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JP4931619B2 - Band gap constant voltage circuit - Google Patents

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Description

本発明は、バンドギャップ定電圧回路に係り、さらに詳しくは電源投入時に確実に出力電圧を出力し、立ち上げ時間を短縮するスタートアップ回路に関する。   The present invention relates to a band gap constant voltage circuit, and more particularly to a start-up circuit that reliably outputs an output voltage when power is turned on to shorten a startup time.

図2は、従来のバンドギャップ定電圧回路の回路図である。この電圧源は、PMOSトランジスタP21、P22、P23、P24、P25とNMOSトランジスタNL21、NL22、NL23とNMOSデプレッショントランジスタND21とバイポーラトランジスタB21、B22と抵抗R21、R22、R23、R24で構成されている。図2において第一のバイポーラB21と第2のバイポーラB22の数の比を1:Nに設定すると安定状態において、式1なる出力電圧VREFが得られる。   FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional band gap constant voltage circuit. This voltage source includes PMOS transistors P21, P22, P23, P24, P25, NMOS transistors NL21, NL22, NL23, NMOS depletion transistor ND21, bipolar transistors B21, B22, and resistors R21, R22, R23, R24. In FIG. 2, when the ratio of the number of the first bipolar B21 and the second bipolar B22 is set to 1: N, the output voltage VREF expressed by Equation 1 is obtained in a stable state.

VREF=VBE+Vt×lnN(1+R21/R22) ・・・ (式1)
ここでVBEはバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧、Vtはkをボルツマン定数、Tを絶対温度、qを電子電荷としてVt=kT/qで与えられる。この出力電圧VREFが出力されている状態を通常状態と呼ぶ。
VREF = VBE + Vt × lnN (1 + R21 / R22) (Formula 1)
Here, VBE is a base-emitter voltage of the bipolar transistor, Vt is given by Vt = kT / q where k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and q is electronic charge. The state where the output voltage VREF is output is called a normal state.

従って、高電位の電源端子VDDと低電位の電源端子VSSの間に電源電圧を印加することにより、安定した通常状態では、所定の出力電圧VREFが出力端子から得られるように構成されている。
特許公開2004−318604
Therefore, by applying a power supply voltage between the high potential power supply terminal VDD and the low potential power supply terminal VSS, a predetermined output voltage VREF can be obtained from the output terminal in a stable normal state.
Patent Publication 2004-318604

しかしながら、図2に示した従来のバンドギャップ定電圧回路は、電源投入時の立ち上がり時間が遅く、通常状態でもノイズなどの影響で出力電圧が0Vに安定してしまうという欠点があった。   However, the conventional bandgap constant voltage circuit shown in FIG. 2 has a drawback that the rise time when the power is turned on is slow, and the output voltage is stabilized at 0 V due to noise or the like even in a normal state.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電源投入時の立ち上がり時間を速くし、さらに通常状態でもノイズなどの影響で出力電圧が0Vで安定してしまうことのないバンドギャップ定電圧回路を提供する。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a band gap that increases the rise time at power-on and does not stabilize the output voltage at 0 V due to noise or the like even in a normal state. A constant voltage circuit is provided.

本発明のバンドギャップ定電圧回路は、上記課題を解決するために、トランジスタNM11のゲートで出力端子VREF11の電圧をモニタすることを特徴とする。さらに、トランジスタP119のドレインをバイポーラトランジスタB11のエミッタに接続し、バイポーラトランジスタに電流を流すことを特徴とする。   In order to solve the above problem, the band gap constant voltage circuit of the present invention is characterized in that the voltage of the output terminal VREF11 is monitored by the gate of the transistor NM11. Further, the drain of the transistor P119 is connected to the emitter of the bipolar transistor B11, and a current is passed through the bipolar transistor.

以上のような本発明のバンドギャップ定電圧回路は、電源投入時の立ち上がり時間を速くすることが出来て、通常状態でもノイズなどの影響で出力電圧が0Vで安定してしまうことを防ぐことが可能である。   The bandgap constant voltage circuit of the present invention as described above can increase the rise time when the power is turned on, and can prevent the output voltage from being stabilized at 0 V due to noise or the like even in a normal state. Is possible.

