM3の両端の電圧が実質的に同じであることを確実にするように更なる制御回路を有する修正された基準電圧VREF生成サブ回路240を含む。
【0023】
[0027] 具体的には、FET M3および抵抗器R7に加えて、サブ回路240は、Op Amp245およびFET M4を含む。Op Amp245は、電圧Vを受け取るように構成された正の入力と、FET M3のドレインに結合された負の入力と、FET M4のゲートに結合された出力とを含む。PMOS FETで実現され得る、FET M4は、FET M3と抵抗器R7との間に結合される。基準電圧VREFは、FET M4のドレインにおいて生成される。
【0024】
[0028] 負のフィードバックにより、Op Amp245は、電圧Vが電圧Vと実質的に同じであるように、FET M4のゲートを制御する。よって、電流ソースFET M1、M2、およびM3の両端の電圧は、実質的に同じである。
【0025】
[0029] これは図1で示された装置100に対する改善であるが、電流ソースFET M1、M2、およびM3の間のミスマッチにより、依然として基準電圧VREFの誤差がある。すなわち、たとえFET M1、M2、およびM3の両端の電圧がOp Amp130および245およびFET M4によって提供された負のフィードバック制御を通して実質的に同じものにされたとしても、FET M1、M2、およびM3をそれぞれ通る電流I1、I2、およびI2は、プロセス変動によって生じるそれらのトランスコンダクタンス利得の差に起因して異なる可能性がある。これは異なる電流I1、I2、およびI3を生じさせ、それは、基準電圧VREFの誤差を引き起こす。この誤差は、供給電圧Vddが低減されるとより多く見られるようになる(becomes more prevalent)。
【0026】
[0030] 図3は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧VREFを生成するためのさらに別の実例的な装置300の回路図を例示する。装置300の裏にある概念は、抵抗器がFETよりも安定し得るという事実から生じるので、FETと比べて抵抗器間のより良いマッチングを得ることができる。従って、装置300の裏にある概念は、電流ソースM1、M2、およびM3をそれぞれの抵抗器R1、R2、およびR3(実質的に等しい抵抗を有する)と置き換えることと、抵抗器R1、R2、およびR3の両端に実質的に同じ電圧を印加するためにOp Amp130および245を使用して負のフィードバック制御を適用することである。これは、抵抗器R1、R2、およびR3を通してそれぞれ生成された電流I1、I2、およびI3が実質的に同じであることを確実にし、それは、基準電圧VREFの誤差の大幅な低下をもたらす。
【0027】
[0031] 具体的に、装置300は、ICTAT電流を生成するように構成されたサブ回路310と、IPTAT電流を生成するように構成されたサブ回路320と、温度補償基準電圧VREFを生成するように構成されたサブ回路340とを含む。サブ回路310、320、および340は、それぞれ装置200のサブ回路110、120、および240と類似しているが、抵抗器R1、R2、およびR3がそれぞれ電流ソースFET M1、M2、およびM3に置き換えられるという点で異なる。加えて、装置300は、供給電圧レールVddと抵抗器R1、R2、およびR3との間で結合された、PMOS FETで実現され得る、FET M10をさらに含む。Op Amp130の出力は、抵抗器R1、R2、およびR2に共通しているノードにおいて電圧VSBを制御するためにFET M10のゲートに結合される。これは、一点バイアシング(single-point biasing)と呼ばれ、ここで、負のフィードバックが単一のノードでバイアス電圧(例えば、VSB)に作用する。
【0028】
[0032] 従って、Op Amp130によって提供される負のフィードバック制御は、電圧VおよびVが実質的に同じになるように強いる。よって、抵抗器R1およびR2の両端の電圧降下は、互いに等しい(V=VなのでVSB−V=VSB−V)。同様に、Op Amp245によって生成される負のフィードバック制御は、電圧VおよびVが実質的に同じになるように強いる。よって、抵抗器R2およびR3の両端の電圧降下は、互いに等しい(V=VなのでVSB−V=VSB−V)。
【0029】
[0033] 抵抗器R1、R2、およびR3の両端の電圧は実質的に同じであり、抵抗器R1、R2、およびR3は実質的に同じ抵抗を有するように製造され得るので、温度補償電流I1、I2、およびI3は、実質的に同じである。これは、基準電圧VREFを生成する際の誤差の大幅な低下をもたらす。
【0030】
