專利名稱：參考電壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種參考電壓電路，特別是指一種具有二階溫度補(bǔ)償
(second order temperature compensation)的參考電壓電路。
背景技術(shù)：
參考電路(reference circuits)是有必要地呈現(xiàn)在很多應(yīng)用電路中，如 純才莫擬(purely analog)電3各、混合才莫式(mixed-mode)電3各到純凄t字(purely digital)電路。對(duì)于低參考電壓的需求，在可攜式以電池供電的產(chǎn)品(如移動(dòng) 電話、呼叫器、攝影機(jī)與筆記本型計(jì)算機(jī))中尤其明顯。因此，低電壓與低靜 態(tài)電流為改善電池效率與壽命所需的特性。低電壓操作則為改良制程技術(shù)的 結(jié)果。但不幸地，更低的動(dòng)態(tài)范圍(低電壓操作的結(jié)果)需要更精確的參考電 壓。
盡管輸入電壓、輸出電流或溫度會(huì)有緩慢或瞬間的變動(dòng)，但一般來說， 參考電壓有必要提供實(shí)質(zhì)不變的輸出電壓。實(shí)際上，很多設(shè)計(jì)者已利用能隙 參考電路(bandgap reference circui ts)其能供給穩(wěn)定電壓的特性，使得供 給的電壓在廣泛溫度范圍內(nèi)不會(huì)隨溫度變化而改變。這些能隙參考電路的運(yùn) 作須仰賴雙極結(jié)型晶體管(bipolar junction transistor, BJT)的基極-射極 電壓Vbe的特定與溫度相關(guān)的(temperature-dependent)特質(zhì)。特別地，這些 能隙參考電路是操作在「通過熱電壓(thermal vol tage)的正溫度系數(shù) (positive temperature coefficient)來補(bǔ)償雙極結(jié)型晶體管的基極-射極電 壓的負(fù)溫度系H(negative temperature coefficient)」的原則下，其中上 述的熱電壓的正溫度系數(shù)即為VThermal，而VThermal=kT/q,當(dāng)中k為波茲曼常數(shù) (Boltzmann， s constant), T為纟色對(duì)溫度(absolute temperature), q為電 荷，而絕對(duì)溫度T的單位為克耳文度(Kelvin degree) 。 一il殳來說，上述的基
極-射極電壓的負(fù)溫度系數(shù)會(huì)與上述的熱電壓的正溫度系數(shù)VThe，,相加，而因
為該熱電壓的正溫度系數(shù)VThs^會(huì)被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，故使得上述相加的結(jié)果呈現(xiàn) 零溫度系數(shù)(zero temperature coeff icient)。
雖然，理想地期望能隙參考與溫度是無關(guān)的，或至少會(huì)與溫度呈線性的 關(guān)系。但實(shí)際上，典型的能隙參考所產(chǎn)生的參考電壓會(huì)只在特定溫度范圍內(nèi) 與溫度無關(guān)。能隙參考會(huì)有這樣的特性主要是起因于基極-射極電壓Vbe (T)項(xiàng)
并不是線性函數(shù)。換句話說，對(duì)于溫度而言，晶體管的基極-射極電壓Vbe與
身俱來的改變是存在的。尤其，能隙參考會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)而有力的二階項(xiàng)
(second-order term),該二階項(xiàng)隨Tin (T)而變，并且會(huì)限制此參考的溫度 變動(dòng)表現(xiàn)，亦即二階項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致上述的參考電壓隨著溫度偏移。盡管這些二階 項(xiàng)可能很小，但對(duì)于很多應(yīng)用而言，這些二階項(xiàng)所帶來的影響仍舊是極度不 被期待的。
很多方法已被用來補(bǔ)償能隙參考的溫度曲率特性。這些方法中包括加入
額外的電路，而所加入的電路會(huì)先嘗試測(cè)量基極-射極電壓Vbe項(xiàng)的溫度曲率， 然后再加總所測(cè)得的溫度曲率與能隙參考輸出。其他方法則包含加入額外的
電路，以通過溫度的平方函數(shù)來近似溫度曲率，例如利用正比絕對(duì)溫度 (proportional-to-absolute-temperature, PTAT)電流，并使其流經(jīng)具有已 知溫度系數(shù)(temperature coefficient, TC)的電阻。僅管這些方法有時(shí)可以 成功地加以利用，但是仍舊存在著對(duì)于制程可行性與制程改變的限制。其中， 最明顯限制是這些方法很多是被配置成用以滿足雙極結(jié)型晶體管(BJT)的應(yīng) 用電路，但卻不能有效地在CMOS的應(yīng)用電路上使用。先前技術(shù)方法的限制起 因于適用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程的垂直寄生(parasitic vertical)雙極結(jié)型晶體 管，其集極(collector)端總是連接于基底(substrate)，并且限制垂直雙極 結(jié)型晶體管作為射極隨耦器(emitter follower)使用。
圖1繪示一種傳統(tǒng)的具有混合電流與電壓模式配置的參考電路。圖2則 繪示圖1參考電路的溫度相關(guān)性。
