專利名稱：基準電壓生成電路和基準電流生成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生成在其他電路等的動作中作為基準的電壓或電流的基準電壓生成電路和基準電流生成電路，尤其涉及在低消耗功率下生成微小的基準電壓或微小的基準電流的電路。
背景技術：
圖2是生成在電子電路的動作中作為基準的規(guī)定電流(基準電流)的現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)的電路圖。將該電路集成形成在半導體基板上。該電路構(gòu)成為包含根據(jù)基準電壓Vref生成基準電流的電流反射鏡電路2、和為了進行Vref的供給源和電流反射鏡電路2之間的阻抗變化而設置的運算放大器A。作為電流反射鏡電路2和運算放大器A的動作電源，使用了接地GND和供給規(guī)定的正電壓的電源Vcc。另外，將Vref設置為例如1.2V。另外，Vref由調(diào)節(jié)器(regulator)等供給源生成后進行供給。
電流反射鏡電路2構(gòu)成為包含MOS晶體管Q1、Q2和電阻Rref。晶體管Q1、Q2都將柵極連接到運算放大器A的輸出端子，將漏極連接到Vcc。將晶體管Q1的源極連接到運算放大器A的非反相輸入端子。即，Q1的柵極和源極經(jīng)運算放大器A彼此連接。在Q1的源極和GND之間連接基準電阻Rref。
將Vref輸入到運算放大器A的反相輸入端子。另外，如上所述，分別將Q1的柵極和源極及Rref連接到輸出端子和非反相輸出端子。在該運算放大器A的兩個輸入端子之間虛擬短路(virtual short)成立，非反相輸入端子的電壓基本上等于輸入到反相輸入端子的Vref。
基準電阻Rref被施加非反相輸入端子的電壓Vref，生成對應于該電壓的基準電流Iref。該基準電流為電流反射鏡電路的輸入電流，從電流反射鏡電路的輸出側(cè)的晶體管Q2的源極取出對應于基準電流Iref的輸出電流。
這樣，基準電流Iref的大小由基準電壓Vref和基準電阻Rref的大小來決定。因此，對于所施加的基準電壓Vref，在需要生成微小的基準電流Iref的情況下，將Rref的值設置得較大。
再這里，基準電流Iref的溫度特性受到基準電阻Rref的溫度特性的影響。因此，在設計基準電阻Rref時，關心其溫度依賴性變低。另外，在形成集成電路的情況下，電阻通常使用擴散層或多晶硅來形成。其中，多晶硅溫度特性較好，用于基準電阻Rref的形成。
另外，若輸入到運算放大器A的基準電壓微小，則由此也可以生成微小的基準電流Iref。作為根據(jù)通常的穩(wěn)壓器電路(voltage regulator circuit)可生成的1V左右到幾V左右的電壓輸出，例如生成幾百mV左右或其以下的新的基準電壓的簡單方法，有電阻分壓。
多晶硅溫度特性較好，相反片電阻低。因此，在為生成微小的基準電流Iref而要變大基準電阻Rref的情況下，由多晶硅形成的電阻元件在半導體基板上占據(jù)了較大的面積，有引起芯片大小增大或成本增大的問題。
另外，在由電阻分壓電路生成微小電壓的新的基準電壓的情況下，產(chǎn)生消耗功率變大電阻分壓電路上流過的電流份的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而進行的，其目的是提供一種抑制消耗功率且可生成微小的基準電壓的基準電壓生成電路、和抑制基準電阻的大小且可生成微小的基準電流的基準電路生成電路。
本發(fā)明的基準電壓生成電路，其中具有兩個參考電源，其分別產(chǎn)生規(guī)定電壓；電路路徑，其包含在所述兩個參考電源之間彼此串聯(lián)連接的第一電阻和第二電阻；偏壓電流控制電路，其周期性地接通·截斷流過所述電流路徑的偏壓電流；電容器，其將一個端子連接到所述第一電阻和所述第二電阻的連接點及電壓輸出端子；充電開關，其被插入到所述電容器和所述連接點之間；和充電控制電路，其連動于所述偏壓電流的接通·截斷控制而斷續(xù)控制所述充電開關，以控制所述電容器的充電；從所述電壓輸出端子輸出基準電壓。