[0034] 図4は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧VREFを生成するためのさらに別の実例的な装置400の回路図を例示する。装置400は、基準電圧ソース300のより詳細な実現の一例であり得る。装置400は、ICTAT電流を生成するように構成されたサブ回路410と、IPTAT電流を生成するように構成されたサブ回路420と、温度補償基準電圧VREFを生成するように構成されたサブ回路440を含む。以下に記載するようにいくつかの違いはあるが、サブ回路410、420、および440は、それぞれ装置300のサブ回路310、320、および340と類似している。装置400の残りの回路、すなわち、Op Amp130と245およびFET M10は、装置300のそれと実質的に同じである。
【0031】
[0035] 装置400と300の違いは以下の通りである:(1)抵抗器R1は、直列結合された抵抗器R11およびR12に取って代わられる;(2)抵抗器R2は、直列結合された抵抗器R21およびR22に取って代わられる;(3)抵抗器R3は、直列結合された抵抗器R31およびR32に取って代わられる;(4)抵抗器R4は、直列結合された抵抗器R41−R48に取って代わられる;(5)抵抗器R5は、互いに並列に結合される直列結合された抵抗器R51−R52およびR53−R54のペアに取って代わられる;(6)抵抗器R6は、直列結合された抵抗器R61−R68に取って代わられる;(7)抵抗器R7は、直列結合された抵抗器R71−R74に取って代わられる;(8)ダイオードD1は、ダイオード接続バイポーラトランジスタQ1に置き換えられる;および(9)並列ダイオードD21−D2Nのダイオードバンク125は、並列ダイオード接続バイポーラトランジスタQ21−Q2Nのダイオードバンク425に取って代わられる。
【0032】
[0036] 装置400の動作の原理は、装置300のそれと本質的に同じである。装置300の単一の抵抗器の代わりに装置400の複数の抵抗器という理由は、2つの要素から成る:(1)プロセス要求(例えば、抵抗器の長さ対幅の比の制限)により、複数の抵抗器(各々がプロセス要求に準拠している)が所望の抵抗を得るために直列または並列に接続される必要があり得る、および(2)複数の抵抗器は、抵抗器の各セットの全抵抗をより良好に制御するためにプロセス変動が統計的に平均化されることを可能にする。各単一の抵抗器を置き換える複数の抵抗器の数および/または組み合わせが、他の実現では変動し得ることに留意すべきである。当業者には、本明細書で開示された概念が図4に例示された特定の実現に限定されないことは明らかであるべきである。
【0033】
[0037] 図5は、本開示の別の態様にしたがって温度補償基準電圧VREFを生成する実例的な方法500のフロー図を例示する。方法500は、1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成することを含み、ここにおいて、第1の電圧は、第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の第1のセットの両端に生成される(ブロック502)。
【0034】
[0038] 図3−4を参照して、電気回路を含む第1の温度補償電流I2を生成するための手段の例は、(1)抵抗器R1(またはR11−R12)、R2(またはR21−22)、R4(またはR41−R48)、R5(またはR51−R54)、およびR6(R61−R68);(2)ダイオードD1またはダイオード接続トランジスタQ1;(3)並列に結合されたダイオードD21−D2Nのダイオードバンク125またはダイオード接続トランジスタQ21−Q2Nのダイオードバンク425;および(4)Op Amp130およびトランジスタ(例えば、FET)M10を含む制御回路、を有する回路を含む。第1の温度補償電流I2は、1つまたは複数の抵抗器R2またはR21−R22の第1のセットを流れ、ここにおいて、第1の電圧(VSB−V)は、第1の温度補償電流I2に基づいて1つまたは複数の抵抗器R2またはR21−R22の第1のセットの両端に生成される。
【0035】
[0039] 方法500は、1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成することを含み、ここにおいて、第2の電圧は、第1の電圧に基づき、第2の温度補償電流は、第2の電圧に基づいて抵抗器の第2のセットを通して生成される(ブロック504)。
【0036】
[0040] 図3−4を参照して、第2の電圧を生成するための手段の例は、Op Amp245およびトランジスタ(例えば、FET)M4を含む。よって、第2の電圧(VSB−V)は、1つまたは複数の抵抗器R3またはR31−R32の第2のセットの両端に生成され、ここにおいて、第2の電圧(VSB−V)は、(例えば、実質的に等しい)第1の電圧(VSB−V)に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流I3は、第2の電圧(VSB−V)に基づいて抵抗器R3またはR31−R32の第2のセットを通して生成される。
【0037】
[0041] 方法500は、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して第2の電流を適用することを含み、ここにおいて、温度補償基準電圧は、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットの両端に生成される(ブロック506)。
