专利名称：参考电压产生电路以及接收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生向比较器供给的参考电压(比较电压)的参考电压产生电路，尤 其涉及难以受到电源电压变化或温度变化的影响的参考电压产生电路以及使用该参考电 压产生电路的接收电路。
背景技术：
作为家电设备间的通信标准有HBS (Home Bus System)。在HBS中，作为传输 路径而使用双绞线(twisted-pair)，在该传输路径上的数字信号的传输中，有使用被 AMI (Alternate Mark Inversion)编码后的信号(以下称为AMI信号)的传输。AMI信号 由零、正、负的三值构成，在使用该信号的通信中，通过用零表示逻辑“0”，交替改变极性地 表示逻辑“1”来传输数据。由此，传输波形接近交流信号，具有抗噪音能力强，能够进行稳 定的数据传输的优点。此外，逻辑“1”的极性是相对于逻辑“0”的电位为正和负的极性，逻 辑“0”的电位不限定于0V，例如也可以选择5V等电位。以往，作为安装在构成应用了 HBS的系统的设备中、负责设备间的通信功能的装 置，提供了 HBS驱动器/接收器IC (半导体集成电路)。在该IC中，除了生成AMI信号来向 传输线路发送的发送驱动电路以外，还内置了判别传输线路上的AMI信号的逻辑电平来对 接收数据进行再生的接收电路，接收电路具备比较预定的参考电压(比较电压)和接收信 号，判别逻辑电平的比较器；以及产生上述参考电压的参考电压产生电路。参考电压产生电路，由流出恒定电流的恒流电路、生成该恒流电路的偏置电压的 偏置电路(恒压电路、基准电压)、和把通过恒流电路生成的电流变换为电压作为参考电压 的电流-电压变换电路等构成。作为这样的参考电压产生电路，例如有专利文献1中记载 的电路。另外，作为与应用了 HBS的系统中的接收电路相关的发明，例如有专利文献2中记 载的发明。在应用HBS的系统中，有时传输路径的长度非常长，例如达到几十米以上，传输信 号的波形有时变弱或者振幅减小。另外，当通过HBS连接的设备如空气调节装置那样具有 消耗功率大的压缩机等负载，是负载反复启动和停止的设备时，在负载的启动时或停止时 电流急剧变化，电源电压改变，在接收电路中参考电压变化，有可能错误地判定接收数据。因此，在所述设备间的通信中采用了 HBS方式时，希望在接收电路中使用的参考 电压产生电路，即使电源电压改变也产生稳定的参考电压。作为这样的接收电路中的参考 电压产生电路，本发明人考虑图5所示的电路并进行了研究。图5所示的电路由从传输路径接收被AMI编码后的差动输入信号，然后进行放大 的差动放大部11 ；比较通过该差动放大部11放大后的信号和参考电压Vref，判定接收数据 的接收数据判定部12 ；产生参考电压Vref的参考电压产生部13构成。参考电压产生部13 具备恒流电路，该恒流电路具有在电源电压端子VDD和接地电位点GND之间串联连接的电 阻Rl以及绝缘栅型电场效应晶体管(以下称为MOS晶体管)M0 ；将栅极端子与电阻Rl和 MOS晶体管MO的连接节点m连接的MOS晶体管Ml以及在该Ml的源极端子和接地电位点GND之间连接的电阻R3 ；在Ml的漏极端子和电源电压端子VDD上连接的MOS晶体管M2 ’与 该M2进行了电流镜连接的MOS晶体管M3。该恒流电路在Ml和R2的连接节点N2上连接了 MOS晶体管MO的栅极端子，将M2的电流Il复制到M3，从M3流出恒定电流12。并且，通过由M4、M5组成的电流镜电路将从该恒流电路流出的恒定电流12返回， 流过电阻R7来变换成电压，由此，产生以电源电压VDD为基准的参考电压Vref。在图5的参考电压产生电路中，恒流电路的MOS晶体管Ml的电流II，根据电阻R3 的电阻值和节点N2的电位V2决定为Il = V2/R3。在此，节点N2的电位V2被固定在比接 地电位GND高出MOS晶体管的阈值电压Vth的电位，即V2恒定，因此可以使恒定电流Il流 过电阻R3以及M1、M2。