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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023056258
(43)【公開日】2023-04-19
(54)【発明の名称】基準電圧源回路
(51)【国際特許分類】
H01L 21/822 20060101AFI20230412BHJP
H01L 21/8222 20060101ALI20230412BHJP
【ＦＩ】
H01L27/04 B
H01L27/082 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021165506
(22)【出願日】2021-10-07
(71)【出願人】
【識別番号】000191238
【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】小金 伴弘
【テーマコード（参考）】
5F038
5F082
【Ｆターム（参考）】
5F038BB04
5F038BB06
5F038BB07
5F038BB08
5F082AA19
5F082AA21
5F082BC13
5F082BC15
5F082FA01
5F082HA44
5F082HA47
5F082HA64
5F082HA67
5F082HB12
5F082HB13
5F082HB15
5F082HB16
5F082HB62
5F082HB65
(57)【要約】
【課題】性能評価等のために外部からケーブルを接続した場合においても安定的な動作を可能とする。
【解決手段】基準電源回路は、コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタを備える。第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタには、第３抵抗の一端が接続され、第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間には第１抵抗が接続される。第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと基準電圧出力端子との間には第２抵抗が接続される。差動増幅器の非反転入力端子は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子は第１抵抗及び第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が基準電圧出力端子に接続される。反転入力端子と基準電圧出力端子との間には第１容量が接続される。
【選択図】図１
【解決手段】基準電源回路は、コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタを備える。第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタには、第３抵抗の一端が接続され、第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間には第１抵抗が接続される。第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと基準電圧出力端子との間には第２抵抗が接続される。差動増幅器の非反転入力端子は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子は第１抵抗及び第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が基準電圧出力端子に接続される。反転入力端子と基準電圧出力端子との間には第１容量が接続される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
【請求項2】
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
【請求項3】
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される、基準電圧源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基準電圧源回路に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばリニアレギュレータやＤＣＤＣコンバータ等の電源ＩＣに搭載される集積回路で用いられるアナログ回路の一種として、基準電圧を負荷に供給するための基準電圧源回路が知られている（例えば非特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】浅田邦博・永田穣 監訳、P.R.グレイ/P.J.フルスト/S.H.レビス/R.G.メイヤー 共著、「システムLSIのためのアナログ集積回路設計技術（基礎編）（応用編）」培風館、2004年
【非特許文献2】KAREL E. KUIJK, “A precision reference voltage source,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.8, no. 3, pp.222-226, June.1973.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで図９は参考技術に係る基準電圧源回路１´の一例である。基準電圧源回路１´はバンドギャップリファレンス電圧源として構成され、コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐ、及び、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２ｐを備える。第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタには、第３抵抗Ｒ３ｐの一端が接続される。第３抵抗Ｒ３ｐの他端には第１抵抗Ｒ１ｐの一端が接続される。第１抵抗Ｒ１ｐの他端には、第２抵抗Ｒ２ｐの一端が接続される。第２抵抗Ｒ２ｐの他端は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２ｐのエミッタに接続される。