【0038】
[0042] 図3−4を参照して、1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して第2の電流を適用するための手段の例は、抵抗器R3またはR31−R32、FET M4、および抵抗器R7またはR71−R74の直列接続を含む。よって、第2の電流I3は、1つまたは複数の抵抗器R7またはR71−R74の第3のセットの両端に温度補償基準電圧VREFを生成するために1つまたは複数の抵抗器R7またはR71−R74の第3のセットを通して適用される。
【0039】
[0043] 本開示の先の説明は、いかなる当業者も本開示を遂行または使用することができるように提供したものである。本開示への様々な修正は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、他の変形形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に説明された例に限定されるようには意図されず、本明細書に開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えられることとなる。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1] 装置であって、
1つまたは複数の抵抗器の第1のセットと、
1つまたは複数の抵抗器の第2のセットと、
1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成するように構成された電流ジェネレータと、ここにおいて、第1の電圧は、前記第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットの両端に生成される、
1つまたは複数の抵抗器の前記第2のセットの両端に第2の電圧を生成するように構成された第1の制御回路と、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、前記第2の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットを通して生成される、および、
前記第2の温度補償電流が流れる1つまたは複数の抵抗器の第3のセットと、ここにおいて、温度補償基準電圧は、前記第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第3のセットの両端に生成される、
を備える、装置。
[C2] 前記電流ジェネレータは、
絶対温度に相補的である(CTAT)電流を生成するように構成されたCTAT電流ジェネレータと、および、
絶対温度に比例する(PTAT)電流を生成するように構成されたPTAT電流ジェネレータとを備え、ここにおいて、前記第1の温度補償電流は、前記CTAT電流および前記PTAT電流の組み合わせを備える、C1に記載の装置。
[C3] 前記CTAT電流ジェネレータは、
第1のCTAT電圧を生成するように構成された第1のデバイスと、
1つまたは複数の抵抗器の第4のセットとを備え、ここにおいて、前記第1のCTAT電圧は、前記CTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の前記第4のセットの両端に印加される、C2に記載の装置。
[C4] 前記第1のデバイスは、ダイオードまたはダイオード接続トランジスタを備える、C3に記載の装置。
[C5] 前記PTAT電流ジェネレータは、
第2のCTAT電圧を生成するように構成された第2のデバイスと、および、
第3の電圧と前記第2のCTAT電圧との差に基づいてPTAT電圧をそれにわたって受け取るように構成された1つまたは複数の抵抗器の第5のセットとを備え、ここにおいて、前記第3の電圧は、前記第1のCTAT電圧に基づく、C3に記載の装置。
[C6] 前記第2のデバイスは、並列に結合された複数のダイオードまたは並列に結合された複数のダイオード接続トランジスタを備える、C5に記載の装置。
[C7] 前記電流ジェネレータは、前記第1のCTAT電圧に基づいて前記第3の電圧を生成するように構成された第2の制御回路をさらに備える、C5に記載の装置。
[C8] 前記第2の制御回路は、
前記第1のCTAT電圧を受け取るように構成された第1の入力と、
前記第3の電圧を受け取るように構成された第2の入力と、
前記第1のCTAT電圧および前記第3の電圧に基づいて制御信号を生成するように構成された出力と
を備える、第1の演算増幅器と、
前記制御信号を受け取るように構成された制御端子を含む第1のトランジスタと、ここにおいて、前記第1のトランジスタは、第1の電圧レールと第1のノードとの間に結合される、および、
前記第1の演算増幅器の前記第1の入力と前記第1のノードとの間に結合された1つまたは複数の抵抗器の第6のセットとを備え、
