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KR101885256B1 - A low power all-in-one bandgap voltage and current reference circuit - Google Patents

A low power all-in-one bandgap voltage and current reference circuit Download PDF

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KR101885256B1
KR101885256B1 KR1020160170157A KR20160170157A KR101885256B1 KR 101885256 B1 KR101885256 B1 KR 101885256B1 KR 1020160170157 A KR1020160170157 A KR 1020160170157A KR 20160170157 A KR20160170157 A KR 20160170157A KR 101885256 B1 KR101885256 B1 KR 101885256B1
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absolute
reference voltage
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로를 구현함에 있어서, 리키지 전류(leakage current)를 이용하여 절대온도가 증가함에 따라 선형 증가하는 전압들을 출력하고, 이 전압들 중 하나의 기울기만을 조정하여, 밴드갭 기준전압 및 기준전류를 동시에 발생할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
이를 위해 트랜지스터가 오프된 상태에서 흐르는 리키지 전류를 이용하여 절대온도에 비례하는 전압들을 생성하고, 인위적인 오프셋를 가지는 저전력 증폭기를 이용하여, 상기 전압들 중 하나를 변형하여 기준전류 생성이 가능케 함으로써, 면적과 소모전력을 모두 줄일 수 있는 효과가 있다.
In implementing the low-power bandgap reference voltage and the reference current generation circuit, the present invention uses a leakage current to output linearly increasing voltages as the absolute temperature increases, and only one slope of the voltages And to enable simultaneous generation of a bandgap reference voltage and a reference current.
To this end, it is possible to generate voltages proportional to the absolute temperature by using a leakage current flowing in the off state of the transistor, and to generate a reference current by modifying one of the voltages using a low power amplifier having an artificial offset, And the power consumption can be reduced.

Description

저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로{A LOW POWER ALL-IN-ONE BANDGAP VOLTAGE AND CURRENT REFERENCE CIRCUIT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a low-power band-gap reference voltage and a reference current co-

본 발명은 리퀴지 전류(leakage current)를 이용하여 밴드갭 기준전압과 기준전류를 동시에 발생하는 기술에 관한 것으로, 특히 트랜지스터가 오프된 상태에서 흐르는 리키지 전류를 이용하여 절대온도에 비례하는 전압들을 생성하고, 전원전압이나 온도의 변화에 거의 영향을 받지 않는 전압차를 발생시켜 소비 전력 및 면적을 줄일 수 있도록 한 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a technique for simultaneously generating a bandgap reference voltage and a reference current by using a leakage current. More particularly, the present invention relates to a technique for generating a voltage proportional to an absolute temperature And to reduce the power consumption and the area by generating a voltage difference which is hardly influenced by changes in the power supply voltage or the temperature, thereby generating a low-power bandgap reference voltage and a reference current.

반도체 집적회로에서 기준전압 발생 회로는 공정변화, 전원전압 및 주변의 온도와 같은 조건에 관계없이 일정한 전압을 생성하는 회로를 의미한다. 이와 같은 기준전압 발생회로는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압과 선형적으로 감소하는 전압의 합으로 구현될 수 있다. 기준전압 발생회로 중에서 밴드갭 기준전압 발생 회로는 출력하는 최종 전압 값이 실리콘의 밴드갭과 연관되어 있다.In a semiconductor integrated circuit, a reference voltage generating circuit means a circuit that generates a constant voltage regardless of conditions such as a process change, a power supply voltage, and a surrounding temperature. The reference voltage generating circuit may be implemented by a sum of a linearly increasing voltage and a linearly decreasing voltage as the absolute temperature increases. The final voltage value output from the bandgap reference voltage generating circuit among the reference voltage generating circuits is related to the band gap of silicon.

최근 들어, 전자 통신기술의 급속한 발전에 힘입어 스마트폰, 테블릿 등의 휴대용 기기들이 널리 보급되고 있는 실정에 있다. 그런데, 이러한 휴대용 기기들은 기본적으로 배터리의 한정된 전원을 기반으로 동작하기 때문에 사용 시간을 늘리기 위해서는 저전력으로 동작시키는 것이 필수적이다. 특히, 최근 전 세계적으로 사물 인터넷이 화두가 되고 있으며, 이는 저전력 동작의 중요성이 증가하고 있다는 것을 의미한다.In recent years, portable devices such as smart phones and tablets have become widespread due to the rapid development of electronic communication technology. However, since these portable devices basically operate based on a limited power source of the battery, it is essential to operate the portable device with a low power in order to increase the use time. In particular, the Internet of things has become a hot topic in recent years, which means that the importance of low-power operation is increasing.

일반적으로, 기준전압 발생 회로는 공정변화, 전원전압 및 주변의 온도와 같은 조건에 관계없이 일정한 전압을 생성하기 위해 전체 회로 중 하나의 부분 회로로 사용되므로, 저전력으로 동작하고 좁은 면적에 구현되는 것이 요구되고 있다.
Generally, since the reference voltage generating circuit is used as one partial circuit of the whole circuit to generate a constant voltage regardless of conditions such as process variation, power supply voltage and ambient temperature, it operates at a low power and is realized in a narrow area Is required.

그럼에도 불구하고, 종래 기술에 의한 기준전압 발생 회로는 면적과 소모 전력 간의 트레이드-오프를 극복하지 못하여, 저전력으로 구동하는데 어려움이 있거나 좁은 면적에 구현하는데 어려움이 있다.Nevertheless, the conventional reference voltage generating circuit can not overcome the trade-off between the area and the consumed power, so that it is difficult to operate at a low power or it is difficult to implement in a small area.