【0005】
基準電圧源回路１´は、差動増幅器ＡＭＰを有する。差動増幅器ＡＭＰの非反転入力端子は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２ｐのエミッタに接続され、反転入力端子は第１抵抗Ｒ１ｐと第３抵抗Ｒ３ｐとの接続点のノードに接続され、出力端子は第１抵抗Ｒ１ｐと第２抵抗Ｒ２ｐとの接続点のノードに接続される。ここで差動増幅器ＡＭＰの非反転入力端子の電位をν２ｐ、反転入力端子－の電位をν１ｐ、電圧利得をＡ１ｐとすると、差動増幅器ＡＭＰの出力電圧ＶＯｐは、次式で表される。
【0006】
差動増幅器ＡＭＰの電圧利得Ａ１ｐを十分に大きく設定すると、ν２ｐ≒ν１ｐとみなすことができる。このとき第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタベース間電圧をＶＥＢＱｐ１ｐ、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのＱｐ２ｐのエミッタベース間電圧ＶＥＢＱｐ２ｐとすると、第３抵抗Ｒ３ｐに流れる電流ＩＲ３ｐは、次式で表される。
【0007】
一般的に、ＰＮＰバイポーラトランジスタのコレクタ電流、ベース電流、飽和電流、ベースコレクタ電流増幅率、正規化エミッタ面積比、及び、熱電圧はそれぞれＩＣｐ、ＩＢｐ、ＩＳｐ、βｐ、ｍｅ、及び、ＶＴと表され、コレクタ電流とエミッタベース間電圧ＶＥＢとの関係、及び、コレクタ電流とベース電流との関係は、ガンメル・プーンモデルの場合、次式で表される。
【0008】
ここで、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐの正規化エミッタ面積比をｍ、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２ｐの正規化エミッタ面積比を１と仮定すると、図９に示す参考例では、第１抵抗Ｒ１ｐ及び第２抵抗Ｒ２ｐが等しく設定された場合（すなわちＲ１ｐ＝Ｒ２ｐ）、前述のようにν２ｐ≒ν１ｐであることから、（３）式のべースエミッタ間電圧ＶＥＢを（２）式の電位ＶＥＢＱｐ１ｐ及び電位ＶＥＢＱｐ２ｐにそれぞれ適用することにより、（２）式は次式のように変形される。
【0009】
そして第１抵抗Ｒ１ｐに発生する電圧と、第３抵抗Ｒ３ｐに発生する電圧と、電位ＶＥＢＱｐ１ｐの和が出力電圧Ｖｏｐであるから、（４）式を用いると出力電圧Ｖｏｐは、次式で表される。
前述の非特許文献１および非特許文献２によれば、ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタベース間電圧ＶＥＢの温度特性は負の傾きを持っていることが知見として判明しているため、（５）式より、第１項に示される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタベース間電圧ＶＥＢＱｐ１の温度特性の負の傾きを、第２項の熱電圧ＶＴの持つ正の温度特性で打ち消すことで、バンドギャップリファレンス電圧源では、出力電圧ＶＯｐを温度不感とした安定的な電圧出力が可能となる。
【0010】
上記構成を有する基準電圧源回路１´の場合、出力電圧ＶＯｐのバラつき要因は、（５）式の第１項に示される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタベース間電圧ＶＥＢＱｐ１ｐのみである。このバラつきは、第３抵抗Ｒ３ｐをトリミングすることで調整可能である。第３抵抗Ｒ３ｐをトリミングすると（５）式の第２項が変化するが、これは前述した条件であるＲ１ｐ＝Ｒ２ｐを満たしつつ、第１抵抗Ｒ１ｐ及び第２抵抗Ｒ２ｐをトリミングすることで元の値に戻すことが可能である。
【0011】
尚、（５）式の第２項は出力電圧ＶＯｐのバラつきの要因とはならない。なぜなら、Ｒ１ｐ／Ｒ３ｐについては集積回路上では相対精度が良く、熱電圧ＶＴは温度にのみ依存する定数であり、ｌｎ（ｍ）は定数であるため、（５）式の第２項にはバラつき要因が無いためである。
【0012】
ここで基準電圧源回路１´の製造時に例えば出荷前検査等において、基準電圧源回路１´の性能を評価するために、測定装置をケーブルを介して接続する場合がある。例えば、性能評価に基づいて第３抵抗Ｒ３ｐを調整する際には、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタベース間電圧ＶＥＢＱｐ１ｐを把握するために、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐのエミッタ電位を計測する必要があり、また第３抵抗Ｒ３ｐの値を把握するために第３抵抗Ｒ３ｐの両端の電位を計測する必要がある。この場合、第１抵抗Ｒ１ｐと第３抵抗Ｒ３ｐとの間、及び、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと第３抵抗Ｒ３ｐとの間には電圧をモニタリングするための端子がそれぞれ設けられ、これらの端子にケーブルを介して計測装置が接続される。このとき基準電圧源回路１´にはケーブルや計測装置に対応する容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐが付加される。これらの容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐは、基準電圧源回路１´を備える集積回路のサイズに対して、ケーブルが十分長いことから無視できない。
【0013】
図１０は図９に示す基準電圧源回路１´に容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐが付加された場合の回路図である。第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１ｐの電圧電流変換率をｇｍＱｐ１ｐ、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２ｐの電圧電流変換率をｇｍＱｐ２ｐとすると、図９に示す基準電圧源回路１´におけるループ利得は、次式で表される。
一方、容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐが付加された図１０に示す基準電圧源回路１´におけるループ利得は、上記（６）式から次式のように変化する。