另一本發(fā)明的基準電壓生成電路，其中具有兩個參考電源，其分別產(chǎn)生規(guī)定電壓；電路路徑，其包含在所述兩個參考電源之間彼此串聯(lián)連接的第一電阻和第二電阻；電流路徑開關，其被串聯(lián)插入所述電流路徑中；電流路徑控制電路，其周期性地斷續(xù)控制所述電流路徑；電容器，其將一個端子連接到所述第一電阻和所述第二電阻的連接點及電壓輸出端子；充電開關，其被插入到所述電容器和所述連接點之間；和充電控制電路，其連動于所述偏壓電流的斷續(xù)控制，周期性地斷續(xù)控制所述充電開關；從所述電壓輸出端子輸出基準電壓。
在又一本發(fā)明的基準電壓生成電路中，分別由晶體管構(gòu)成所述電流路徑開關和所述充電開關。
在又一本發(fā)明的基準電壓生成電路中，所述電流路徑控制電路和所述充電控制電路向所述各晶體管的柵極端子供給公共的時鐘信號，以接通·截斷控制該各晶體管的導通。
在又一本發(fā)明的基準電壓生成電路中，所述充電控制電路僅在包含于所述電流路徑開關接通狀態(tài)的期間而設置的充電期間內(nèi)，使充電開關為接通狀態(tài)。
本發(fā)明的基準電流生成電路，其使用了上述基準電壓生成電路，其中具有阻抗轉(zhuǎn)換放大器，其從所述電壓輸出端子輸入所述基準電壓；電流反射鏡電路，其連接到所述阻抗轉(zhuǎn)換放大器的輸出端子；所述電流反射鏡電路具有基準電阻，其將所述基準電壓施加到一個端子上，并根據(jù)該基準電壓來設置該電流反射鏡電路的輸入電流；輸出對應于該電流反射鏡電路的輸出電流的基準電流。
本發(fā)明的最佳形式是所述阻抗轉(zhuǎn)換放大器由運算放大器構(gòu)成；所述運算放大器將第一輸入端子連接到所述電壓輸出端子，將第二輸入端子連接到所述基準電阻的所述一個端子，且將輸出端子連接到與所述基準電阻相連、構(gòu)成所述電流反射鏡電路的輸入晶體管的電流控制端子上的基準電流生成電路。
根據(jù)本發(fā)明，由于電阻分壓兩端的參考電壓、可生成微小的電壓的電阻分壓電路僅斷續(xù)流過電流，所以實現(xiàn)了消耗功率的降低。將電阻分壓電路生成的微小的電壓保持在電容器中，而用作基準電壓。通過使用該微小的基準電壓，從而可以抑制基準電阻的增大，并且可生成微小的基準電流。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的基準電流生成電路的示意結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是表示現(xiàn)有的基準電流生成電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖中10-基準電壓生成電路，12-電流反射鏡電路，14-調(diào)節(jié)器，16-控制電路。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實施方式(下面稱作實施方式)。
圖1是表示實施方式的基準電流生成電路的示意結(jié)構(gòu)的電路圖。該電路集成形成在半導體基板上。該電路構(gòu)成為包含生成微小的基準電壓Vref2的基準電壓生成電路10、根據(jù)Vref2來生成基準電流的電流反射鏡電路12和為基準電壓生成電路10和電流反射鏡電路12之間的阻抗變換而設置的運算放大器A。
作為電流反射鏡電路12和運算放大器A的動作電源，使用了接地GND和供給規(guī)定的正電壓的電源Vcc。另外，基準電壓生成電路10作為參考電源，具有調(diào)節(jié)器14和GND，并根據(jù)調(diào)節(jié)器14的輸出電壓Vref來新生成基準電壓Vref2后輸出。
基準電壓生成電路10除了調(diào)節(jié)器14之外，構(gòu)成為包含電阻R1、R2、MOS晶體管Q3、Q4、電容器C和控制電路16。
串聯(lián)連接電阻R1和電阻R2，并在調(diào)節(jié)器14的輸出端子和GND之間形成電流路徑。將晶體管Q3插入該電流路徑內(nèi)，作為進行該電路路徑的斷路的開關起作用。例如，將電阻R1的一端連接到調(diào)節(jié)器14，將另一端連接到電阻R2的一端。另外，將電阻R2的另一端連接到晶體管Q3的漏極，將其源極連接到GND。將Q3的柵極連接到控制電路16的輸出端子。
將電容器C的一端經(jīng)晶體管Q4連接到電阻R1和電阻R2的連接點P，同時，連接到基準電壓生成電路10的輸出端子。另外，將電容器C的另一端連接到GND。晶體管Q4例如將漏極連接到連接點P，將源極連接到電容器C，以作為進行電容器C和連接點P的斷路的開關起作用。將Q4的柵極連接到控制電路16的輸出端子。
