ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G05F3/24 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в микроэлектронике при построении элементов и узлов источников стабильных напряжений и схем сдвига уровней напряжений в операционных усилителях и компараторах.

Известен источник опорного напряжения (ИОН) на КМОП транзисторах [1], в котором используется принцип температурной стабилизации выходного напряжения на разнице пороговых напряжений N и P канальных транзисторов. В известном ИОН стабилизированное напряжение вырабатывается с помощью пяти КМОП транзисторов, включенных по схеме токового зеркала с транзистором обратной связи. Стабильность выходного напряжения ИОН определяется, главным образом, элементом внутренней нагрузки. Так, если в качестве элемента внутренней нагрузки используются обычные напыленные металлосилицидные резисторы или прецизионные поликремниевые резисторы с температурным коэффициентом сопротивления от 60 до 300 ppm/^oC (см. ж. Электронная промышленность, 1986. N 10, с. 15), то стабильность выходного напряжения ИОН фактически ограничивается десятками ppm/^oC.

Для получения более высокой температурной стабильности известны технические решения, содержащие N-канальные МОП транзисторы, работающие в предпороговой области, или МОП транзисторы с обеднением и обогащением [2]. Известный ИОН состоит из последовательно включенных транзисторов с обеднением и обогащением, каждый из которых работает в области насыщения. Напряжение на транзисторе с обогащением регулирует выходное напряжение и является напряжением отрицательной обратной связи для транзистора с обеднением. Между этими двумя транзисторами включен третий транзистор в диодном включении для сдвига уровня выходного напряжения. Температурная стабильность выходного напряжения ИОН в диапазоне температур от -1 до +71^оС составляет 4 мВ, т.е. 60 ppm/^oC.

Недостаток известного схемного решения состоит в сложности реализации транзисторов с обеднением-обогащением и в ухудшении стабильности при использовании КМОП транзисторов вместо транзисторов с обеднением-обогащением. При использовании данного схемного решения в КМОП исполнении теряются практически все преимущества ИОН с транзистором обеднения-обогащения.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения - повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения.

Технический результат достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий первый, второй и третий транзистор, включенный между стоками первого и второго транзисторов, сток второго транзистора и затворы первого и второго транзисторов соединены, а истоки первого и второго транзисторов подключены соответственно к шинам положительного и отрицательного напряжения, дополнительно содержит четвертый, пятый и шестой транзистор, включенный между стоками четвертого и пятого транзисторов, сток четвертого транзистора и затворы третьего, четвертого и пятого транзисторов соединены, истоки четвертого и пятого транзисторов подключены соответственно к шинам положительного и отрицательного напряжения, а затвор шестого транзистора подключен к стоку второго транзистора.

В источнике опорного напряжения в качестве первого, четвертого и шестого транзисторов используются P-канальные МОП транзисторы, а качестве второго, третьего и пятого транзисторов - N-канальные МОП транзисторы.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства. Схема устройства содержит первый Р-МОП транзистор 1 и второй N-МОП транзистор 2, которые образуют пару, формирующую выходное стабильное напряжение на стоке транзистора 2 относительно шины отрицательного напряжения 8. Между транзисторами 1 и 2 включен N-МОП транзистор 3, затвор которого управляется схемой на Р-МОП транзисторах 4, 6 и N-МОП транзисторе 5. Затвор транзистора 6 управляется выходным напряжением со стока транзистора 2. Таким образом, затворы транзисторов 3 и 6 образуют перекрестную связь между двумя частями схемы на транзисторах 1, 2, 3 и 4, 5, 6, включенных между шиной положительного напряжения 7 и шиной отрицательного напряжения 8.

Устройство ИОН работает следующим образом. Выходное напряжение V1 формируется на транзисторе 2 в диодном включении относительно шины отрицательного напряжения 8. Аналогичное выходное напряжение V2 формируется на транзисторе 4, стабилизированное относительно шины положительного напряжения 7. Для каждой отдельной части схемы на транзисторах 1, 2, 3 и 4, 5, 6 выходные напряжения определяются следующими формулами:
V1 = (VT2+(VT1+V7-V6))/(1+),
V2 = (VT4+(VT5+V7-V6))/(1+), где VT1, VT2, VT4, VT5 - пороговые напряжения транзисторов 1, 2, 4, 5;
V6, V7 - напряжения соответственно на шинах отрицательного и положительного напряжения.

k1, k2, k3, k4 - крутизны транзисторов 1, 2, 3, 4.

Зависимость выходных напряжений V1, V2 от изменения напряжений на шинах питания 8, 7 определяется отношением k1/k2 и k5/k4, а зависимость выходных напряжений от температуры - изменением пороговых напряжений и отношением k1/k2 и k5/k4.

В результате моделирования электрических параметров ИОН по сравнению с известным устройством на КМОП транзисторах 1, 2, 3, не связанных перекрестными связями с транзисторами 4, 5, 6, предлагаемое устройство отличается повышенной (в 5 раз) температурной стабильностью выходного напряжения.

Использование: в микроэлектронике. Сущность изобретения: устройство содержит три p-канальных 2, 3, 5 и три n-канальных МОП-транзистора 1, 4, 6. Выходное напряжение V1 формируется на транзисторе 2 в диодном включении относительно шины 8 отрицательного напряжения. Аналогичное выходное напряжение V2 формируется на транзисторе 4. Оно стабилизировано относительно шины 7 положительного напряжения. По сравнению с прототипом температурная стабильность выходного напряжения повышена в 5 раз. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый, второй и третий МОП-транзисторы, при этом третий МОП-транзистор включен между стоками первого и второго МОП-транзисторов, сток второго МОП-транзистора и затворы первого и второго МОП-транзисторов соединены, а истоки первого и второго МОП-транзисторов подключены соответственно к шинам положительного и отрицательного напряжения, отличающийся тем, что в него введены четвертый, пятый и шестой МОП-транзисторы, причем шестой МОП-транзистор включен между стоками четвертого и пятого МОП-транзисторов, сток четвертого МОП-транзистора и затворы третьего, четвертого и пятого МОП-транзисторов соединены, истоки четвертого и пятого МОП-транзисторов подключены соответственно к шинам положительного и отрицательного напряжения, а затвор шестого МОП-транзистора подключен к стоку второго МОП-транзистора. 2. Источник по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого, четвертого и шестого МОП-транзисторов используются P-канальные МОП-транзисторы, а в качестве второго, третьего и пятого МОП-транзисторов - N-канальные МОП-транзисторы.