【0014】
（６）式及び（７）式を比較すると、基準電圧源回路１´に容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐが付加されることにより、（７）式に示すように、負帰還ループ表す第１項には、これらの容量成分と回路中の各抵抗成分とによって形成されるローパスフィルタの影響により位相遅れが生じてしまい回路が不安定になり、場合によっては発振が生じてしまうおそれがある。また、このように基準電圧源回路１´の安定性が低下すると、各接点における電位が通常時と調整時とで異なる値となってしまい、適切な性能評価が難しくなってしまう。
【0015】
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、性能評価等のために外部からケーブルを接続した場合においても安定的な動作が可能な基準電圧源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
（１）一態様に係る基準電圧源回路は、上記課題を解決するために、
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
【0017】
上記（１）の態様によれば、基準電圧源回路のうち反転入力端子と基準電源出力端子との間に第１容量が接続される。これにより、基準電源回路に含まれる負帰還ループを正帰還ループに対して相対的に強化することで、負帰還ループ側に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続した場合であっても、回路動作が不安定になることを効果的に防止できる。
【0018】
（２）一態様に係る基準電圧源回路は、上記課題を解決するために、
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
【0019】
上記（２）の態様によれば、基準電圧源回路のうち非反転入力端子と接地点との間に第２容量が接続される。これにより、基準電源回路に含まれる負帰還ループを正帰還ループに対して相対的に強化することで、負帰還ループ側に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続した場合であっても、回路動作が不安定になることを効果的に防止できる。
【0020】
（３）一態様に係る基準電圧源回路は、上記課題を解決するために、
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタ及び第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに一端が接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗の他端と基準電圧出力端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタと前記基準電圧出力端子との間に接続された第２抵抗と、
非反転入力端子が前記第２ＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、反転入力端子が前記第１抵抗及び前記第３抵抗の間に設けられたノードに接続され、出力端子が前記基準電圧出力端子に接続された差動増幅器と、
前記反転入力端子と前記基準電圧出力端子との間に接続された第１容量と、
前記非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量と、
を備え、
前記第１のＰＮＰバイポーラトランジスタと前記第２のＰＮＰバイポーラトランジスタの正規化エミッタ面積比が、第１のＰＮＰバイポーラトランジスタ：第２のＰＮＰバイポーラトランジスタ＝ｍ：１（ｍは正の数）に設定される。
【0021】
上記（３）の態様によれば、上記（１）の態様が有する第１容量と、上記（２）の態様が有する第２容量との両方を有する。これにより、基準電源回路に含まれる負帰還ループを正帰還ループに対してより相対的に強化できる。その結果、負帰還ループ側に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続した場合であっても、回路動作が不安定になることを、更に効果的に防止できる。
【発明の効果】
【0022】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、性能評価等のために外部からケーブルを接続した場合においても安定的な動作が可能な基準電圧源回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】第１実施形態に係る基準電圧源回路の回路図である。
【図3】第２実施形態に係る基準電圧源回路の回路図である。
【図5】第３実施形態に係る基準電圧源回路の回路図である。
【図9】参考技術に係る基準電圧源回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0025】
図１は第１実施形態に係る基準電圧源回路１Ａの回路図であり、図２は図１に対して容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が付加された場合の回路図である。基準電圧源回路１Ａはバンドギャップリファレンス電圧源として構成され、コレクタ及びベースがそれぞれ接地された第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１、及び、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２を備える。第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１のエミッタには、第３抵抗Ｒ３の一端が接続される。第３抵抗Ｒ３の他端には第１抵抗Ｒ１の一端が接続される。第１抵抗Ｒ１の他端には、第２抵抗Ｒ２の一端が接続される。第２抵抗Ｒ２の他端は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２のエミッタに接続される。
【0026】