如圖l所示，能隙電路16利用一種具有電壓模式折梯(ladder)的電流模 式方法。能隙電路16包括串接電流源AU。及電阻R13、 R12與R11,其中電 阻R13、 R12與Rll耦接于電壓源V和接地端GND之間。能隙參考電壓Vref 產(chǎn)生于電流源AIvbe與電阻R13之間的節(jié)點(diǎn)。電流源BI冊(cè)耦接電壓源V與介于 電阻R13與R12的節(jié)點(diǎn)a。電流源CU耦接電壓源V與介于電阻R12與Rll 的節(jié)點(diǎn)b。
參考電壓Vref所造成的關(guān)系可描述為
Vref=AIVbe* (R11+R12+R13)+BW (Rl 1+R12)+CINL*R11
其中Ue、 I隱及iNL分別對(duì)應(yīng)于基極-射才及(base-emitter)電流、正比絕 對(duì)溫度(PTAT)電流以及非線性(nonlinear)與溫度相關(guān)的電流。
圖2中說明圖1具有溫度相關(guān)性質(zhì)的曲率修正能隙。其達(dá)成8，6|n V/。C(-15。C到90。C)的溫度漂移。
然而，Ivbe與I，并非直接相關(guān)。此外，由于制程的變化，Ivbe可能會(huì)大于 預(yù)期。所以，U會(huì)小于預(yù)期(即W可為制程相關(guān))。事實(shí)上，當(dāng)Ue大于預(yù)期
時(shí)，Vref將隨溫度增加而遭受較快的衰減，并且需要更大的U來補(bǔ)償U(kuò)e。 然而實(shí)際上，U只往反方向移動(dòng)并使得能隙參考電壓的偏移(offset)惡化。
圖3繪示另一能隙參考電路300，其具有^:大器304 (如雙差動(dòng)放大器 (dual differential amplifier))。此外，放大器304適當(dāng)?shù)嘏渲茫沟靡?對(duì)差動(dòng)輸入(pair of differential inputs)適當(dāng)?shù)伛罱泳w管305、 306以 及電阻301、 302、 303。再者，放大器304的第二對(duì)差動(dòng)輸入能適當(dāng)?shù)伛罱?兩個(gè)具有不同的溫度系數(shù)的晶體管(例如具有電流PTAT/R的晶體管306以 及具有電流Vbe/R晶體管307)。因此， 一對(duì)差動(dòng)輸入能接收參考電壓，而第 二對(duì)差動(dòng)輸入能接收溫度曲率補(bǔ)償電壓(即一個(gè)具有Tln(T)的項(xiàng))。由于反饋 的排列，無論有無借著在雙差動(dòng)放大器304內(nèi)的有效的電導(dǎo) (transconductance)gm而作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，任<可由第二差動(dòng)對(duì)所實(shí)現(xiàn)的偏移電 壓將被反向并且被第一差動(dòng)對(duì)所實(shí)現(xiàn)，以提供溫度補(bǔ)償參考電壓Vout。
然而，太多雙極結(jié)型晶體管(BJT transistors)被用來實(shí)現(xiàn)圖3的配置， 因此在雙極結(jié)型晶體管間的匹配是貧乏的。此外，在減少同樣比率的電阻301 、 302與303的條件下，Vh(晶體管307的射才及電壓)的增加會(huì)大于V^(晶體管 306的射極電壓)的增加。因此，圖3的電路配置所提供的曲率補(bǔ)償效應(yīng)是受 制程所影響的，但這卻不是所期望的。再者，至于運(yùn)算放大器304的雙差動(dòng) 對(duì)，其四個(gè)PMOS晶體管必須匹配妥當(dāng)。然而因?yàn)槊恳徊顒?dòng)對(duì)皆具有自身的N 型井(N-well),故要使四個(gè)PMOS晶體管匹配妥當(dāng)是困難的。
因此，具有制程無關(guān)曲率才卜償方法(process independent curvature compensation scheme; process independent CCS)的高4青確、免飾的 (trim-free)能隙電路是需要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于參考電壓電路，其是受制程無關(guān)曲率補(bǔ)償方法所補(bǔ)償。
本發(fā)明是關(guān)于參考電壓電路，其中進(jìn)到補(bǔ)償電路的輸入信號(hào)來自能隙參 考電路，因此補(bǔ)償是與制程無關(guān)。
本發(fā)明是關(guān)于參考電壓電路，其中布局匹配與制程匹配是容易的。
本發(fā)明是關(guān)于混合拓樸(hybrid topology)，以補(bǔ)償由參考電壓電路產(chǎn)生 的能隙參考電壓。
本發(fā)明是關(guān)于受曲率補(bǔ)償方法所補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷弘娐罚鲜龅那恃a(bǔ)償 方法是建立在反饋拓樸(feedback topology)中以提升調(diào)整能力。