而且，电位V2以接地电位GND为基准而决定，因此，即使电源电压改 变，电位V2也大体恒定，因此电流Il几乎不变化。其结果，与电流Il成比例的电流12以 及流过电阻R7的电流13也不改变，参考电压Vref(= 13-R7)具有即使电源电压改变，与 电源电压对应的相对电位也几乎不变化的电源电压依存性低的优点。但是，图5所示的电路，节点N2的电位V2通过MOS晶体管MO的阈值电压Vth决 定，MOS晶体管的Vth由于温度系数小因此对MO的节点N2的电位V2的影响小，但根据与 Ml串联连接的电阻R3的温度特性，当周围温度变化时电阻R3的电阻值变化，如图4(a)中 虚线Bl所示，电流Il也比较大幅度地变化，由此，参考电压Vref变化。总之，在图5所示的电路中，参考电压Vref依存于周围温度而变化。并且，当Vref 变化时接收电路的接收灵敏度下降，无法正确地判别接收信号的电平，显然存在容易发生 接收数据错误的不足。此外，当通过Vil、Vi2来表示从差动放大部11向接收数据判定部12 供给的信号时，接收灵敏度通过Vil < Vref并且Vi2 < Vref时的Vil和Vi2的电位差来 定义，该电位差的变化越小，接收灵敏度越良好。专利文献1日本特开2003-207527号公报专利文献2日本特开2007-318632号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的发明，其目的在于提供电源电压依存性以及温度 依存性低的参考电压产生电路，从而实现接收灵敏度良好的接收电路。本发明的另一目的在于提供能够把参考电压产生电路做成容易调整通过该电路 生成的参考电压的温度依存性的电路形式，能够容易地设计接收灵敏度良好的接收电路的 参考电压产生电路。为了达成上述目的，本发明的第一方式是一种参考电压产生电路，其中具备恒流 电路，该恒流电路具有在电源电压端子和恒定电位点之间以串联形态连接的第一电阻元 件以及双极性晶体管；将栅极端子与所述第一电阻元件和所述双极性晶体管的连接节点连 接的第一 MOS晶体管；在所述第一 MOS晶体管的源极端子和恒定电位点之间以串联形态连 接的第二电阻元件；在所述第一 MOS晶体管的漏极端子和电源电压端子之间连接的第二 MOS晶体管；以及与所述第二 MOS晶体管进行了电流镜连接的第三MOS晶体管，通过把由该 恒流电路生成的恒定电流或者与其成比例的电流变换成电压，来产生参考电压。根据上述结构，双极性晶体管的基极、发射极间电压Vbe具有负的温度特性，因此， 可以通过第二电阻元件的负的温度特性使第一 MOS晶体管和第二电阻元件的连接节点的电位具有负的温度特性，由此，可以抑制通过恒流电路生成的恒定电流以及参考电压的温
度变化。在此，理想的情况是，在所述双极性晶体管的发射极端子和恒定电位点之间连接 了第三电阻元件。由此，通过第三电阻元件的温度特性，可以使第一 MOS晶体管和第二电阻 元件的连接节点的电位的变化，与第二电阻元件的负的温度特性等同。即，可以实现具有容 易调整所生成的参考电压的温度依存性的电路形式的参考电压产生电路。而且，理想的情况是，所述双极性晶体管，具有与通过CMOS工艺形成的N沟道 MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的集电极区域以及发射极区域；以及与通 过CMOS工艺形成的P沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的基极区域，所 述双极性晶体管具有在所述集电极区域和所述发射极区域之间配置了所述基极区域的构 造。由此，不使用比CMOS工艺复杂的Bi-CMOS工艺，就可以制造具有双极性晶体管的参考 电压产生电路或具有该参考电压产生电路的接收电路，由此可以抑制成本上升。