基準電圧源回路１Ａは、差動増幅器ＡＭＰを有する。図１に示すように、差動増幅器ＡＭＰの非反転入力端子は、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２のエミッタに接続され、反転入力端子は第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３との接続点のノードに接続され、出力端子は第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点のノードに接続される。基準電圧源回路１Ａは、差動増幅器ＡＭＰの反転入力端子と基準電圧出力端子との間に接続された第１容量Ｃ１を備える。また基準電圧源回路１Ａは、第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３との接続点のノード、又は、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１のエミッタと第３抵抗Ｒ３との接続点のノードに、電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２が設けられる。図２では、これらの電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に対してケーブル（不図示）を介して電圧測定装置（不図示）が接続された場合に生じる容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が示されている。
【0027】
このような構成を有する基準電圧源回路１Ａは、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第１抵抗Ｒ１を介して反転入力端子に戻る負帰還ループＬｎと、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第２抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に戻る正帰還ループＬｐとを有する。このような基準電圧源回路１Ａにおいて第１容量Ｃ１が付加されることで負帰還ループＬｎのループ利得が増加し、負帰還ループＬｎが正帰還ループＬｐに対して相対的に強化される。これにより、負帰還ループＬｎ側に設けられた電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続することで、容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が生じた場合であっても、回路動作が不安定になることが防止され、安定的な動作が可能となる。
【0028】
図３は第２実施形態に係る基準電圧源回路１Ｂの回路図であり、図４は図３に対して容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が付加された場合の回路図である。尚、図３及び図４に示す基準電圧源回路１Ｂでは、前述の第１実施形態に係る基準電圧源回路１Ａに対応する構成については共通の符号で示しており、特段の記載がない限りにおいて重複する説明は省略する。
【0029】
図３に示すように、基準電圧源回路１Ｂは、差動増幅器ＡＭＰの非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量Ｃ２を備える。また基準電圧源回路１Ｂは、第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３との接続点のノード、又は、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１のエミッタと第３抵抗Ｒ３との接続点のノードに、電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２が設けられる。図４では、これらの電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に対してケーブル（不図示）を介して電圧測定装置（不図示）が接続された場合に生じる容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が示されている。
【0030】
このような構成を有する基準電圧源回路１Ｂは、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第１抵抗Ｒ１を介して反転入力端子に戻る負帰還ループＬｎと、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第２抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に戻る正帰還ループＬｐとを有する。このような基準電圧源回路１Ｂにおいて第２容量Ｃ２が付加されることで正帰還ループＬｐのループ利得が減少し、負帰還ループＬｎが正帰還ループＬｐに対して相対的に強化される。これにより、負帰還ループＬｎ側に設けられた電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続することで、容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が生じた場合であっても、回路動作が不安定になることが防止され、安定的な動作が可能となる。
【0031】
図５は第３実施形態に係る基準電圧源回路１Ｃの回路図であり、図６は図５に対して容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が付加された場合の回路図である。尚、図５及び図６に示す基準電圧源回路１Ｃでは、前述の第１実施形態に係る基準電圧源回路１Ａ、及び、第２実施形態に係る基準電圧源回路１Ｂに対応する構成については共通の符号で示しており、特段の記載がない限りにおいて重複する説明は省略する。
【0032】