ここにおいて、1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットは、前記第1の演算増幅器の前記第2の入力と前記第1のノードとの間に結合され、
ここにおいて、1つまたは複数の抵抗器の第7のセットは、前記第1の演算増幅器の前記第2の入力と第2の電圧レールとの間に結合される、C7に記載の装置。
[C9] 前記第1の制御回路は、
抵抗器の前記第2のセットと抵抗器の前記第3のセットとの間に結合された第2のトランジスタと、および、
前記第1の演算増幅器の前記第2の入力に結合された第1の入力と、抵抗器の前記第2のセットと前記第2のトランジスタとの間の第2のノードに結合された第2の入力と、前記第2のトランジスタの制御端子に結合された出力とを含む第2の演算増幅器と
を備える、C8に記載の装置。
[C10] 前記第1の制御回路は、
抵抗器の前記第2のセットと抵抗器の前記第3のセットとの間に結合されたトランジスタと、および、
抵抗器の前記第1のセットに結合された第1の入力と、抵抗器の前記第2のセットと前記トランジスタとの間の第2のノードに結合された第2の入力と、および、前記トランジスタの制御端子に結合された出力とを含む演算増幅器と
を備える、C1に記載の装置。
[C11] 方法であって、
1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成することと、ここにおいて、第1の電圧は、前記第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットの両端に生成される、
1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成することと、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、前記第2の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットを通して生成される、および、
1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して前記第2の温度補償電流を適用することと、ここにおいて、温度補償基準電圧は、前記第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第3のセットの両端に生成される、
を備える、方法。
[C12] 前記第1の温度補償電流を生成することは、
絶対温度に相補的である(CTAT)電流を生成することと、
絶対温度に比例する(PTAT)電流を生成することと、および、
前記第1の温度補償電流を生成するために前記CTAT電流と前記PTAT電流を組み合わせることと
を備える、C11に記載の方法。
[C13] 前記CTAT電流を生成することは、
第1のCTAT電圧を生成することと、および、
前記CTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第4のセットの両端に前記第1のCTAT電圧を印加することと
を備える、C12に記載の方法。
[C14] 前記第1のCTAT電圧を前記生成することは、ダイオードまたはダイオード接続トランジスタにバイアスをかけること(biasing)を備える、C13に記載の方法。
[C15] 前記PTAT電流を生成することは、
第2のCTAT電圧を生成することと、
前記第1のCTAT電圧に基づいて第3の電圧を生成することと、および、
前記PTATを生成するために1つまたは複数の抵抗器の第5のセットの両端に第4の電圧を印加することとを備え、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記第3の電圧と前記第2のCTAT電圧との差に基づく、C13に記載の方法。
[C16] 前記第2のCTAT電圧を生成することは、並列に結合された複数のダイオードまたは並列に結合された複数のダイオード接続トランジスタにバイアスをかけることを備える、C15に記載の方法。
[C17] 前記第1のCTAT電圧に基づくように前記第3の電圧を構成するための制御信号を生成することをさらに備える、C15に記載の方法。
[C18] 前記制御信号に基づいてバイアス電圧を形成することと、ここにおいて、前記第1の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
抵抗器の第6のセットの両端に第4の電圧を印加することと、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記バイアス電圧と前記第1のCTAT電圧との差に基づく、および、
抵抗器の第7のセットの両端に第5の電圧を印加することと、ここにおいて、前記第5の電圧は、前記第3の電圧と供給レール電圧との差に基づく、
をさらに備える、C17に記載の方法。
[C19] 前記第2の電圧を生成することは、