図1は、本発明のバンドギャップ定電圧回路の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a bandgap constant voltage circuit of the present invention.

図1に示すようにバンドギャップ定電圧回路は、差動増幅回路と、差動増幅回路の入力に接続されたレベルシフタ回路と、定電圧回路とを有する。   As shown in FIG. 1, the bandgap constant voltage circuit includes a differential amplifier circuit, a level shifter circuit connected to the input of the differential amplifier circuit, and a constant voltage circuit.

バンドギャップ定電圧回路の差動増幅器は、1対のpチャネル型トランジスタP112およびP113と、閾値電圧の低い(例えば0.45V)nチャネル型トランジスタNL11およびNL12から構成される。(以下、nチャネル型トランジスタをn型トランジスタ、pチャネル型トランジスタをp型トランジスタと略す。)
n型トランジスタNL11のソースは基準電位となるグランドに接地され、ドレインはp型トランジスタP112のドレインに接続され、ゲートはn型トランジスタNL12のゲートに接続されている。さらにn型トランジスタN11のドレインとゲートが接続(ダイオード接続)されている。n型トランジスタNL12は、ソースがグランドに接続され、ドレインはp型トランジスタP113のドレインに接続され、ゲートはn型トランジスタNL11のゲートに接続されている。p型トランジスタP112およびp型トランジスタP113のソースおよびバックゲートはnode11で共通に接続され、p型トランジスタP108およびP104を介して電源電圧VCCに接続される。p型トランジスタP112のゲートはp型トランジスタP114のソースに接続され、p型トランジスタP113のゲートはp型トランジスタP115のソースに接続されている。
The differential amplifier of the bandgap constant voltage circuit includes a pair of p-channel transistors P112 and P113 and n-channel transistors NL11 and NL12 having a low threshold voltage (for example, 0.45 V). (Hereinafter, n-channel transistors are abbreviated as n-type transistors and p-channel transistors are abbreviated as p-type transistors.)
The source of the n-type transistor NL11 is grounded to the ground serving as the reference potential, the drain is connected to the drain of the p-type transistor P112, and the gate is connected to the gate of the n-type transistor NL12. Further, the drain and gate of the n-type transistor N11 are connected (diode connection). The n-type transistor NL12 has a source connected to the ground, a drain connected to the drain of the p-type transistor P113, and a gate connected to the gate of the n-type transistor NL11. The sources and back gates of the p-type transistor P112 and the p-type transistor P113 are commonly connected to the node 11, and are connected to the power supply voltage VCC via the p-type transistors P108 and P104. The gate of the p-type transistor P112 is connected to the source of the p-type transistor P114, and the gate of the p-type transistor P113 is connected to the source of the p-type transistor P115.

閾値電圧の低い(例えば0.45V)n型トランジスタNL13は、差動増幅器の出力端子に接続され、p型トランジスタP111および抵抗R14を介して出力端子VREF11に接続されている。p型トランジスタP111のソースに、p型トランジスタP107のドレインが接続されている。p型トランジスタP107のゲートはp型トランジスタP104のゲートに接続されるとともに定電流源として用いられているp型トランジスタP103のゲートに接続されている。p型トランジスタP107はゲートに定電流源からの電流を供給されてゲートをオン・オフする。これに応じてp型トランジスタP107は電源電圧VCCから抵抗R14を介して出力端子VREF11に電流を供給する。   The n-type transistor NL13 having a low threshold voltage (for example, 0.45V) is connected to the output terminal of the differential amplifier, and is connected to the output terminal VREF11 via the p-type transistor P111 and the resistor R14. The drain of the p-type transistor P107 is connected to the source of the p-type transistor P111. The gate of the p-type transistor P107 is connected to the gate of the p-type transistor P104 and to the gate of the p-type transistor P103 used as a constant current source. The p-type transistor P107 is supplied with a current from a constant current source at its gate to turn on and off the gate. In response to this, the p-type transistor P107 supplies current from the power supply voltage VCC to the output terminal VREF11 via the resistor R14.