이와 같은 어려움을 극복하기 위하여, 기준전압 발생 회로에서 출력되는 기준전압을 증폭기에 음성 되먹임시키는 방식으로 전압/전류를 변환하는 것을 고려할 수 있으나, 기준전압 값이 충분히 높기 때문에 저전력으로 동작시키는 경우 많은 개수의 저항이 필요하고 면적이 비정상적으로 넓어지는 문제점이 있다.
In order to overcome such difficulties, it is possible to consider the voltage / current conversion by a method of voicing the reference voltage outputted from the reference voltage generation circuit to the amplifier in a negative feedback manner. However, since the reference voltage value is sufficiently high, Resistance is required and the area is abnormally widened.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 밴드갭 기준전압 발생 회로를 저전력으로 동작시키고 설치 면적을 줄일 수 있도록 하기 위하여, 트랜지스터의 리키지 전류만을 이용하여 다이오드가 생성하는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 전압과 기울기 값이 동일하고 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압을 단번에 생성할 수 있도록 하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bandgap reference voltage generation circuit that can operate with a low power and reduce a mounting area by using only a leakage current of a transistor, And a voltage that increases linearly as the absolute temperature increases.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 하나의 저전력 증폭기를 추가하여 기존의 트레이드-오프 관계에서 벗어날 수 있도록 하고, 이 저전력 증폭기에 인위적인 오프셋을 주어 한 회로에서 기준전압과 기준전류를 동시에 생성할 수 있도록 하는데 있다.
Another problem to be solved by the present invention is to add a low-power amplifier so as to deviate from the existing trade-off relationship, and to simultaneously generate a reference voltage and a reference current in a circuit given an artificial offset to the low- .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로는, 리키지 전류를 이용하여 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 절대온도 비례전압들을 생성하는 절대온도 비례전압 생성부; 상기 절대온도 비례전압들 중 최상위 레벨의 절대온도 비례전압을 복사하여 출력하는 제1 저전력 증폭기; 상기 절대온도 비례전압들 중에서 중간 레벨의 절대온도 비례전압을 복사하여 출력하되, 상기 제1 저전력증폭기에서 출력되는 절대온도 비례전압의 기울기와 같고 전압차를 갖는 형태로 복사하여 출력하는 제2 저전력 증폭기 및 상기 제1 저전력증폭기로부터 출력되는 절대온도 비례전압을 이용하여 기준전압을 출력함과 아울러, 상기 제1,2 저전력증폭기로부터 출력되는 두 개의 절대온도 비례전압을 이용하여 온도에 둔감한 기준전류를 출력하는 기준전압 및 기준전류 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a co-generation circuit for a low-power bandgap reference voltage and a reference current, which includes linear temperature-proportional voltages that increase linearly as the absolute temperature increases, An absolute temperature proportional voltage generator for generating an absolute temperature; A first low-power amplifier for copying and outputting an absolute-temperature-proportional voltage at the highest level among the absolute-temperature-proportional voltages; A second low-power amplifier for copying and outputting an absolute-temperature-proportional voltage at an intermediate level among the absolute-temperature-proportional voltages in a form having a voltage difference equal to the slope of the absolute temperature-proportional voltage output from the first low- And an absolute temperature proportional voltage output from the first low power amplifier to output a reference voltage and a reference current insensitive to temperature using two absolute temperature proportional voltages output from the first and second low power amplifiers And outputting a reference voltage and a reference current output unit.

본 발명은 트랜지스터의 리키지 전류만을 이용하여 다이오드가 생성하는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 전압과 기울기 크기가 동일한 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압을 단번에 생성함으로써, 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생회로를 저전력으로 동작시키는 것이 가능하고 동시에 면적을 줄일 수 있는 효과가 있다.As the absolute temperature generated by the diode increases by using only the leakage current of the transistor and the absolute value of the linearly decreasing voltage and the absolute value of the slope of the absolute value of the voltage increase linearly, The gap reference voltage and the reference current generation circuit can be operated with low power and the area can be reduced.

또한, 하나의 저전력 증폭기를 추가하고 이 저전력 증폭기에 인위적인 오프셋을 줌으로써 하나의 회로에서 기준전압과 기준전류를 동시에 출력할 수 있는 효과가 있다.
In addition, by adding one low-power amplifier and providing an artificial offset to the low-power amplifier, it is possible to simultaneously output the reference voltage and the reference current in one circuit.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로도이다.
도 2의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압들을 나타낸 그래프이다.
도 3은 저전력 증폭기에 의해 복사된 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압과 인위적인 오프셋을 가지는 저전력 증폭기에 의해 기울기가 변형되어 복사된 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명에 따른 기준전압 및 기준전류와 공정변화와의 관계 그래프이다.
도 4b는 본 발명에 따른 기준전압 및 기준전류와 전원전압과의 관계 그래프이다.
도 4c는 본 발명에 따른 기준전압 및 기준전류와 온도와의 관계 그래프이다.
1 is a circuit diagram of a low-power bandgap reference voltage and a reference current according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing voltages that increase linearly as the absolute temperature increases.
FIG. 3 is a graph showing voltages radiated by a low-power amplifier having a linearly increasing voltage and an artificial offset as the absolute temperature copied by the low-power amplifier increases.
4A is a graph showing a relationship between a reference voltage and a reference current and a process variation according to the present invention.
4B is a graph showing a relationship between a reference voltage, a reference current, and a power supply voltage according to the present invention.
4C is a graph of a relation between the reference voltage and the reference current and the temperature according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)는, 절대온도 비례전압 생성부(110), 제1 저전력 증폭기(120), 제2 저전력 증폭기(130) 및 기준전압 및 기준전류 출력부(140)를 구비한다.FIG. 1 is a circuit diagram of a low-power bandgap reference voltage and a reference current according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the reference voltage and reference current generation circuit 100 includes an absolute temperature proportional voltage generator 110, A first low power amplifier 120, a second low power amplifier 130, and a reference voltage and reference current output unit 140.

절대온도 비례전압 생성부(110)는 오프된 상태에서 동작하는 트랜지스터를 통해 흐르는 리키지 전류를 이용하여 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3-5 절대온도비례전압(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)을 생성한다. The absolute temperature proportional voltage generating unit 110 generates a third-fifth absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 , V (V PTAT3) , V PTAT4 , V PTAT5 ).

이를 위해 절대온도 비례전압 생성부(110)는 전원전압(VDD)과 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3절대온도비례전압(VPTAT3)의 사이에 연결된 P 채널 MOS 트랜지스터(이하,'피모스 트랜지스터'라 칭함)(MP1)를 구비하여 스타트-업(start-up) 기능을 수행하는 제1 리키지전류 출력부(111), 게이트, 소스 및 벌크영역이 공통 연결된 형태로 기준전압(VREF)과 상기 제3절대온도비례전압(VPTAT3)의 사이에 병렬로 연결된 복수 개의 피모스 트랜지스터(MP2)를 구비하여 리키지 전류를 출력하는 제2 리키지전류 출력부(112) 및 게이트와 드레인이 각기 연결되고 소스와 벌크영역이 각기 연결된 형태로 상기 제3절대온도비례전압(VPTAT3)과 접지전압의 사이에 직렬로 연결된 피모스 트랜지스터들(MP3, MP4, MP5)을 구비하여 주변의 절대온도 증가에 따라 선형적으로 증가하는 최상위 레벨의 제3 절대온도비례전압(VPTAT3),중간 레벨의 제4 절대온도비례전압(VPTAT4) 및 최하위 레벨의 제5 절대온도비례전압(VPTAT5)을 출력하는 절대온도 비례전압 출력부(113)를 구비한다. To this end, the absolute temperature proportional voltage generating unit 110 includes a P-channel MOS transistor (hereinafter, referred to as a " P-channel MOS transistor ") connected between the power source voltage VDD and a third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 that increases linearly as the absolute temperature increases. A first rectifier current output unit 111 having a PMOS transistor MP1 and performing a start-up function, a first rectifier current output unit 111 having a gate, a source, and a bulk region, A second rectifier current output unit 112 having a plurality of PMOS transistors MP2 connected in parallel between the first absolute temperature proportional voltage V REF and the third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 to output a leakage current, And PMOS transistors (MP3, MP4, MP5) connected in series between the third absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 ) and the ground voltage in such a manner that drains are connected to each other and source and bulk regions are connected to each other, Linearly with increasing absolute temperature A third absolute temperature proportional voltage (V PTAT3), the mid-level of the fourth absolute temperature proportional voltage (V PTAT4) and fifth absolute temperature proportional voltage absolute temperature proportional voltage output for outputting a (V PTAT5) of the lowest level of the applied top-level (113).