另外，本申请的另一发明所涉及的接收电路，具备放大被AMI编码后的一对输入 信号的差动放大电路；比较所述差动放大电路的输出和预定的参考电压，判别所述输入信 号的逻辑电平的接收数据判定电路；以及产生所述参考电压的参考电压产生电路，所述参 考电压产生电路具备恒流电路，该恒流电路具有在电源电压端子和恒定电位点之间以串 联形态连接的第一电阻元件以及双极性晶体管；将栅极端子与所述第一电阻元件和所述双 极性晶体管的连接节点连接的第一 MOS晶体管；在所述第一 MOS晶体管的源极端子和恒定 电位点之间以串联形态连接的第二电阻元件；在所述第一 MOS晶体管的漏极端子和电源电 压端子之间连接的第二 MOS晶体管；以及与所述第二 MOS晶体管进行了电流镜连接的第三 MOS晶体管，通过把由该恒流电路生成的恒定电流或者与其成比例的电流变换成电压，来产 生以所述电源电压端子的电源电压为基准的参考电压。根据上述结构，参考电压产生电路产生以电源电压为基准的参考电压，因此，可以 与电源电压的变化无关地将接收数据判定电路中的相对的判定电平保持恒定，可以减少接 收数据的误判定。另外，由于双极性晶体管的基极、发射极间电压Vbe具有负的温度特性，因 此，通过第二电阻元件的负的温度特性，可以抵消第一 MOS晶体管中流过的电流的温度特 性，由此可以抑制通过恒流电路生成的恒定电流以及参考电压的温度变化。另外，理想的情况是，所述恒流电路具备在所述双极性晶体管的发射极端子和恒 定电位点之间连接的第三电阻元件。由此，可以通过第三电阻元件的温度特性，使第一 MOS 晶体管和第二电阻元件的连接节点的电位的变化，进一步接近第二电阻元件的负的温度变 化。即，能够实现具有容易调整所生成的参考电压的温度依存性的电路形式、能够容易地设 计接收灵敏度良好的接收电路的参考电压产生电路。而且，理想的情况是，所述双极性晶体管，具有与通过CMOS工艺形成的N沟道 MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的集电极区域以及发射极区域；以及与通 过CMOS工艺形成的P沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的基极区域，所 述双极性晶体管具有在所述集电极区域和所述发射极区域之间配置了所述基极区域的构 造。由此，不使用比CMOS工艺复杂的Bi-CMOS工艺，就可以制造具有双极性晶体管的参考 电压产生电路或具有该参考电压产生电路的接收电路，由此可以抑制成本上升。根据本发明，可以实现电源电压依存性以及温度依存性低的参考电压产生电路，由此实现接收灵敏度良好的接收电路。另外，把参考电压产生电路做成容易调整通过该电 路生成的参考电压的温度依存性的电路形式，具有能够实现可以容易地设计接收灵敏度良 好的接收电路的参考电压产生电路的效果。
图1是表示将本发明应用于在HBS驱动器/接收器IC中内置的接收电路时的第 一实施方式的电路图。图2是表示在实施方式的接收电路中，构成产生在接收数据判定部的判定中使用 的参考电压的参考电压产生电路的双极性晶体管的器件构造的例子的截面图。图3是表示将本发明应用于在HBS驱动器/接收器IC中内置的接收电路时的第 二实施方式的电路图。图4(a)是表示参考电压产生电路内的偏置电路中流过的电流的温度依存性的特 性图。图4(b)是表示使用了实施方式的参考电压产生电路的接收电路中的接收灵敏度 的温度依存性的特性图。图5是表示在本发明以前研究的HBS驱动器/接收器IC中内置的接收电路中使 用的参考电压产生电路的结构的电路图。符号说明11差动放大部(差动放大电路)12接收数据判定部13参考电压产生部(参考电压产生电路)21、22 比较器31偏置电路
具体实施例方式以下，根据