p型トランジスタP104は定電流源として用いられているp型トランジスタP103に接続されている。p型トランジスタP104はドレインがp型トランジスタP108を介して差動増幅回路に接続され、ソースが電源電圧VCCに接続されている。そして、p型トランジスタP104はゲートがp型トランジスタP107、P106、P105のゲートに接続されるとともに、定電流源として用いられているp型トランジスタP103のゲートに接続される。p型トランジスタP104はゲートに定電流源からの電流を供給されてゲートをオン・オフする。これに応じてp型トランジスタP104は、電源電圧VCCから差動増幅器に電流を供給する。また、定電圧源として用いられているp型トランジスタP103とp型トランジスタP104とp型トランジスタP105とp型トランジスタP106とp型トランジスタP107はカレントミラー回路を構成している。   The p-type transistor P104 is connected to the p-type transistor P103 used as a constant current source. The p-type transistor P104 has a drain connected to the differential amplifier circuit via the p-type transistor P108, and a source connected to the power supply voltage VCC. The gate of the p-type transistor P104 is connected to the gates of the p-type transistors P107, P106, and P105, and to the gate of the p-type transistor P103 used as a constant current source. The p-type transistor P104 is supplied with a current from a constant current source at its gate and turns on and off the gate. In response to this, the p-type transistor P104 supplies a current from the power supply voltage VCC to the differential amplifier. The p-type transistor P103, the p-type transistor P104, the p-type transistor P105, the p-type transistor P106, and the p-type transistor P107 that are used as constant voltage sources constitute a current mirror circuit.

p型トランジスタP104はp型トランジスタP108をカスコード接続して差動増幅器に接続している。これにより、チャネル長変調を防止することができ、差動増幅器に対して安定した電流を供給することができる。同様に、p型トランジスタP105はp型トランジスタP109をカスコード接続している。p型トランジスタP106はp型トランジスタP110をカスコード接続している。p型トランジスタP107はp型トランジスタP111をカスコード接続している。   The p-type transistor P104 is connected to the differential amplifier by cascode connection of the p-type transistor P108. Thereby, channel length modulation can be prevented, and a stable current can be supplied to the differential amplifier. Similarly, the p-type transistor P105 is cascode-connected to the p-type transistor P109. The p-type transistor P106 is cascode-connected to the p-type transistor P110. The p-type transistor P107 is cascode-connected to the p-type transistor P111.

p型トランジスタP103とn型デプレッショントランジスタND13はドレインで接続されており、定電圧源として用いられている。直流電源として用いられるn型デプレッショントランジスタND13はソース及びゲートをグラウンドに接続し、ドレインをp型トランジスタP103のドレインに接続している。また、p型トランジスタP103のソースは電源電圧VCCに接続され、ドレインはn型デプレッショントランジスタND13のドレインに接続される。p型トランジスタP103はドレインゲート間を接続(ダイオード接続)されており、ゲートはp型トランジスタP104とp型トランジスタP105とp型トランジスタP106とp型トランジスタP107のゲートに接続されている。同様に、p型トランジスタP102とn型デプレッショントランジスタND12も定電圧源として用いられておりp型トランジスタP102のゲートがp型トランジスタP108とp型トランジスタP109とp型トランジスタP110のゲートに接続されている。また、p型トランジスタP101とn型デプレッショントランジスタND11も定電圧源として用いられておりp型トランジスタP101のゲートがp型トランジスタP111のゲートに接続されている。   The p-type transistor P103 and the n-type depletion transistor ND13 are connected by a drain and are used as a constant voltage source. The n-type depletion transistor ND13 used as a DC power supply has a source and a gate connected to the ground, and a drain connected to the drain of the p-type transistor P103. The source of the p-type transistor P103 is connected to the power supply voltage VCC, and the drain is connected to the drain of the n-type depletion transistor ND13. The p-type transistor P103 has a drain-gate connection (diode connection), and the gate is connected to the gates of the p-type transistor P104, the p-type transistor P105, the p-type transistor P106, and the p-type transistor P107. Similarly, the p-type transistor P102 and the n-type depletion transistor ND12 are also used as constant voltage sources, and the gate of the p-type transistor P102 is connected to the gates of the p-type transistor P108, the p-type transistor P109, and the p-type transistor P110. . The p-type transistor P101 and the n-type depletion transistor ND11 are also used as constant voltage sources, and the gate of the p-type transistor P101 is connected to the gate of the p-type transistor P111.