図５に示すように、基準電圧源回路１Ｃは、差動増幅器ＡＭＰの反転入力端子と基準電圧出力端子との間に接続された第１容量Ｃ１と、差動増幅器ＡＭＰの非反転入力端子と接地点との間に接続された第２容量Ｃ２と、を備える。また基準電圧源回路１Ｃは、第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３との接続点のノード、又は、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１のエミッタと第３抵抗Ｒ３との接続点のノードに、電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２が設けられる。図６では、これらの電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に対してケーブル（不図示）を介して電圧測定装置（不図示）が接続された場合に生じる容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が示されている。
【0033】
このような構成を有する基準電圧源回路１Ｃは、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第１抵抗Ｒ１を介して反転入力端子に戻る負帰還ループＬｎと、差動増幅器ＡＭＰの出力端子から第２抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に戻る正帰還ループＬｐとを有する。このような基準電圧源回路１Ｃにおいて第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２が付加されることで負帰還ループＬｎのループ利得が増加しで正帰還ループＬｐのループ利得が減少するため、負帰還ループＬｎが正帰還ループＬｐに対して相対的に強化される。これにより、負帰還ループＬｎ側に設けられた電圧モニタリング用端子Ｔ１、Ｔ２に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続することで、容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が生じた場合であっても、回路動作が不安定になることが防止され、前述の第１実施形態に係る基準電圧源回路１Ａ、及び、第２実施形態に係る基準電圧源回路１Ｂよりも、更に安定的な動作が可能となる。
【0034】
ここで図５に示す回路におけるループ利得ＡＬ１、及び、図６に示す回路におけるループ利得ＡＬ２は、差動増幅器ＡＭＰの電圧利得をＡ１、第１ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ１の電圧電流変換率をｇｍＱｐ１、第２ＰＮＰバイポーラトランジスタＱｐ２の電圧電流変換率をｇｍＱｐ２とすると、それぞれ下記の式で表される。
ここで、ａ＝Ｃｐ１Ｃｐ２Ｒ１Ｒ３＋Ｃ１Ｃｐ２Ｒ１Ｒ３、ｂ＝Ｃｐ１Ｒ１Ｒ３ｇｍＱｐ１＋Ｃｐ１Ｒ１＋Ｃｐ２Ｒ１＋Ｃｐ２Ｒ３＋Ｃ１Ｒ１Ｒ３ｇｍＱｐ１＋Ｃ１Ｒ１、ｃ＝Ｒ１ｇｍＱｐ１＋Ｒ３ｇｍＱｐ１＋１、ｄ＝Ｃ１Ｃｐ２Ｒ１Ｒ３、ｅ＝Ｃｐ２Ｒ３＋Ｃ１Ｒ１Ｒ３ｇｍＱｐ１＋Ｃ１Ｒ１、ｆ＝１である。
【0035】
（８－１）及び（８－２）式によれば、図５に示す基準電圧源回路１Ｃのループ利得ＡＬ１は、負帰還ループＬｎを表す第１項が周波数の増加に対して増加し、正帰還ループＬｐを表す第２項は周波数の増加に対して減少するので、図９に示す参考技術よりも安定性に優れていることがわかる。また負帰還ループＬｎを表す第１項の分子次数が（７）式に比べて１つ増え、且つ、分母の次数は２のまま変化していないため、位相余裕が最大で９０°改善されていることが示されている。
【0036】
続いて図７は図５の基準電圧源回路１Ｃの振幅特性及び位相特性を図９の基準電圧源回路１´と比較して示す検証結果であり、図８は図６の基準電圧源回路１Ｃの振幅特性及び位相特性を図１０の基準電圧源回路１´と比較して示す検証結果である。図７及び図８では、Ｒ１ｐ＝Ｒ１＝４００ｋΩ、Ｒ２ｐ＝Ｒ２＝４００ｋΩ、Ｒ２ｐ＝Ｒ２＝４００ｋΩ、Ｒ３ｐ＝Ｒ３＝４０ｋΩ、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ１ｐ１及びＱｐ１の正規化エミッタ面積比を８、Ｃｐ１ｐ＝Ｃｐ１＝１００ｐＦ、Ｃｐ２ｐ＝Ｃｐ２＝１００ｐＦ、Ｃ１＝１０ｐＦ、Ｃ２＝１０ｐＦ、Ａ１ｐ＝Ａ１＝ＡＤＣ／［（１－ｓ／ｐ１）（１－ｓ／ｐ２）］、ＡＤＣ＝１０７．７ｄＢ、ｐ１＝２π×２．３３Ｈｚ、ｐ２＝２π×１．２４ＭＨｚとした場合の検証結果を示している。
【0037】
まず図７によれば、図９の基準電圧源回路１´の位相余裕が８７°＠８０ｋＨｚであり、図５の基準電圧源回路１Ｃにおける位相余裕が７０°＠１ＭＨｚであるため、どちらも安定であることが示されている。また図８によれば、図１０の基準電圧源回路１´の位相余裕が－１６．５°＠５０ｋＨｚであり不安定であるのに対して、図６の基準電圧源回路１Ｃの位相余裕が７１．５°＠５０ｋＨｚであり、安定性を維持していることが示されている。このことから、容量成分Ｃｐ１及びＣｐ２が付加された基準電圧源回路１Ｃは、容量成分Ｃｐ１ｐ及びＣｐ２ｐが付加された基準電圧源回路１´より安定性が優れていることが確認された。
【0038】
以上説明したように上記各実施形態によれば、基準電圧源回路１Ａ～１Ｃは、第１容量Ｃ１又は第２容量Ｃ２の少なくとも一方を備えることにより、基準電源回路に含まれる負帰還ループを正帰還ループに対して相対的に強化することで、負帰還ループ側に性能評価のための測定用のケーブルや装置等を接続した場合であっても、回路動作が不安定になることを効果的に防止できる。
【符号の説明】
【0039】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ（１´） 基準電圧源回路
ＡＭＰ 差動増幅器
Ｃｐ１（Ｃｐ１ｐ） 容量成分
Ｌｎ 負帰還ループ
Ｌｐ 正帰還ループ
Ｑｐ１（Ｑ１ｐ１） 第１バイポーラトランジスタ
Ｑｐ２（Ｑｐ２ｐ） 第２バイポーラトランジスタ
Ｒ１（Ｒ１ｐ） 第１抵抗
Ｒ２（Ｒ２ｐ） 第２抵抗
Ｒ３（Ｒ３ｐ） 第３抵抗
Ｃ１ 第１容量
Ｃ２ 第２容量
ＡＭＰ 差動増幅器
Ｃｐ１（Ｃｐ１ｐ） 容量成分
Ｌｎ 負帰還ループ
Ｌｐ 正帰還ループ
Ｑｐ１（Ｑ１ｐ１） 第１バイポーラトランジスタ
Ｑｐ２（Ｑｐ２ｐ） 第２バイポーラトランジスタ
Ｒ１（Ｒ１ｐ） 第１抵抗
Ｒ２（Ｒ２ｐ） 第２抵抗
Ｒ３（Ｒ３ｐ） 第３抵抗
Ｃ１ 第１容量
Ｃ２ 第２容量
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】