제1리키지전류 출력부(111)에 구비된 피모스 트랜지스터(MP1)는 제2 리키지전류 출력부(112)에 구비된 피모스 트랜지스터(MP2)에 비하여 아주 작은 사이즈를 갖는다. 상기 피모스 트랜지스터(MP1)는 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)가 두 개의 동작점 중 원하는 동작점에서 안전하게 동작하도록 스타트-업시키는 역할을 하며, 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)가 정상 동작을 하는 동안에는 별다른 영향을 주지 않는다.The PMOS transistor MP1 provided in the first rekey current output section 111 has a very small size as compared with the PMOS transistor MP2 provided in the second rekey current output section 112. [ The PMOS transistor MP1 serves to start up the reference voltage and reference current coincidence circuit 100 so that the circuit 100 operates safely at a desired one of the two operating points. The reference voltage and reference current coincidence circuit 100 ) Does not have a significant effect during normal operation.

리키지전류 출력부(112)에 구비된 복수 개의 피모스 트랜지스터(MP2)의 게이트, 소스 및 벌크영역은 기준전압(VREF)에 공통으로 연결되고, 드레인은 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3절대온도비례전압(VPTAT3)에 공통으로 연결된다. 따라서, 상기 복수 개의 피모스 트랜지스터(MP2)들의 게이트 전압과 소스 전압이 각각 동일한 레벨이 된다. 이에 따라, 상기 복수 개의 피모스 트랜지스터(MP2)들은 문턱전압 아래의 영역에서 절대온도에 따른 리키지 전류만 흐르는 상태가 된다. The gate, source, and bulk regions of the plurality of PMOS transistors MP2 provided in the Rician ground current output section 112 are commonly connected to the reference voltage V REF , and the drain increases linearly as the absolute temperature increases The third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 . Therefore, the gate voltage and the source voltage of the plurality of PMOS transistors MP2 become the same level, respectively. Accordingly, the plurality of PMOS transistors MP2 are in a state in which only the leakage current according to the absolute temperature flows in a region below the threshold voltage.

절대온도 비례전압 출력부(113)에 구비된 피모스 트랜지스터(MP3)는 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)을 소스에 출력하고, 피모스 트랜지스터(MP4)는 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제4 절대온도비례전압(VPTAT4)을 소스에 출력하고, 피모스 트랜지스터(MP5)는 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제5 절대온도비례전압(VPTAT5)을 소스에 출력한다.The PMOS transistor MP3 provided in the absolute temperature proportional voltage output section 113 outputs a third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 that increases linearly as the absolute temperature of the surroundings increases, The transistor MP4 outputs a fourth absolute temperature proportional voltage V PTAT4 , which increases linearly as the absolute temperature of the surroundings increases, and the PMOS transistor MP5 outputs a fourth absolute temperature proportional voltage V PTAT4 , And outputs a fifth absolute temperature proportional voltage (V PTAT5 ) that is increasing in value to the source.

그리고, 상기 피모스 트랜지스터들(MP1, MP2, MP3, MP4, MP5)이 상기와 같은 구조로 연결되어 있으므로, 상기 제3-5 절대온도비례전압(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)의 레벨은 상기 피모스 트랜지스터들(MP3, MP4, MP5)을 통해 흐르는 리키지 전류에 의해 결정된다. Since the PMOS transistors MP1, MP2, MP3, MP4, and MP5 are connected in the above-described structure, the levels of the third to fifth absolute temperature proportional voltages V PTAT3 , V PTAT4 , and V PTAT5 are Is determined by the leakage current flowing through the PMOS transistors (MP3, MP4, MP5).

상기 피모스 트랜지스터들(MP1, MP2, MP3, MP4, MP5)은 문턱전압 이하의 전압에서 동작한다. 상기 피모스 트랜지스터(MP2)의 게이트, 소스 및 벌크영역이 기준 전압(VREF)에 공통으로 연결되어 있으므로 상기 피모스 트랜지스터(MP2)는 자기 안정화(self-regulated)를 유지할 수 있게 된다.The PMOS transistors MP1, MP2, MP3, MP4, and MP5 operate at voltages lower than the threshold voltage. Since the gate, source, and bulk regions of the PMOS transistor MP2 are commonly connected to the reference voltage V REF , the PMOS transistor MP2 can be self-regulated.

기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)는 정상동작 모드에서 상기 피모스 트랜지스터(MP1)의 영향은 거의 무시할 수 있기 때문에 상기 제3-5 절대온도비례전압들(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)은 전원전압(VDD)의 영향을 거의 받지 않고, 단지 절대온도에 비례하여 증가하는 특징을 갖는다. 또한, 상기 피모스 트랜지스터들(MP3, MP4, MP5)을 통해 흐르는 전류량은 상기 피모스 트랜지스터들(MP1, MP2)를 통해 흐르는 리키지 전류의 총 전류와 같게 된다. Since the influence of the PMOS transistor MP1 can be almost neglected in the normal operation mode, the reference voltage and reference current coincidence circuit 100 can prevent the third to fifth absolute temperature proportional voltages V PTAT3 , V PTAT4 , and V PTAT5 Is characterized in that it is hardly influenced by the power supply voltage V DD and increases only in proportion to the absolute temperature. Also, the amount of current flowing through the PMOS transistors MP3, MP4, and MP5 is equal to the total current of the leakage current flowing through the PMOS transistors MP1 and MP2.

