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Einfache Bandabstandreferenzschaltung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000009947D
Published in the IP.com Journal: Volume 2 Issue 11 (2002-11-25)
Included in the Prior Art Database: 2002-Nov-25
Document File: 2 page(s) / 270K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Zur Erzeugung von stabilisierten, von Herstelltoleranzen unabhaengigen Spannungen werden Band-abstandreferenzen verwendet. In bisherigen Referenzschaltungen stellt der Kollektorstrom einen PTAT (Proportional To Absolut Temperature) – Strom dar. Die Spannungsreferenz wird durch einen im Emitterkreis liegenden Widerstand realisiert. Dadurch sind (mehr oder weniger auch schon) die Stromaufnahme und die Rauscheigenschaften festgelegt. Ausserdem neigen diese Konzepte zur In-stabilitaet und benoetigen daher eine Stabilisierungskapazitaet. Es wird eine einfache Bandabstandreferenzschaltung vorgeschlagen, die folgende Vorteile aufweist: - niedrige Betriebsspannung (1.8V) moeglich - geringe Stromaufnahme und geringes Rauschen - hohes PSSR (Power Supply Rejection Ratio) - niedrige stabilisierte Ausgangsspannungen (im 100mV-Bereich) moeglich - Stabilisierungskapazitaet wird nicht benoetigt Das Schaltungskonzept basiert u.a. darauf, dass der PTAT – Strom nicht ueber die Kollektorstroeme der Referenztransistoren fuehrt. Die prinzipielle Wirkungsweise der Referenzzelle ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Differenz zweier Basis-Emitter-Spannungen wird zur Erzeugung eines Referenzstro-mes ueber einem Widerstand R genutzt, wodurch eine PTAT – Spannung ueber R entsteht. Diese Spannung haengt von der Transistorzahl n und der Temperatur ab. Die Spannung U_T wird aus dem Strom I1 mit zusaetzlichen Elementen (z.B. Widerstaenden und/oder Transistoren) je nach ge-wuenschtem Temperaturverhalten gebildet. Durch die Stromspiegel gilt I2 = I3 = I1-I_st. Somit sind I2 und I3 nicht zur absoluten Temperatur Proportional, da nur I1 ein PTAT – Strom ist. I_st ist der Start-strom zum sicheren Hochlauf der Schaltung beim Einschalten der Versorgungsspannung. Der Tem-peraturkoeffizient von I_st ist ohne Belang, da nur I1 ein PTAT – Strom ist und sich die Schaltung von selbst auf diesen Zustand einregelt. Fuer die gesteuerte Stromquelle gilt k*I4 = I2 + I3, wobei k>>1 gelten soll. Als Steuergroesse fuer die Stromquelle kann auch die Spannung U4 dienen. Diese Steu-erspannung wird aus dem Strom I4 und dem Ausgangsleitwert des Transistors T2 und des Stromspie-gels gebildet.

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S

© SIEMENS AG 2002 file: 2002J13676.doc page: 1

Einfache Bandabstandreferenzschaltung

Idea: Dr. Stefan Groiss, AT-Villach

Zur Erzeugung von stabilisierten, von Herstelltoleranzen unabhaengigen Spannungen werden Band- abstandreferenzen verwendet. In bisherigen Referenzschaltungen stellt der Kollektorstrom einen PTAT (Proportional To Absolut Temperature) - Strom dar. Die Spannungsreferenz wird durch einen im Emitterkreis liegenden Widerstand realisiert. Dadurch sind (mehr oder weniger auch schon) die Stromaufnahme und die Rauscheigenschaften festgelegt. Ausserdem neigen diese Konzepte zur In- stabilitaet und benoetigen daher eine Stabilisierungskapazitaet.

Es wird eine einfache Bandabstandreferenzschaltung vorgeschlagen, die folgende Vorteile aufweist:

- niedrige Betriebsspannung (1.8V) moeglich - geringe Stromaufnahme und geringes Rauschen - hohes PSSR (Power Supply Rejection Ratio)

- niedrige stabilisierte Ausgangsspannungen (im 100mV-Bereich) moeglich - Stabilisierungskapazitaet wird nicht benoetigt

Das Schaltungskonzept basiert u.a. darauf, dass der PTAT - Strom nicht ueber die Kollektorstroeme der Referenztransistoren fuehrt. Die prinzipielle Wirkungsweise der Referenzzelle ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Differenz zweier Basis-Emitter-Spannungen wird zur Erzeugung eines Referenzstro- mes ueber einem Widerstand R genutzt, wodurch eine PTAT - Spannung ueber R entsteht. Diese Spannung haengt von der Transistorzahl n und der Temperatur ab. Die Spannung U_T wird aus dem Strom I1 mit zusaetzlichen Elementen (z.B. Widerstaenden und/oder Transistoren) je nach ge- wuenschtem Temperaturverhalten gebildet. Durch die Stromspiegel gi...