本发明的优选实施方式。图1中表示了在构成应用了 HBS(Home Bus System)的系统的设备中安装的、负责 设备间的通信功能的HBS驱动器/接收器IC中内置的接收电路的第一实施方式。本实施方式的接收电路具备从传输路径接收被AMI (Alternate Mark Inversion)编码后的差动输入信号并进行放大的差动放大部11 ；比较通过该差动放大部 11放大后的信号和参考电压Vref，判定接收数据的接收数据判定部12 ；产生上述参考电压 Vref的参考电压产生部13。差动放大部11由以下各部构成由基极端子分别与AMI信号的输入端子mi、IN2 连接的一对双极性晶体管(bipolar transistor)组成的输入差动晶体管Q1、Q2 ；在该晶体 管Q1、Q2的集电极和电源电压端子VDD之间连接的负载电阻R4、R5;在输入差动晶体管Q1、 Q2的发射极和作为恒定电位点的接地电位点GND之间连接的恒定电流用MOS晶体管M6、 M7 ；在输入差动晶体管Ql、Q2的发射极端子间连接的电阻R6。输入差动晶体管Ql、Q2，可 以代替双极性晶体管而使用MOS晶体管(绝缘栅型电场效应晶体管)。接收数据判定部12由以下各部构成在同相输入端子上输入差动放大部11的差动输出，与在反相输入端子上输入的参考电压Vref进行比较的一对比较器21、22 ；以比较 器21、22的输出作为输入的NOR门23。接收数据判定部12，当输入差动放大部11的一对 AMI信号为大体相同的电平时，比较器21、22的输出一起变为低电平，从NOR门23输出高电 平(逻辑“1”)的信号。另外，接收数据判定部12，当输入差动放大部11的一对AMI信号 为极性互不相同的信号时，比较器21、22的输出的一方变为高电平，从NOR门23输出低电 平(逻辑“0”)的信号。因此，通过将NOR门23的输出反转，可以成为正式的接收数据。参考电压产生部13由在电源电压端子VDD和接地电位点GND之间以串联形态连 接的电流-电压变换用的电阻R7以及恒定电流用MOS晶体管M5 ；和提供该恒定电流用MOS 晶体管M5的栅极偏置电压Vb的偏置电路31构成。并且，在恒定电流用MOS晶体管M5以及 所述差动放大部11的恒定电流用MOS晶体管M6、M7的栅极端子上共同施加了从该偏置电 路31输出的偏置电压Vb，根据偏置电压Vb来决定在M5、M6、M7中流过的电流。具体来说， 将偏置电路31的输出部的电流-电压变换用的MOS晶体管M4与上述恒定电流用MOS晶体 管M5、M6、M7进行了电流镜连接，根据M4和M5、M6、M7的尺寸比，与偏置电路31的输出电 流12成比例的电流流过M5、M6、M7。此外，把差动放大部11的M6和M7做成相同尺寸。该实施例(图1)的偏置电路31相当于把图5所示的电路中的N沟道型MOS晶体 管MO替换成NPN双极性晶体管QO，具有恒流电路，该恒流电路具备在电源电压端子VDD和 接地电位点GND之间串联连接的电阻Rl以及双极性晶体管QO ；将栅极端子连接在Rl和QO 的连接节点W上的MOS晶体管Ml以及在该Ml的源极端子和接地电位点GND之间连接的 电阻R3 ；在Ml的漏极端子和电源电压端子VDD之间连接的P沟道型MOS晶体管M2 ；与M2 进行了电流镜连接的P沟道型MOS晶体管M3。所述恒流电路在Ml和R3的连接节点N2上 连接了双极性晶体管QO的基极端子，Ml的电流Il通过M2、M3的电流镜被复制到M3，从M3 流出恒定电流12。并且，通过将栅极和漏极连接的N沟道型MOS晶体管M4，将从该恒流电路电流出的 恒定电流12变换为电压，由此生成偏置电压Vb，通过与M4进行了电流镜连接的N沟道型 MOS晶体管M5，使与恒定电流12成比例的电流13流过电阻R7来变换成电压，由此产生以 电源电压VDD为基准的参考电压Vref。在该实施方式中，代替图5的电路中的MOS晶体管MO而使用了双极性晶体管Q0。 MOS晶体管的阈值电压Vth，温度系数根据MOS晶体管的W/L的尺寸比而变化，因此在图5 的电路中由于工艺波动，节点N2的电位V2的温度变化量具有波动，流过第一MOS晶体管的 电流的温度特性变化，参考电压Vref有可能变化。