レベルシフタ回路として用いられるp型トランジスタP114はドレインがグランドに接続され、ソースはp型トランジスタP112のゲート及びp型トランジスタP109、p型トランジスタP105を介して電源電圧VCCに接続されている。また、p型トランジスタP114のゲートは抵抗R12とR14を介して出力端子VREF11に接続される。同様に、レベルシフタ回路として用いられるp型トランジスタP115はドレインがグランドに接続され、ソースがp型トランジスタP113のゲート及びp型トランジスタP110、p型トランジスタP106を介して電源電圧VCCに接続される。また、p型トランジスタP115のゲートは抵抗R11とR14を介して出力端子VREFF11に接続される。   The p-type transistor P114 used as the level shifter circuit has a drain connected to the ground, and a source connected to the power supply voltage VCC via the gate of the p-type transistor P112 and the p-type transistors P109 and P105. The gate of the p-type transistor P114 is connected to the output terminal VREF11 via the resistors R12 and R14. Similarly, the p-type transistor P115 used as a level shifter circuit has a drain connected to the ground and a source connected to the power supply voltage VCC via the gate of the p-type transistor P113 and the p-type transistor P110 and the p-type transistor P106. The gate of the p-type transistor P115 is connected to the output terminal VREFF11 via resistors R11 and R14.

出力端子VREF11とグラウンドの間には出力端子VREF11側から順に抵抗R14を介して抵抗R12、抵抗R13、バイポーラトランジスタB12が接続されている。これらとは別に出力端子VREF11とグラウンドの間には出力端子VREF11から順に抵抗R14を介して抵抗R11、バイポーラトランジスタB11が接続されている。   Between the output terminal VREF11 and the ground, a resistor R12, a resistor R13, and a bipolar transistor B12 are connected in order from the output terminal VREF11 side through a resistor R14. Apart from these, a resistor R11 and a bipolar transistor B11 are connected between the output terminal VREF11 and the ground in order from the output terminal VREF11 via a resistor R14.

バイポーラトランジスタB12のベース、コレクタはグラウンドに接続され、エミッタは抵抗R13に接続されている。抵抗R13は一方がバイポーラトランジスタB12に接続されるとともに、他方が抵抗R12とp型トランジスタP114のゲートに接続されている。また、抵抗R12は一方が抵抗R13とp型トランジスタP114のゲートに接続されるとともに、他方がR14を介して出力端子VREF11に接続されている。   The base and collector of the bipolar transistor B12 are connected to the ground, and the emitter is connected to the resistor R13. One end of the resistor R13 is connected to the bipolar transistor B12, and the other end is connected to the resistor R12 and the gate of the p-type transistor P114. One end of the resistor R12 is connected to the resistor R13 and the gate of the p-type transistor P114, and the other end is connected to the output terminal VREF11 via R14.

バイポーラトランジスタB11のベース、コレクタはグラウンドに接続され、エミッタは抵抗R11とp型トランジスタP115のゲートに接続されている。また、抵抗R11は一方がバイポーラトランジスタB12に接続されるとともに、他方が抵抗R14を介して出力端子VREF11に接続されている。   The base and collector of the bipolar transistor B11 are connected to the ground, and the emitter is connected to the resistor R11 and the gate of the p-type transistor P115. One end of the resistor R11 is connected to the bipolar transistor B12, and the other end is connected to the output terminal VREF11 via the resistor R14.

