＜BGR（その4）＞

雨が降るたびに暖かくなり、春の気配を感じる今日この頃です。

春と言えば桜で、日本に生まれてよかったと思う季節です。
忙しがらず、一斉に花を咲かす桜を見に行く余裕を持ちたいものです。

今まで行った印象に残った桜の名所を少し紹介したいと思います。

富士山方面に花見に出かけた帰り、事故で東名が渋滞していたので天気も良いからゆっくり帰ろうと、あちこちに咲く山桜を見ながら国道246号を走っていたときでした。御殿場線の山北駅にさしかかると妙に人が多くなっているので、ちょっと246をそれて駅のほうに入ってみると･････

 

線路の両側が桜のトンネルになっていて、斜面は菜の花の黄色と緑が鮮やかでした。
せっかくだから電車も写真に入れたいと思っていると、横のカメラマン(恐らくプロ)が、”あと15分“とつぶやきながら、三脚を立てていたので、待つ事に。
電車を正面から狙える橋の上はアリの入る隙間も無いくらいびっしりで、端っこのほうからすこし斜面を降りて撮影しました。
ちょうど風も吹いて花吹雪が舞い、いい感じの写真となりました。

右の斜面に茶色のジャケットを着たカメラマンがいるのが分かるでしょうか。
この人に橋の上のカメラマンから罵声が飛んでいました。
あなたさえいなければ完璧だったのに･･･その場の誰もが思いました。

自分の前しか見えていない人は、周りに迷惑をかけていることに気づけないんだ･･･気をつけよう。

 

 

今日はトランジスタのオフセットが引き起こす問題について紹介したいと思います。
トランジスタのオフセットがあることは、弊社山本氏のBLOG（http://blog.d-clue.com/yamamoto/）の“ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀｻｲｽﾞ設計”シリーズでも紹介されていますので覗いてみてください。

 

 

物を作るときには必ず製造上のバラツキが発生します。
（コピーすれば同じものが2つ出来ますが、これはデジタル化しているから同じといえるのであって、この世にまったく同じものはないと思っています）

バラツキは回路の特性を大きく変えますが、差動増幅器で特に気をつけないといけないのは入力段トランジスタに発生する“相対バラツキ”です。
これらの製造上のバラツキは、“モンテカルロ解析”でシミュレーションすることが出来ますが、上の図のようにシミュレーション用に電圧源を追加することで簡易的に確認出来ます。

 

 

図 2はオフセット電圧をパラメータにして、電源をゆっくり起動したときの様子です。
オフセット電圧が、-2mVより低いときはきちんとBGR電圧が起動できていません。
CMOSトランジスタのVthには5mV程度のオフセットが普通に発生しますので、このまま作ってしまうと半分近くのデバイスはBGR電圧が起動出来ずに不良となってしまいます。

オフセットがあるとなぜ起動できないかというと・・・

 

 

BGRの基準部分にオフセットつけた回路だけのシミュレーションをしてみると分かります。
（オフセットはアンプの入力段のトランジスタに発生するのですが、等価的に基準部にオフセットが発生し、アンプは理想的に出来ているとしたほうが、わかり易いです）

 

 

 

VBGRに電圧を加えたときに各部の特性は上の図の様になっていて、VaaとVbが等しくなる点で収束します。（VaaとVbが等しくなるようにアンプはVBGRを制御します）

 

 

VaaとVbの差電圧をプロットすると図 5の様になります。
（オフセット電圧Vofを-5mVから+5mVまで1mV刻みの変化させた結果です）
期待している動作は、横軸が1.2V付近に収束する(差電圧=0となる)わけですが、0.5V付近にも差電圧=0となる収束点があります。Vofが正であれば誤った収束点は発生しないのですが、負の場合に発生します。
こちらに収束してしまうとBGRが起動できない事となってしまいます。

次回は、この誤った収束を起こさないようにするための対策（スタートアップ回路）を紹介したいと思います。