前記第3の電圧に基づいて第6の電圧を生成することを備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第6の電圧との差に基づく、C18に記載の方法。
[C20] 前記第2の電圧を生成することは、
抵抗器の前記第1および第2のセットの両方のそれぞれの第1の端部に印加されるバイアス電圧を生成することと、および、
抵抗器の前記第1のセットの第2の端部における第4の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットの第2の端部における第3の電圧を生成することとを備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、C11に記載の方法。
[C21] 装置であって、
1つまたは複数の抵抗器の第1のセットを通して第1の温度補償電流を生成するための手段と、ここにおいて、第1の電圧は、前記第1の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第1のセットの両端に生成される、
1つまたは複数の抵抗器の第2のセットの両端に第2の電圧を生成するための手段と、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧に基づき、および、ここにおいて、第2の温度補償電流は、前記第2の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットを通して生成される、および、
1つまたは複数の抵抗器の第3のセットを通して前記第2の温度補償電流を適用するための手段と、ここにおいて、温度補償基準電圧は、前記第2の温度補償電流に基づいて1つまたは複数の抵抗器の前記第3のセットの両端に生成される、
を備える、装置。
[C22] 前記第1の温度補償電流を生成することは、
絶対温度に相補的である(CTAT)電流を生成するための手段と、
絶対温度に比例する(PTAT)電流を生成するための手段と、および、
前記第1の温度補償電流を生成するために前記CTAT電流と前記PTAT電流を組み合わせるための手段と
を備える、C21に記載の装置。
[C23] 前記CTAT電流を生成するための前記手段は、
第1のCTAT電圧を生成するための手段と、および、
前記CTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第4のセットの両端に前記第1のCTAT電圧を印加するための手段と
を備える、C22に記載の装置。
[C24] 前記第1のCTAT電圧を生成するための前記手段は、ダイオードまたはダイオード接続トランジスタにバイアスをかけるための手段を備える、C23に記載の装置。
[C25] 前記PTAT電流を生成するための前記手段は、
第2のCTAT電圧を生成するための手段と、
前記第1のCTAT電圧に基づいて第3の電圧を生成するための手段と、および、
前記PTAT電流を生成するために1つまたは複数の抵抗器の第5のセットの両端に第4の電圧を印加するための手段とを備え、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記第3の電圧と前記第2のCTAT電圧との差に基づく、C23に記載の装置。
[C26] 前記第2のCTAT電圧を生成するための前記手段は、並列に結合された複数のダイオードまたは並列に結合された複数のダイオード接続トランジスタにバイアスをかけるための手段を備える、C25に記載の装置。
[C27] 前記第1のCTAT電圧に基づくように前記第3の電圧を構成するための制御信号を生成するための手段をさらに備える、C25に記載の装置。
[C28] 前記制御信号に基づいてバイアス電圧を形成するための手段と、ここにおいて、前記第1の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
抵抗器の第6のセットの両端に第4の電圧を印加するための手段と、ここにおいて、前記第4の電圧は、前記バイアス電圧と前記第1のCTAT電圧との差に基づく、および、 抵抗器の第7のセットの両端に第5の電圧を印加するための手段と、ここにおいて、前記第5の電圧は、前記第3の電圧と供給レール電圧との差に基づく、
をさらに備える、C27に記載の装置。
[C29] 前記第2の電圧を生成するための前記手段は、
前記第3の電圧に基づいて第6の電圧を生成するための手段を備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第6の電圧との差に基づく、C28に記載の装置。
[C30] 前記第2の電圧を生成するための前記手段は、
抵抗器の前記第1および第2のセットの両方のそれぞれの第1の端部に印加されるバイアス電圧を生成するための手段と、および、
抵抗器の前記第1のセットの第2の端部における第4の電圧に基づいて抵抗器の前記第2のセットの第2の端部における第3の電圧を生成するための手段とを備え、ここにおいて、前記第2の電圧は、前記バイアス電圧と前記第3の電圧との差に基づく、
を備える、C21に記載の装置。
図1
図2
図3
図4
図5