결국, 절대온도 비례전압 생성부(110)는 상기 설명에서와 같이 발생되는 리키지 전류를 이용하여 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3-5 절대온도 비례전압(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)을 출력하므로, 낮은 전력(이하, "저전력"이라 칭함)으로 동작할 수 있게 된다. 또한, 제1 리키지전류 출력부(111)는 기준전압 및 기준전류 동시 발생회로(100)의 스타트-업을 위해 리키지 전류 중에서도 제2 리키지 전류 출력부(112)에서 흐르는 리키지 전류에 비하여 무시할 수 있을 만큼의 리키지 전류만을 사용한다. 이에 따라, 스타트-업을 위한 회로를 별도로 구비하는 종래의 밴드갭 기준전압 생성 회로들에 비해 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)의 소모 전력량이 줄어들게 된다.The absolute temperature-proportional-voltage generating unit 110 generates a third-fifth absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 , V PTAT4 ) that increases linearly as the absolute temperature increases by using the leak current generated as described above , V PTAT5 ), it becomes possible to operate with low power (hereinafter referred to as " low power "). In addition, the first rekey current output section 111 outputs the first reference current and the second reference current in comparison with the leakage current flowing in the second leaky current output section 112 among the leaky currents for start-up of the reference voltage and reference current generation circuit 100 Only use enough leakage current to be negligible. Accordingly, the amount of power consumed by the reference voltage and reference current coincidence circuit 100 is reduced as compared with the conventional bandgap reference voltage generation circuits having separate circuits for start-up.

종래의 밴드갭 기준전압 발생 회로의 출력전압은 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압과 선형적으로 감소하는 전압의 합으로 이루어지는데, 이러한 두 전압의 합이 온도 경향성을 갖지 않으려면 절대온도에 대한 변화량의 크기가 서로 같아야 한다. 종래의 밴드갭 기준전압 발생 회로는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 전압을 출력하기 위해 다이오드를 구비하는데, 이 다이오드로부터 출력되는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 전압과 선형적으로 증가하는 전압의 기울기를 서로 같게 맞추기 위해서는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 전압의 기울기를 증가시켜야 한다. 이를 위해 종래의 밴드갭 기준전압 발생 회로에서는 두 개의 저항을 사용하는데 비하여, 본 발명의 실시예에서는 리키지 전류와 상기와 같은 연결 구조를 갖는 피모스 트랜지스터들(MP3, MP4, MP5)을 사용한다.The output voltage of a conventional bandgap reference voltage generating circuit is a sum of a linearly increasing voltage and a linearly decreasing voltage as the absolute temperature increases. If the sum of these two voltages does not have a temperature tendency, The magnitude of the change in temperature must be the same. The conventional bandgap reference voltage generating circuit has a diode for outputting a linearly decreasing voltage as the absolute temperature increases. The linearly decreasing voltage and the linearly decreasing voltage increase as the absolute temperature output from the diode increases. The slope of the linearly increasing voltage should be increased as the absolute temperature increases. To this end, in the conventional bandgap reference voltage generating circuit, two resistors are used. In contrast, in the embodiment of the present invention, the PMOS transistors MP3, MP4, and MP5 having the above-described connection structure are used .

상기 설명에서와 같이 리키지 전류 출력부(112)와 절대온도 비례전압 출력부(113)를 피모스 트랜지스터로 구현한 이유는 N 채널 모스 트랜지스터(이하, '엔모스 트랜지스터'라 칭함)로 구현할 경우 디프엔웰(DNW)이 추가적으로 요구되어 그에 따른 추가비용이 발생되고, DNW이 갖는 구조에 따른 노이즈 취약점이 존재하기 때문이다.The reason why the leaky current output unit 112 and the absolute temperature proportional voltage output unit 113 are implemented by a PMOS transistor as in the above description is that when implemented as an N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as an NMOS transistor) DNW is additionally required, resulting in additional costs, and there is a noise vulnerability due to the structure of DNW.

도 2는 상기 절대온도 비례전압 생성부(110)에서 출력되는 제3-5 절대온도비례전압들(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)의 특성을 나타낸 그래프이다. 리키지전류 출력부(112)를 통해 흐르는 리키지 전류는 피모스 트랜지스터(MP2)의 드레인-소스 전압이 바뀌어도 거의 바뀌지 않으며, 이 영향으로 인하여 제3-5 절대온도비례전압(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)도 전원전압(VDD)에 의한 영향을 거의 받지 않는다. FIG. 2 is a graph showing characteristics of the third- fifth absolute temperature proportional voltages (V PTAT3 , V PTAT4 , and V PTAT5 ) output from the absolute temperature proportional voltage generator 110. Referring to FIG. The leaky current flowing through the Riky current output unit 112 is hardly changed even if the drain-source voltage of the PMOS transistor MP2 is changed. Due to this influence, the third-fifth absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 , V PTAT4 , V PTAT5 ) is also hardly affected by the power supply voltage (V DD ).

이러한 현상은 트랜지스터의 DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering) 효과에 의해 발생되는데, 종래의 리키지 기반의 절대온도 비례 전압을 사용하는 회로에서는 이 효과를 근거로 절대온도비례전압들이 전원전압(VDD)의 영향을 받지 않는 것으로 간주하였다. 하지만, 이러한 DIBL 효과를 고려하여 식을 유도해 보면, 도 2에 나타난 바와 같이 절대온도 0K에서 제3-5 절대온도비례전압(VPTAT3, VPTAT4, VPTAT5)은 완전히 0V가 되지 않는 것을 알 수 있다. This phenomenon is caused by the Drain-Induced Barrier Lowering (DIBL) effect of the transistor. In a circuit using a conventional leakage-based absolute temperature proportional voltage, the absolute temperature proportional voltages are set to the supply voltage (V DD ) Of the total population. However, when the equation is derived in consideration of the DIBL effect, it is found that the third-fifth absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 , V PTAT4 , V PTAT5 ) at the absolute temperature 0K is not completely 0V .

이것은 인접한 절대온도비례전압 간에 예를 들어, 제3,4 절대온도비례전압(VPTAT3), (VPTAT4) 간에 또는 제4,5 절대온도비례전압(VPTAT4),(VPTAT5) 간에 DIBL 효과에 의한 차이가 존재하기 때문이다. 이 차이 값은 실제로 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)가 동작하는 온도(0℃내지 110℃)에서는 절대적인 레벨에 비해 무시할 수 있을 만큼 작은 값이다. 그런데, 본 발명의 실시예에서는 레벨이 낮은 기준전류(IREF)를 생성하기 위해 상기와 같이 인접한 절대온도비례전압 간의 차이값을 이용한다.This can be achieved, for example, between the third and fourth absolute temperature proportional voltages V PTAT3 and V PTAT4 or between the fourth and fifth absolute temperature proportional voltages V PTAT4 and V PTAT5 , Because there is a difference by. This difference value is a value that is negligibly small compared to the absolute level at the temperature (0 ° C to 110 ° C) at which the reference voltage and reference current coincidence circuit 100 actually operate. However, in the embodiment of the present invention, the difference value between adjacent absolute temperature proportional voltages is used to generate the reference current I REF having a low level.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 기준전류(IREF)를 생성하는 원리를 나타낸 개념도이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인접한 두 절대온도비례전압 예를 들어, 제3,4 절대온도비례전압(VPTAT3),(VPTAT4)은 DIBL 효과에 의해 0K에서 완전히 같지 않다. 3 is a conceptual diagram showing a principle of generating a reference current I REF according to an embodiment of the present invention. According to an embodiment of the present invention, two adjacent absolute temperature proportional voltages, for example, third and fourth absolute temperature proportional voltages (V PTAT3 ) and (V PTAT4 ) are not completely equal at 0K due to the DIBL effect.