本発明のバンドギャップ定電圧回路は、さらに以下に説明するスタートアップ回路1を備えている。
スタートアップ回路1は、出力端子VREF11の電圧を検出する出力電圧検出回路であるn型トランジスタNM11と、出力電圧検出回路の出力によって制御される電流源であるp型トランジスタP119とから構成される。
n型トランジスタNM11は、ゲートに出力端子VREF11を接続され、ソースにp型トランジスタP117のドレインを接続されている。p型トランジスタP117は、p型トランジスタP116とカレントミラー回路を構成して、n型デプレッショントランジスタND14が発生する定電流をn型トランジスタNM11に流す。直流電源として用いられるn型デプレッショントランジスタND14はソース及びゲートをグラウンドに接続している。
The band gap constant voltage circuit of the present invention further includes a startup circuit 1 described below.
The startup circuit 1 includes an n-type transistor NM11 that is an output voltage detection circuit that detects the voltage of the output terminal VREF11, and a p-type transistor P119 that is a current source controlled by the output of the output voltage detection circuit.
The n-type transistor NM11 has a gate connected to the output terminal VREF11, and a source connected to the drain of the p-type transistor P117. The p-type transistor P117 forms a current mirror circuit with the p-type transistor P116, and allows a constant current generated by the n-type depletion transistor ND14 to flow through the n-type transistor NM11. An n-type depletion transistor ND14 used as a DC power supply has a source and a gate connected to the ground.

p型トランジスタP118とn型トランジスタNM12はインバータを構成して、p型トランジスタP117とn型トランジスタNM11の接続点を入力として接続している。p型トランジスタP118とn型トランジスタNM12のインバータの出力は、電流源であるp型トランジスタP119のゲートに接続している。p型トランジスタP119のソースは、電源電圧VCCに接続され、ドレインはバイポーラトランジスタB11のエミッタに接続されている。   The p-type transistor P118 and the n-type transistor NM12 constitute an inverter and are connected with the connection point of the p-type transistor P117 and the n-type transistor NM11 as an input. The outputs of the inverters of the p-type transistor P118 and the n-type transistor NM12 are connected to the gate of the p-type transistor P119 that is a current source. The source of the p-type transistor P119 is connected to the power supply voltage VCC, and the drain is connected to the emitter of the bipolar transistor B11.

次に、上記した本発明のバンドギャップ定電圧回路のスタートアップ回路1の動作について説明する。
電源投入時、出力端子VREF11の電圧はn型トランジスタNM11の閾値より低い電圧であるためn型トランジスタNM11はオフしている。このため、n型トランジスタNM12がオンし、p型トランジスタP119がオンする。p型トランジスタP119がオンすると、バイポーラトランジスタB11に電流が流れるので、バイポーラトランジスタB11のエミッタ電圧が上がり、出力端子VREF11の電圧が上昇する。出力端子VREF11の電圧が上昇し、n型トランジスタNM11の閾値以上になったとき、n型トランジスタNM11がオンする。このため、p型トランジスタP118がオンし、p型トランジスタP119がオフするので、バイポーラトランジスタB11への電流の供給が停止する。
Next, the operation of the startup circuit 1 of the band gap constant voltage circuit of the present invention described above will be described.
When the power is turned on, since the voltage at the output terminal VREF11 is lower than the threshold value of the n-type transistor NM11, the n-type transistor NM11 is turned off. For this reason, the n-type transistor NM12 is turned on and the p-type transistor P119 is turned on. When the p-type transistor P119 is turned on, a current flows through the bipolar transistor B11, so that the emitter voltage of the bipolar transistor B11 increases and the voltage of the output terminal VREF11 increases. When the voltage at the output terminal VREF11 increases and becomes equal to or higher than the threshold value of the n-type transistor NM11, the n-type transistor NM11 is turned on. For this reason, since the p-type transistor P118 is turned on and the p-type transistor P119 is turned off, supply of current to the bipolar transistor B11 is stopped.