控制電路16以規(guī)定的周期產(chǎn)生時鐘脈沖，并施加到Q3、Q4的柵極上。同步于該脈沖的上升沿、下降沿，Q3、Q4同時進行導通、截止動作。
具體的，在施加了時鐘脈沖的期間內(nèi)，Q3和Q4變?yōu)閷顟B(tài)。通過使Q3為導通狀態(tài)，從而在R1和R2中流過對應于Vref的電流，在連接點P上產(chǎn)生根據(jù)電阻R1和電阻R2分壓了Vref后的電壓Vp。Vp通過下式給出。
Vp＝Vref·R2/(R1+R2)另外，通過使Q4為導通狀態(tài)，從而電容器C施加電壓Vp，以進行充電，而使得端子間電壓為Vp。
另一方面，在時鐘脈沖截斷的期間內(nèi)，Q3和Q4變?yōu)榻刂範顟B(tài)。通過使Q3為截止狀態(tài)，從而R1和R2中不流過電流。此外，通過使Q4為截止狀態(tài)，從而電容器C與連接點P分離。
在以上的動作中，基準電壓生成電路10的輸出電壓Vref2在時鐘脈沖接通的期間中，變?yōu)閺倪B接點P提供的電壓Vp，在時鐘脈沖截斷的期間中，通過電容器C保持的電壓基本上變?yōu)閂p。即，基準電壓生成電路10輸出保持為恒定的基準電壓Vref2。
根據(jù)R1、R2的值來設置Vref2的值。例如，在將R1設置為R2的9倍的電阻值的情況下，Vref2可以為Vref的1/10。將調(diào)節(jié)器14的輸出電壓Vref設置為例如1V左右到幾V左右。例如，在調(diào)節(jié)器14輸出1.2V，并通過R1和R2將其電阻分壓為1/10的情況下，基準電壓生成電路10輸出的基準電壓Vref2變?yōu)?.12V。這樣，基準電壓生成電路10根據(jù)通常的調(diào)節(jié)器生成的電壓，生成微小的基準電壓Vref2后輸出。
這樣，在本電路中，通過電阻分壓生成微小的基準電壓Vref2，但是在電阻R1、R2中僅間歇地流過電流。由此，抑制了該電阻分壓電路部分的消耗功率。
將所生成的基準電壓Vref2經(jīng)運算放大器A傳到電流反射鏡電路12。另外，由于運算放大器A為高輸入阻抗，所以抑制了電容器C的放電，另外，通過控制電路周期性地產(chǎn)生時鐘脈沖，電容器C以規(guī)定周期重新充電，所以電容器C可以在端子間以良好精度將電壓維持為Vp。
電流反射鏡電路12構(gòu)成為包含MOS晶體管Q1、Q2和電阻Rref。晶體管Q1、Q2都將柵極連接到運算放大器A的輸出端子，另外，將源極連接到Vcc。將晶體管Q1的漏極連接到運算放大器A的非反相輸入端子。即，Q1的柵極和漏極經(jīng)運算放大器A彼此相連。另外，在Q1的漏極和GND之間連接基準電阻Rref。
將基準電壓生成電路10的輸出電壓Vref2輸入到運算放大器A的反相輸入端子。如上所述，分別將Q1的柵極和漏極及Rref連接到輸出端子和非反相輸入端子上。該運算放大器A的兩個輸入端子之間虛擬短路成立，非反相輸入端子的電壓基本上等于輸入到反相輸入端子的Vref2。
基準電阻Rref施加非反相輸入端子的電壓Vref2，并生成基于該電壓的基準電流Iref。該基準電流為電流反射鏡電路的輸入電流，從電流反射鏡電路的輸出側(cè)的晶體管Q2的漏極取出對應于基準電流Iref的輸出電流。
這樣，通過基準電壓Vref2和基準電阻Rref的大小來決定基準電流Iref的大小。具體的，Iref與Vref2成正比，與Rref成反比。本電路如上所述，因為可以微小地設置基準電壓Vref2，所以可以抑制·避免基準電阻Rref的值的增大，并生成微小的基準電流Iref。通過可以更小地設置基準電阻Rref的值，即使使用溫度特性良好且片電阻較小的多晶硅來形成作為基準電阻Rref的電阻元件，也可避免半導體基板上的該電阻元件的面積的增大，可以抑制芯片大小或成本。
在上述的結(jié)構(gòu)中，通過由來自控制電路16的公共時鐘脈沖來開關動作晶體管Q3、Q4，在彼此相同的期間中變?yōu)閷顟B(tài)。與此相對，例如，還可以是分別設置向晶體管Q3的柵極供給時鐘脈沖的電流路徑控制電路和向晶體管Q4的柵極供給時鐘脈沖的充電控制電路，用不同的時鐘脈沖使Q3、Q4開關動作的結(jié)構(gòu)。該情況下，Q4的導通期間可以包含在Q3的導通期間中。由此，在通過Q3的導通決定了連接點P的電壓后，將電容器C連接到連接點P，另一方面，從連接器P切斷電容器C后，停止在電阻分壓電路中流過的電流。由此，在電容器C上施加了穩(wěn)定的連接點P的電壓。