그러나, 상대적으로 레벨이 낮은 제4 절대온도비례전압(VPTAT4)의 기울기를 증가시켜 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)의 기울기와 같게 할 경우 레벨이 높은 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)과 기울기가 같으면서 DIBL 효과에 의해 생기는 차이만큼 평행한 제4 절대온도비례전압(VPTAT4)을 생성할 수 있다. However, by increasing the slope of the relatively low level of the fourth absolute temperature proportional voltage (V PTAT4) a third absolute temperature proportional voltage (V PTAT3) gradient and to, if the level is higher the third absolute temperature proportional voltage (V PTAT3 like the ) And a fourth absolute temperature proportional voltage (V PTAT4 ) having the same slope and parallel to the difference caused by the DIBL effect.

도 3에는 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)을 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)으로 변환하고, 제4 절대온도비례전압(VPTAT4)을 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)으로 변환하는 예를 나타내었다. 저전력 증폭기에 음성 되먹임(negative feedback)을 하면 그 저전력 증폭기의 두 입력단자의 전압이 같아지게 되는데, 이를 이용하여 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)을 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)으로 복사할 수 있다. 3, the third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 is converted into a first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 and the fourth absolute temperature proportional voltage V PTAT4 is converted into a second absolute temperature proportional voltage V PTAT2 . An example of conversion is shown. When the negative feedback is applied to the low power amplifier, the voltages of the two input terminals of the low power amplifier become equal to each other. By using the third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 as the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 You can copy.

한편, 인접한 두 지점의 절대온도가 증가하는 것이 선형적으로 증가하는 두 절대온도비례전압의 차이에는 영향을 주지 않고, 그 중에서 하나의 기울기만 변경시키는 것은 인위적인 오프셋 전압을 갖는 제2 저전력 증폭기(130)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 제2 저전력 증폭기(130)의 입력단자에 연결되는 트랜지스터(MP3)의 크기를 트랜지스터(MP2)의 크기와 다르게 하면, 제2 저전력 증폭기(130)에 음성 되먹임을 하였을 때 오프셋 전압이 존재하게 되며, 이에 의해 목표로 하는 제2절대온도비례전압(VPTAT2)의 기울기만 변경된다. 따라서, 이와 같은 방법으로 제1,2 저전력 증폭기(120),(130)의 입력단자에 각기 연결되는 트랜지스터(MP2),(MP3)의 크기를 적절히 다른 값으로 설계하면, 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하며 일정한 차이를 가지는 제1,2 절대온도비례전압(VPTAT1, VPTAT2)을 생성할 수 있다.On the other hand, an increase in the absolute temperature of two adjacent points does not affect the difference between the two absolute temperature-proportional voltages that increase linearly. Changing only one slope of the two absolute temperatures is caused by the second low-power amplifier 130 having an artificial offset voltage ). ≪ / RTI > For example, when the size of the transistor MP3 connected to the input terminal of the second low-power amplifier 130 is set to be smaller than that of the transistor MP2 The offset voltage is present when a negative feedback is given to the second low power amplifier 130, whereby only the slope of the target second absolute temperature proportional voltage V PTAT2 is changed. Therefore, if the sizes of the transistors MP2 and MP3 connected to the input terminals of the first and second low-power amplifiers 120 and 130 are appropriately set to different values in this way, The first and second absolute temperature proportional voltages V PTAT1 and V PTAT2 having a linear difference and having a constant difference can be generated.

종래의 밴드갭 기준전압 생성회로에서와 같이 추가적인 제2 저전력증폭기(130)를 사용하지 않고 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 접지전압 사이에 연결된 저항(R1)을 구비하는 경우, 기준전압 및 기준전류 출력부(140)에 흐르는 전류는 다음의 [수학식 1]으로 표현 될 수 있다. Connected between the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1 ) and the ground voltage, which increases linearly as the absolute temperature increases, without using an additional second low power amplifier (130) as in the conventional bandgap reference voltage generation circuit When the resistor R1 is provided, the reference voltage and the current flowing in the reference current output part 140 can be expressed by the following equation (1).

Figure 112018009116213-pat00001
Figure 112018009116213-pat00001

하지만, 본 발명의 실시예에서와 같이 인접한 두 절대온도비례전압 예를 들어, 제1,2 절대온도비례전압(VPTAT1),(VPTAT2) 중에서 레벨이 낮은 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)의 기울기를 상기와 같이 변경하여 제1,2 절대온도비례전압(VPTAT1),(VPTAT2)의 기울기가 평행하도록 하고, 이들의 사이에 저항(R1)을 연결하는 경우 기준전압 및 기준전류 출력부(140)에 흐르는 전류는 다음의 [수학식 2]와 같이 된다.However, as in the embodiment of the present invention, the second absolute temperature proportional voltage V PTAT2 (V PTAT2 ) having the lower level among the two absolute temperature proportional voltages, for example, the first and second absolute temperature proportional voltages V PTAT1 and V PTAT2, ) Is changed as described above so that the slopes of the first and second absolute temperature proportional voltages V PTAT1 and V PTAT2 are parallel to each other and when the resistor R1 is connected between them, The current flowing in the output section 140 is expressed by the following equation (2).

Figure 112018009116213-pat00002
Figure 112018009116213-pat00002

따라서, 종래의 밴드갭 기준전압 생성회로에서의 저항값과 동일한 저항값의 저항(R1)을 사용하더라도 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)의 레벨이 줄어 더 작은 전류로 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)를 동작시킬 수 있다. 이와 같이 전류 사용량을 줄이는 것에 그치지 않고 상기 [수학식 2]의 분자 부분이 온도에 거의 영향 받지 않도록 하는 전류(I)를 기준전류(IREF)로 사용할 수 있다.Therefore, even when the resistor R1 having the same resistance value as the resistance value in the conventional bandgap reference voltage generating circuit is used, the level of the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1 ) decreases and the reference voltage and the reference current The generating circuit 100 can be operated. In this way, the current I can be used as the reference current I REF so that the molecular part of the above formula (2) is hardly influenced by the temperature.