与此相对，在图1的电路中，双极性晶体 管的基极、发射极间电压Vbe的温度系数恒定，因此，通过电阻R3的负的温度特性可以减小 流过MOS晶体管MI的电流的温度变化，可以抑制参考电压Vref的变化。具体来说，例如当温度上升、电阻R3的电阻值减小时，电阻R3中流过的电流Il会 增加，但此时双极性晶体管QO的Vbe具有负的温度特性，因此Vbe对应于温度上升而减小。因 此，即使温度变化，MOS晶体管M2、M3中流过的电流Il与图5的电路相比变化也减小，可以 抑制节点N2的电位V2的变化以及参考电压Vref的变化。另外，在该实施方式中，通过在 偏置电路31中生成的稳定的偏置电压Vb将差动放大部11的恒定电流用MOS晶体管M6、M7 偏置，因此，获得抑制差动放大电路的电流、即差动放大电路的放大率的温度变化的效果。而且，在本实施方式中产生了以电源电压VDD为基准的参考电压Vref，因此可以使接收数据判定部12中的判定精度、即接收灵敏度提高。其理由是因为，当电源电压VDD变 化时，差动放大部11的输出电平变化，但参考电压Vref也对应于电源电压的变化而变化， 由此可以与电源电压VDD的变化无关地将相对的判定电平保持恒定。而且，一般的双极性IC中的NPN双极性晶体管中，使用了在半导体基板内具有成 为集电极区域的N型嵌入层、在其上方依次形成了发射极区域和基极区域的纵型晶体管， 但是在本实施方式中，作为双极性晶体管Q0，即使使用如图2所示能够通过CMOS工艺在半 导体芯片上形成的横型的双极性晶体管，通过试验或模拟，确认了与图5的电路相比可以 抑制参考电压Vref的变化。此外，图2所示的双极性晶体管，在CMOS半导体集成电路中，在形成N沟道型MOS 晶体管的源极、漏极区域的N阱区域41上，通过与作为源极、漏极区域的N型扩散层同时形 成的矩形环状的N型区域42，形成了横型双极性晶体管的集电极区域。另外，在作为集电 极的N型区域42的内侧，在形成P沟道型MOS晶体管的源极、漏极区域的P阱区域43上， 通过与作为源极、漏极区域的P型扩散层同时形成的矩形环状的P型区域44，形成横型双 极性晶体管的基极区域。并且，在该作为基极的P型区域44的内侧，通过与作为N沟道型 MOS晶体管的源极、漏极区域的N型扩散层同时形成的矩形状的N型区域45，形成了横型双 极性晶体管的发射极区域。40是单晶硅那样的半导体芯片，在本实施例中使用了 P型的基 板，但也可以使用N型基板。除构成所述偏置电路31的上述晶体管QO以外，在构成差动放大部11的输入差动 晶体管Ql、Q2中也可以使用图2所示的能够通过CMOS工艺在半导体芯片上形成的横型的 双极性晶体管。因此，本实施方式不使用比CMOS工艺复杂的Bi-CMOS工艺，就可知制造具 有双极性晶体管的参考电压产生电路或具有该参考电压产生电路的接收电路，由此还具有 可以抑制成本上升的效果。接着，使用图3说明应用了本发明的HBS驱动器/接收器IC中内置的接收电路的
第二实施方式。本实施方式的接收电路，在第一实施方式(图1)的偏置电路31中，在双极性晶体 管QO的发射极和接地电位点GND之间追加了电阻R2。在所述第一实施方式中说明了双极 性晶体管的基极、发射极间电压Vbe具有负的温度特性，因此通过电阻R3的负的温度特性可 以减小MOS晶体管Ml中流过的电流的温度变化，但是，Vbe的温度特性比电阻R3的温度特 性小，因此无法充分抵消。在第二实施方式中，通过在双极性晶体管QO的发射极和接地电位点GND之间追加 电阻R2，具有通过电阻R2的温度特性，与第一实施方式的电路相比可以容易地调整伴随温 度变化的节点N2的电位V2的变化的优点。在图3的偏置电路31中，当把双极性晶体管QO中流过的集电极电流设为Ic、把电 阻R3中流过的电流设为IO JEMOS晶体管M1、M2中流过的漏极电流设为Il JEMOS晶体管 Ml的栅源间电压设为Ves、把双极性晶体管QO的电流放大率设为hFE时，IC、I0、I1通过以下 式(1) (3)来表达。此外，AVgs、AVbe, AR2、AR3、ΔhFE是与温度变化相伴的VGS、VBE、 R2、R3、hra的变化量。数学式1