従って、上述のスタートアップ回路1によって、バンドギャップ定電圧回路の電源投入時の立ち上がり時間を速くする事が可能となる。さらに、p型トランジスタP119のサイズを調節することで、電源投入時の立ち上がり時間を調節することもできる。
また、電源投入時以外においても、n型トランジスタNM11が出力端子VREF11の電圧をモニタして、出力端子VREF11の電圧を一定になるように動作するため、ノイズなどの影響で出力端子VREFF11の電圧が0Vで安定することを防ぐことも可能となる。
Therefore, the startup circuit 1 described above makes it possible to increase the rise time when the band gap constant voltage circuit is turned on. Furthermore, the rise time when the power is turned on can be adjusted by adjusting the size of the p-type transistor P119.
Even when the power is not turned on, the n-type transistor NM11 monitors the voltage of the output terminal VREF11 and operates so that the voltage of the output terminal VREF11 becomes constant. Therefore, the voltage of the output terminal VREFF11 is affected by noise or the like. It is also possible to prevent stabilization at 0V.

本発明のバンドギャップ定電圧回路の回路図である。It is a circuit diagram of the band gap constant voltage circuit of the present invention. 従来のバンドギャップ定電圧回路の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional band gap constant voltage circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 スタートアップ回路 1 Start-up circuit

Claims (2)

出力端子に定電圧を出力する定電圧源と、
前記出力端子の電圧をレベル変換する第一及び第二のレベルシフト回路と、
前記第一及び第二のレベルシフト回路の出力を入力して前記出力端子の電圧を制御する差動増幅回路と、
前記出力端子の電圧をモニタする出力電圧検出回路と、
前記出力電圧検出回路の出力によって電流値を制御される電流源を備え、
前記出力電圧検出回路は、
前記出力端子をゲートに接続し、ソースを接地した検出トランジスタであるn型トランジスタと、
ソースとゲートを共通に接地した定電流源であるn型デプレッショントランジスタと、
前記n型デプレッショントランジスタが流す定電流を、前記n型トランジスタに流すカレントミラー回路と、
前記n型トランジスタのドレインと入力を接続したインバータ回路とで構成し、
前記電流源は、
前記インバータ回路の出力にゲートを接続し、ソースを電源電圧に接続し、ドレインを前記レベルシフト回路を構成するバイポーラトランジスタのエミッタに接続したp型トランジスタで構成し、
前記出力端子の電圧が所定の電圧より低いときに、前記p型トランジスタが前記バイポーラトランジスタに電流を供給するように構成されたバンドギャップ定電圧回路。
A constant voltage source that outputs a constant voltage to the output terminal;
First and second level shift circuits for level-converting the voltage of the output terminal;
A differential amplifier circuit that inputs the outputs of the first and second level shift circuits and controls the voltage of the output terminal;
An output voltage detection circuit for monitoring the voltage of the output terminal;
A current source whose current value is controlled by the output of the output voltage detection circuit;
The output voltage detection circuit includes:
An n-type transistor which is a detection transistor having the output terminal connected to the gate and the source grounded;
An n-type depletion transistor which is a constant current source having a source and a gate commonly grounded;
A current mirror circuit for passing a constant current flowing through the n-type depletion transistor to the n-type transistor;
The n-type transistor comprises a drain and an inverter circuit connected to the input,
The current source is
A gate connected to the output of the inverter circuit, a source connected to a power supply voltage, and a drain formed of a p-type transistor connected to an emitter of a bipolar transistor constituting the level shift circuit;
A bandgap constant voltage circuit configured such that the p-type transistor supplies current to the bipolar transistor when the voltage at the output terminal is lower than a predetermined voltage.
前記p型トランジスタのサイズによって、電源投入時の立ち上がり時間を調節することを特徴とする請求項1記載のバンドギャップ定電圧回路。 2. The bandgap constant voltage circuit according to claim 1, wherein a rise time at power-on is adjusted according to a size of the p-type transistor.
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