제1 저전력 증폭기(120)와 인위적인 오프셋 전압을 갖는 제2 저전력 증폭기(130)는 상기 절대온도 비례 전압 생성부(110)로부터 공급되는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3,4 절대온도비례전압(VPTAT3, VPTAT4)을 음성 되먹임하여 복사하거나 기울기를 변경함에 있어서, 문턱전압 아래에서 동작하므로 저전력 구동이 가능하다. The first low-power amplifier 120 and the second low-power amplifier 130 having an artificial offset voltage are connected in series to the third and fourth absolute-temperature-proportional-voltage generating units 110 and 110, respectively. In the case of a negative feedback of the temperature proportional voltage (V PTAT3 , V PTAT4 ) to copy or change the tilt, it operates below the threshold voltage, so low power driving is possible.

기준전압 및 기준전류 생성부(140)는 기준전압 출력부(141) 및 기준전류 출력부(142)를 구비한다.The reference voltage and reference current generation unit 140 includes a reference voltage output unit 141 and a reference current output unit 142.

기준전압 출력부(141)는 상기 제1 저전력 증폭기(120)의 출력전압에 의해 구동되어 기준전압(VREF)을 출력하기 위하여, 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)을 복사하는 역할을 수행한다.The reference voltage output unit 141 is driven by the output voltage of the first low power amplifier 120 to output the reference voltage V REF . In order to output the reference voltage V REF , And plays a role of copying the voltage (V PTAT3 ).

이를 위해 상기 기준전압 출력부(141)는 게이트가 상기 제1저전력 증폭기(120)의 출력단자에 연결되고 전원전압(VDD)과 기준전압(VREF)에 소스와 드레인이 연결된 피모스 트랜지스터(MP6)를 구비한다. The reference voltage output unit 141 includes a PMOS transistor having a gate connected to the output terminal of the first low power amplifier 120 and a source and a drain connected to the power supply voltage V DD and the reference voltage V REF MP6.

기준전류 출력부(142)는 상기 제1 저전력 증폭기(120)에 의해 복사된 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 상기 제2 저전력 증폭기(130)에 의해 복사된 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)을 출력하는 역할을 한다. The reference current output section 142 outputs the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 copied by the first low power amplifier 120 and the second absolute temperature proportional voltage V CTAT1 copied by the second low power amplifier 130 V PTAT2 ).

이를 위해 상기 기준전류 출력부(142)는 기준전압(VREF)과 상기 저전력 증폭기(130)의 출력단자 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1) 및 저항(R1)을 구비한다. 여기서, 상기 다이오드(D1)는 여러 가지 소자로 구현될 수 있는데, 본 실시예에서는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현하였다. The reference current output unit 142 includes a diode D1 and a resistor R1 connected in series between a reference voltage V REF and an output terminal of the low power amplifier 130. [ Here, the diode D1 may be implemented by various elements, and in the present embodiment, the diode D1 is implemented by a bipolar junction transistor (BJT).

제1 저전력 증폭기(120)는 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)을 복사하여 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)으로 출력하는 역할을 한다. The first low power amplifier 120 copies the third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 , which increases linearly as the absolute temperature increases, and outputs the third absolute temperature proportional voltage V PTAT1 as the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 .

이에 대하여, 다이오드(D1)는 상기 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)으로부터 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 온도보상제어전압(VCTAT)을 출력한다. 상기 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 상기 온도보상제어전압(VCTAT)의 온도계수가 일치하면 온도 의존성이 상쇄된다. 따라서, 기준전압(VREF)은 온도에 거의 영향 받지 않으며 실리콘의 밴드갭 전압과 연관된 레벨로 출력된다. 상기 기준전류 출력부(142)에서 상기 다이오드(D1)의 양단에 걸리는 기준전압(VREF)과 제1 절대온도비례전압(VPTAT1) 및 양단 간에 걸리는 온도보상제어전압(VCTAT)의 관계는 다음의 [수학식 3]으로 표현될 수 있다. On the other hand, the diode D1 outputs a temperature compensating control voltage V CTAT that linearly decreases as the absolute temperature increases from the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 . If the temperature coefficient of the temperature compensation control voltage (V CTAT ) is equal to the temperature of the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1 ), the temperature dependency is canceled. Thus, the reference voltage V REF is hardly affected by temperature and is output at a level associated with the bandgap voltage of silicon. The relationship between the reference voltage V REF applied to both ends of the diode D1 at the reference current output section 142 and the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 and the temperature compensation control voltage V CTAT applied across both ends is Can be expressed by the following equation (3).

Figure 112018009116213-pat00003
Figure 112018009116213-pat00003

여기서, 상기 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)은 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)으로부터 복사된 것이며, 이 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)의 기울기는 다이오드(D1)의 기울기와 절대적인 값이 같아야 온도 의존성이 상쇄가 될 수 있다. 그리고, 제3 절대온도비례전압(VPTAT3)의 기울기는 절대온도 비례 전압 생성부(110)의 리키지 전류 출력부(112)에 병렬 연결되는 피모스 트랜지스터(MP2)의 개수를 조절하거나, 절대온도 비례전압 출력부(113)에서 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 접지전압의 사이에 직렬로 연결된 피모스 트랜지스터(MP3-MP5)의 개수를 조절하여 원하는 기울기로 설정할 수 있다. Here, the slope of the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1) is a third will copied from the absolute temperature proportional voltage (V PTAT3), the slope of the third absolute temperature proportional voltage (V PTAT3) is a diode (D1) The absolute value should be the same so that the temperature dependence can be offset. The slope of the third absolute temperature proportional voltage V PTAT3 controls the number of the PMOS transistors MP2 connected in parallel to the reliable current output unit 112 of the absolute temperature proportional voltage generator 110, The number of PMOS transistors MP3-MP5 connected in series between the first absolute temperature proportional voltage V PTAT1 and the ground voltage at the temperature proportional voltage output unit 113 can be adjusted to a desired slope.

상기 제1저전력 증폭기(120)의 상기와 같은 복사 동작과 유사하게, 인위적인 오프셋 전압을 갖는 제2 저전력 증폭기(130)는 제4 절대온도비례전압(VPTAT4)의 절대온도에 대한 기울기를 변형된 형태로 복사하여 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)으로 출력한다. 따라서, 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)은 서로 기울기가 같고 일정한 차이를 갖는 평행한 전압이 된다. 절대온도 0K에서 DIBL 효과에 의한 영향을 고려하는 변수를

Figure 112018009116213-pat00004
라고 표기하면, 제1 절대온도비례전압(VPTAT1)과 제2 절대온도비례전압(VPTAT2)의 사이에 저항(R1)이 연결될 때 이를 통해 온도에 둔감한 즉, 온도에 의해 거의 변하지 않는 기준전류(IREF)가 흐르게 되며, 이 기준전류(IREF)는 다음의 [수학식 4]와 같이 표현할 수 있다.Similar to the above-described copy operation of the first low power amplifier 120, the second low power amplifier 130 having an artificial offset voltage changes the slope of the fourth absolute temperature proportional voltage (V PTAT4 ) And outputs it as a second absolute temperature proportional voltage (V PTAT2 ). Accordingly, the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1 ) and the second absolute temperature proportional voltage (V PTAT2 ) become parallel voltages having the same slope and a constant difference from each other. Variables that take into account the effect of the DIBL effect at an absolute temperature of 0K
Figure 112018009116213-pat00004
When the resistor R1 is connected between the first absolute temperature proportional voltage (V PTAT1 ) and the second absolute temperature proportional voltage (V PTAT2 ), a reference which is insensitive to temperature, that is, The current I REF flows, and this reference current I REF can be expressed by the following equation (4).