另外，在上述的結(jié)構(gòu)中，通過由Q3構(gòu)成的開關的斷路來進行構(gòu)成電阻分壓電路的R1和R2的電流的控制，但是并不限于該結(jié)構(gòu)，也可采用周期性地接通·截斷流過R1和R2的電流的其他控制機構(gòu)。例如，也可接通·截斷調(diào)節(jié)器14的電壓輸出本身。
權(quán)利要求
1.一種基準電壓生成電路，其中具有兩個參考電源，其分別產(chǎn)生規(guī)定電壓；電路路徑，其包含在所述兩個參考電源之間彼此串聯(lián)連接的第一電阻和第二電阻；偏壓電流控制電路，其周期性地接通·截斷流過所述電流路徑的偏壓電流；電容器，其將一個端子連接到所述第一電阻和所述第二電阻的連接點及電壓輸出端子；充電開關，其被插入到所述電容器和所述連接點之間；和充電控制電路，其連動于所述偏壓電流的接通·截斷控制來斷續(xù)控制所述充電開關，以控制所述電容器的充電；從所述電壓輸出端子輸出基準電壓。
2.一種基準電壓生成電路，其中具有兩個參考電源，其分別產(chǎn)生規(guī)定電壓；電路路徑，其包含在所述兩個參考電源之間彼此串聯(lián)連接的第一電阻和第二電阻；電流路徑開關，其串聯(lián)插入所述電流路徑中；電流路徑控制電路，其周期性地斷續(xù)控制所述電流路徑；電容器，其將一個端子連接到所述第一電阻和所述第二電阻的連接點及電壓輸出端子上；充電開關，其插入到所述電容器和所述連接點之間；和充電控制電路，其連動于所述偏壓電流的斷續(xù)控制，而周期性地斷續(xù)控制所述充電開關；從所述電壓輸出端子輸出基準電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準電壓生成電路，其特征在于，分別由晶體管構(gòu)成所述電流路徑開關和所述充電開關。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基準電壓生成電路，其特征在于，所述電流路徑控制電路和所述充電控制電路向所述各晶體管的柵極端子供給公共的時鐘信號，以接通·截斷控制該各晶體管的導通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基準電壓生成電路，其特征在于，所述充電控制電路僅在包含于所述電流路徑開關為接通狀態(tài)的期間中并被設置的充電期間內(nèi)，使充電開關為接通狀態(tài)。
6.一種基準電流生成電路，其使用了權(quán)利要求1-5中任一項所述的基準電壓生成電路，其中具有阻抗轉(zhuǎn)換放大器，其從所述電壓輸出端子輸入所述基準電壓；和電流反射鏡電路，其連接到所述阻抗轉(zhuǎn)換放大器的輸出端子；所述電流反射鏡電路具有基準電阻，其將所述基準電壓施加到一個端子，并根據(jù)該基準電壓來設置該電流反射鏡電路的輸入電流；輸出對應于該電流反射鏡電路的輸出電流的基準電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基準電壓生成電路，其特征在于，所述阻抗轉(zhuǎn)換放大器由運算放大器構(gòu)成；所述運算放大器將第一輸入端子連接到所述電壓輸出端子上，將第二輸入端子連接到所述基準電阻的所述一個端子上，且將輸出端子連接到與所述基準電阻相連并構(gòu)成所述電流反射鏡電路的輸入晶體管的電流控制端子上。
全文摘要
在作為半導體集成電路而構(gòu)成的基準電流生成電路中要得到微小的輸出電流的情況下，使決定輸出電流的基準電阻的面積增大。通過用由(R1、R2)構(gòu)成的電阻分壓電路來分配調(diào)節(jié)器(14)的輸出電壓，從而產(chǎn)生微小的基準電流。電阻分壓電路可用由晶體管(Q3)構(gòu)成的開關斷路構(gòu)成。在(R1、R2)的連接點(P)和基準電壓輸出端之間設置由晶體管(Q4)構(gòu)成的開關，另外，將電容器(C)連接到該輸出端。用控制電路(16)輸出的時鐘脈沖來周期性接通·截斷控制(Q3、Q4)。(C)在接通時充電為基準電壓，在截斷時將輸出端保持為基準電壓。
文檔編號G05F3/08GK1831699SQ20061005971
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者小林一行, 鈴木達也, 金田安弘 申請人:三洋電機株式會社