权利要求
1.一种参考电压产生电路，其特征在于， 具备恒流电路，该恒流电路具有在电源电压端子和恒定电位点之间以串联形态连接的第一电阻元件以及双极性晶体管；将栅极端子与所述第一电阻元件和所述双极性晶体管的连接节点连接的第一 MOS晶 体管；在所述第一 MOS晶体管的源极端子和恒定电位点之间以串联形态连接的第二电阻元件；在所述第一 MOS晶体管的漏极端子和电源电压端子之间连接的第二 MOS晶体管；以及 与所述第二 MOS晶体管进行了电流镜连接的第三MOS晶体管， 通过把由该恒流电路生成的恒定电流或者与其成比例的电流变换成电压，来产生参考 电压。
2.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，在所述双极性晶体管的发射极端子和恒定电位点之间连接了第三电阻元件。
3.根据权利要求1或2所述的参考电压产生电路，其特征在于， 所述双极性晶体管，具有与通过CMOS工艺形成的N沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的集电 极区域以及发射极区域；以及与通过CMOS工艺形成的P沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的基极 区域，所述双极性晶体管具有在所述集电极区域和所述发射极区域之间配置了所述基极区 域的构造。
4.一种接收电路，其特征在于， 具备放大被AMI编码后的一对输入信号的差动放大电路；比较所述差动放大电路的输出和预定的参考电压，判别所述输入信号的逻辑电平的接 收数据判定电路；以及产生所述参考电压的参考电压产生电路， 所述参考电压产生电路具备恒流电路，该恒流电路具有在电源电压端子和恒定电位点之间以串联形态连接的第一电阻元件以及双极性晶体管；将栅极端子与所述第一电阻元件和所述双极性晶体管的连接节点连接的第一 MOS晶 体管；在所述第一 MOS晶体管的源极端子和恒定电位点之间以串联形态连接的第二电阻元件；在所述第一 MOS晶体管的漏极端子和电源电压端子之间连接的第二 MOS晶体管；以及 与所述第二 MOS晶体管进行了电流镜连接的第三MOS晶体管， 通过把由该恒流电路生成的恒定电流或者与其成比例的电流变换成电压，来产生以所 述电源电压端子的电源电压为基准的参考电压。
5.根据权利要求4所述的接收电路，其特征在于，所述恒流电路具备在所述双极性晶体管的发射极端子和恒定电位点之间连接的第三 电阻元件。
6.根据权利要求4或5所述的接收电路，其特征在于， 所述双极性晶体管，具有与通过CMOS工艺形成的N沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的集电 极区域以及发射极区域；以及与通过CMOS工艺形成的P沟道MOS晶体管的源极、漏极区域在同一工序中形成的基极 区域，所述双极性晶体管具有在所述集电极区域和所述发射极区域之间配置了所述基极区 域的构造。
全文摘要
本发明提供一种参考电压产生电路以及接收电路，电源电压依存性以及温度依存性低，从而实现接收灵敏度良好的接收电路。接收电路具备放大被AMI编码后的一对信号的差动放大电路(11)；比较差动放大电路的输出和预定的参考电压，判别输入信号的逻辑电平的接收数据判定电路(12)；以及产生所述参考电压的参考电压产生电路(13)，参考电压产生电路产生以电源电压为基准的温度依存性低的参考电压。
文档编号H04B1/16GK102081422SQ20101054865
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月13日
发明者后藤卓史, 大原智光 申请人:三美电机株式会社