Figure 112018009116213-pat00005
Figure 112018009116213-pat00005

따라서, 상기 저항(R1)의 값을 조절하여 상기 기준전류(IREF)의 값을 원하는 값으로 설정할 수 있으며, 이를 위해 상기 저항(R1)을 가변형 저항으로 구현하거나, 스위치를 이용하여 직렬 또는 병렬 형태로 연결할 수 있다. Therefore, the value of the reference current I REF can be set to a desired value by adjusting the value of the resistor R 1. To this end, the resistor R 1 may be implemented as a variable resistor, or a series or parallel It can be connected in form.

한편, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 기준전압과 기준전류의 공정변화, 전원전압 및 주변의 온도가 미치는 영향을 나타낸 도면이다.4A to 4C are diagrams showing influences of a process variation of a reference voltage and a reference current, a power supply voltage and a surrounding temperature according to the present invention.

도 4a는 공정 변화에 따른 기준전압(VREF) 및 기준전류(IREF)의 변화를 나타낸 것이다. 여기서, 공정 변화는 칩으로 구현하기가 어렵기 때문에 몬테-카를로(Monte-Carlo) 시뮬레이션을 통해 구현하였는데, 공정 변화에 둔감한 것으로 확인되었다. 시뮬레이션 결과 기준전압(VREF)은 공정 변화에도

Figure 112018009116213-pat00006
가 0.21%밖에 되지 않았으며, 기준전류(IREF)는
Figure 112018009116213-pat00015
가 4.07%로 마찬가지로 상당히 공정 변화에 둔감한 것으로 확인되었다.4A shows changes in the reference voltage V REF and the reference current I REF with respect to a process change. Here, the process change is implemented by Monte-Carlo simulation because it is difficult to implement by chip, and it is confirmed that it is insensitive to process change. The simulation results show that the reference voltage (V REF )
Figure 112018009116213-pat00006
Was only 0.21%, and the reference current I REF was
Figure 112018009116213-pat00015
Was 4.07%, which was confirmed to be insensitive to the process change.

도 4b는 전원전압이 바뀜에 따라 최종 출력인 기준전압(VREF)과 기준전류(IREF)가 어떻게 변화하는지를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로(100)는 기준전압(VREF)이 약 1.3V에서부터 정상적으로 동작하는 것을 알 수 있으며, 기준전압(VREF)은 0.08%/V의 전원전압 의존성을 나타내고, 기준전류(IREF)는 1.16%/V의 전원전압 의존성을 나타내어 전원전압(VDD)에 거의 영향 받지 않는 것을 알 수 있다. 이는 절대온도 비례 전압 생성부(110)의 전원전압부에 기준전압(VREF)을 인가하여 자기 안정화를 통해 얻은 결과이다.4B is a diagram showing how the reference voltage V REF and the reference current I REF , which are the final outputs, change as the power source voltage is changed. The reference voltage and reference current generation circuit 100 according to the embodiment of the present invention can see that the reference voltage V REF operates normally from about 1.3 V and the reference voltage V REF is 0.08% And the reference current I REF has dependency on the power supply voltage of 1.16% / V, and it is understood that the reference current I REF is hardly affected by the power supply voltage VDD. This is a result obtained by applying the reference voltage (V REF ) to the power supply voltage portion of the absolute temperature proportional voltage generating portion 110 to obtain the self stabilization.

도 4c는 온도가 0℃에서 110℃까지 바뀜에 따라 기준전압(VREF)과 기준전류(IREF)가 변화하는 것을 나타낸 도면이다. 총 10개의 다른 칩으로부터 독립적으로 얻어진 값에 의하면, 평균적으로 기준전압(VREF)은 26ppm/℃의 온도 의존성을 갖고, 기준전류(IREF)는 283ppm/℃의 온도 의존성을 가지는 것으로 확인되었다. 또한, 10개의 칩에서 추출한 값들로 상온에서의 분포도를 따져 보았을 때, 기준전압(VREF)의 평균값은 1.238V, 기준전류(IREF)의 평균값은 6.64nA이며, 기준전압(VREF)은 0.43%, 기준전류(IREF)는 1.19%의

Figure 112018009116213-pat00016
를 나타내었다. 또한 전체 회로를 구동하는데 필요한 총 전력은 상온 기준 약 9.3nW이었다.FIG. 4C is a graph showing a change in the reference voltage V REF and the reference current I REF as the temperature changes from 0 ° C to 110 ° C. On the average, the reference voltage V REF has a temperature dependence of 26 ppm / DEG C and the reference current I REF has a temperature dependence of 283 ppm / DEG C, independently from 10 different chips. The average value of the reference voltage (V REF ) is 1.238 V, the average value of the reference current (I REF ) is 6.64 nA, and the reference voltage (V REF ) 0.43%, the reference current I REF is 1.19%
Figure 112018009116213-pat00016
Respectively. The total power required to drive the entire circuit was about 9.3 nW at room temperature.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

100:기준전압 및 기준전류 동시 발생 회로 110 : 절대온도 비례전압 생성부
111 : 제1 리키지전류 출력부 112 : 제2 리키지전류 출력부
113 : 절대온도 비례전압 출력부 120 : 제1 저전력 증폭기
130 : 제2 저전력 증폭기 140 : 기준전압 및 기준전류 출력부
141 : 기준전압 출력부 142 : 기준전류 출력부
100: Reference voltage and reference current coincidence circuit 110: Absolute temperature proportional voltage generator
111: first rectifier current output unit 112: second rekey current output unit
113: absolute temperature proportional voltage output section 120: first low power amplifier
130: second low power amplifier 140: reference voltage and reference current output section
141: Reference voltage output section 142: Reference current output section

Claims (10)

리키지 전류를 이용하여 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 절대온도 비례전압들을 생성하는 절대온도 비례전압 생성부;
상기 절대온도 비례전압들 중 최상위 레벨의 절대온도 비례전압을 복사하여 출력하는 제1 저전력 증폭기;
상기 절대온도 비례전압들 중에서 중간 레벨의 절대온도 비례전압을 복사하여 출력하되, 상기 제1 저전력증폭기에서 출력되는 절대온도 비례전압의 기울기와 같고 전압차를 갖는 형태로 복사하여 출력하는 제2 저전력 증폭기 및
상기 제1 저전력증폭기로부터 출력되는 절대온도 비례전압을 이용하여 기준전압을 출력함과 아울러, 상기 제1,2 저전력증폭기로부터 출력되는 두 개의 절대온도 비례전압을 이용하여 온도에 둔감한 기준전류를 출력하는 기준전압 및 기준전류 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
An absolute temperature proportional voltage generating unit that generates absolute temperature proportional voltages that linearly increase as the absolute temperature of the surroundings increases using the leakage current;
A first low-power amplifier for copying and outputting an absolute-temperature-proportional voltage at the highest level among the absolute-temperature-proportional voltages;
A second low-power amplifier for copying and outputting an absolute-temperature-proportional voltage at an intermediate level among the absolute-temperature-proportional voltages in a form having a voltage difference equal to the slope of the absolute temperature-proportional voltage output from the first low- And
And outputs a reference voltage using the absolute temperature proportional voltage output from the first low power amplifier and outputs a temperature insensitive reference current using two absolute temperature proportional voltages output from the first and second low power amplifiers And a reference current output unit for outputting a reference voltage and a reference current.
제1항에 있어서, 상기 절대온도 비례 전압 생성부는
오프된 상태에서 동작하는 트랜지스터를 구비하여 항시 리키지 전류를 출력함으로써 원하는 동작점에서만 동작할 수 있도록 스타트-업 기능을 수행하는 제1 리키지전류 출력부;
오프된 상태에서 동작하는 복수 개의 트랜지스터를 구비하여 리키지 전류를 출력하는 제2 리키지전류 출력부 및
상기 제1 리키지전류 출력부 또는 상기 제2 리키지전류 출력부로부터 출력되는 리키지전류를 이용하여, 주변의 절대온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 절대온도 비례전압들을 생성하는 절대온도 비례전압 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
The apparatus of claim 1, wherein the absolute temperature proportional voltage generator
A first rectifier current output unit for performing a start-up function so as to operate only at a desired operating point by always outputting a rectifier current by having a transistor operating in an off state;
A second latch circuit having a plurality of transistors operating in an off state to output a latch current;
An absolute temperature proportional voltage output unit that generates absolute temperature proportional voltages that linearly increase as the absolute temperature of the surroundings increases, using the Rikigan currents output from the first rekey current output unit or the second rekey current output unit A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage;
제2항에 있어서, 상기 제1 리키지전류 출력부의 트랜지스터는
문턱전압 이하의 전압에서 동작하며, 게이트, 소스 및 벌크가 전원전압에 공통으로 연결되고, 드레인이 상기 최상위 레벨의 절대온도 비례전압에 연결된 제1 피모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
3. The method of claim 2, wherein the transistor of the first rekey current output
And a first PMOS transistor operating at a voltage equal to or lower than a threshold voltage and having a gate, a source, and a bulk connected in common to a power supply voltage, and a drain connected to the highest-level absolute temperature proportional voltage, And a reference current generating circuit.
제2항에 있어서, 상기 제2 리키지전류 출력부의 복수 개의 트랜지스터는
문턱전압 이하의 전압에서 동작하며, 게이트, 소스 및 벌크영역이 상기 기준전압에 공통으로 연결되고, 드레인이 상기 최상위 레벨의 절대온도 비례전압에 연결된 복수 개의 제2 피모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the plurality of transistors of the second latch current output section
And a plurality of second PMOS transistors operating at a voltage equal to or lower than the threshold voltage and having a gate, a source and a bulk region connected in common to the reference voltage, and a drain connected to the highest-level absolute temperature proportional voltage. Bandgap reference voltage and reference current generation circuit.
제2항에 있어서, 상기 절대온도 비례전압 출력부는
게이트와 드레인이 각기 연결되고 소스와 벌크영역이 각기 연결된 형태로 상기 최상위 레벨의 절대온도비례전압과 접지전압의 사이에 직렬로 연결된 제3 내지 제5 피모스 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
The apparatus according to claim 2, wherein the absolute temperature proportional voltage output unit
And third to fifth PMOS transistors connected in series between the top-level absolute temperature-proportional voltage and the ground voltage in such a manner that a gate and a drain are connected to each other and a source and a bulk region are connected to each other. Gap reference voltage and reference current generation circuit.
제1항에 있어서, 상기 기준전압 및 기준전류 출력부는
상기 제1 저전력 증폭기에서 출력되는 최상위 레벨의 절대온도 비례전압을 이용하여 상기 기준전압을 출력하는 기준전압 출력부 및
상기 기준전압과 상기 제2 저전력 증폭기에서 출력되는 중간 레벨의 절대온도 비례전압을 이용하여 상기 기준전류를 출력하는 기준전류 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
2. The apparatus of claim 1, wherein the reference voltage and reference current output
A reference voltage output unit for outputting the reference voltage using the highest absolute temperature proportional voltage output from the first low power amplifier,
And a reference current output unit for outputting the reference current using the reference voltage and an intermediate temperature absolute temperature proportional voltage output from the second low power amplifier.
제6항에 있어서, 상기 기준전압 출력부는
소스가 전원전압에 연결되고, 게이트가 상기 제1 저전력증폭기의 출력단자에 연결되며, 드레인이 상기 기준전압에 연결된 제6 피모스 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
7. The apparatus of claim 6, wherein the reference voltage output section
And a sixth PMOS transistor having a source connected to a power supply voltage and a gate connected to an output terminal of the first low power amplifier and a drain connected to the reference voltage. Circuit.
제6항에 있어서, 상기 기준전류 출력부는
상기 기준전압과 상기 중간 레벨의 절대온도 비례전압의 사이에 직렬 연결된 다이오드 및 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
7. The apparatus of claim 6, wherein the reference current output section
And a diode and a resistor connected in series between the reference voltage and the intermediate temperature absolute temperature proportional voltage.
제8항에 있어서, 상기 다이오드는
BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현된 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
9. The device of claim 8, wherein the diode
(BJT). The low-power bandgap reference voltage and the reference current generation circuit are implemented by a BJT (Bipolar Junction Transistor).
제8항에 있어서, 상기 저항은
상기 제1 저전력 증폭기에 의해 복사된 최상위 레벨의 절대온도 비례전압과 상기 제2 저전력 증폭기에 의해 복사된 중간 레벨의 절대온도 비례전압의 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 저전력 밴드갭 기준전압 및 기준전류 발생 회로.
9. The method of claim 8,
Wherein the low-voltage bandgap reference voltage and the reference current are connected between a highest-level absolute temperature-proportional voltage copied by the first low-power amplifier and an intermediate-level absolute-temperature-proportional voltage copied by the second low- Circuit.
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