本發(fā)明的一實(shí)施例提供參考電壓電路。參考電壓電路包括能隙參考電 路，用以產(chǎn)生能隙參考電壓與參考電流，能隙參考電路。能隙參考電路的第 一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓介于能隙參考電壓與負(fù)溫度系數(shù)電壓之間。能 隙參考電路至少包括第一運(yùn)算放大器以及第一晶體管。第一運(yùn)算放大器具有 輸出端，而第一晶體管具有耦接電源供應(yīng)器的第一端、耦接能隙參考電壓的 第二端，以及耦接第一運(yùn)算放大器的輸出端的控制端。參考電壓電路另包括 第二晶體管以及補(bǔ)償控制器。第二晶體管具有耦接電源供應(yīng)器的第一端、用 以鏡映(mi rror)來自能隙參考電路的參考電流以提供第 一 電流的第二端，以 及耦接第一運(yùn)算放大器的輸出端的控制端。補(bǔ)償控制器耦接能隙參考電路， 補(bǔ)償控制器將第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，并對(duì)第 一 電流與第二電 流執(zhí)行電流相減，以提供補(bǔ)償反饋電流到能隙參考電路的第一節(jié)點(diǎn)，使得能 隙參考電壓受到溫度補(bǔ)償。
本發(fā)明的另 一實(shí)施例提供另 一種參考電壓電路。參考電壓電路包括能隙 參考電路，用以產(chǎn)生能隙參考電壓與參考電流。能隙參考電路的第一節(jié)點(diǎn)的 節(jié)點(diǎn)電壓介于能隙參考電壓與第一負(fù)溫度系數(shù)電壓之間。能隙參考電路的第 二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓介于能隙參考電壓與第二負(fù)溫度系數(shù)電壓之間。能隙參考 電路至少包括第一運(yùn)算放大器以及第一晶體管。第一運(yùn)算放大器具有輸出端， 而第一晶體管具有耦接電源供應(yīng)器的第一端、耦接能隙參考電壓的第二端， 以及耦接第一運(yùn)算放大器的輸出端的控制端。參考電壓電路另包括第二晶體 管、補(bǔ)償控制器以及電流反向器。第二晶體管具有耦接電源供應(yīng)器的第一端、 用以鏡映來自能隙參考電路的參考電流以提供第—電流的第二端，以及耦接 第一運(yùn)算放大器的輸出端的控制端。補(bǔ)償控制器耦接能隙參考電路，補(bǔ)償控 制器將第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，并對(duì)第一電流與第二電流執(zhí)行
電流相減，以提供第一補(bǔ)償反饋電流。電流反向器耦接能隙參考電路與補(bǔ)償200810129741.4 說明書第5/10頁
控制器，用以反向來自補(bǔ)償控制器的第 一補(bǔ)償反饋電流為第二補(bǔ)償反饋電流。 第二3卜償反饋電流反饋到能隙參考電路的第 一節(jié)點(diǎn)，使得能隙參考電壓受到 溫度補(bǔ)償。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并 配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
圖1繪示一種傳統(tǒng)的具有混合電流與電壓模式配置的參考電路。
圖2繪示圖1參考電路的溫度相關(guān)性。
圖3為另一種傳統(tǒng)能隙參考電路的電路圖。
圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例中參考電壓電路的電路圖。
圖5為圖4中參考電壓電路的補(bǔ)償控制器的功能方塊圖。
圖6為圖5中補(bǔ)償控制器的電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖7為圖5中補(bǔ)償控制器的電流控制器的電路圖。
圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例中參考電壓電路的電路圖。
圖9為圖8中參考電壓電路的電流反向器的電路圖。
16:能隙電路Rll、R12、 R13:電阻
、BIPTAT、 CU:電i乾源Vref.電壓300:能隙參考電路301、302、 303:電阻
304:雙差動(dòng)放大器305、306、 307:雙極結(jié)型晶體管
308:電流源400:參考電壓電路
401:運(yùn)算放大器410:能隙參考電路
420:補(bǔ)償控制器Rai 、RA2、 RA3、 RB、 Rc:電阻
501:電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器502:電流控制器
601:運(yùn)算放大器603、604:場(chǎng)效晶體管
RE :電阻701、702、 703、 704:場(chǎng)效晶體管
CM2、CM 3:電流鏡MI、NJc、 NIc:電流
800:參考電壓電路801:運(yùn)算放大器
810:能隙參考電路820:補(bǔ)償控制器
830:電流轉(zhuǎn)換器RA2、 R"、 RB1、 RB2、 Rc:電阻
901、 902:場(chǎng)效晶體管
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的實(shí)施例，與溫度相關(guān)的(temperature dependent)但與制程無 關(guān)的(process independent)因子(factor) 4皮引用至參考電壓電3吝(voltage reference circuits)中。
第一實(shí)施例
圖4繪示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的一種參考電壓電路400。如圖4所示， 參考電壓電路400包括能隙參考電路410、補(bǔ)償控制器420，以及PMOS晶體 管P2。能隙參考電路410用以產(chǎn)生能隙參考電壓VBG與參考電流I。補(bǔ)償控 制器420耦接能隙參考電路410與晶體管P2。補(bǔ)償控制器420轉(zhuǎn)換位于節(jié)點(diǎn) D的節(jié)點(diǎn)電壓V為電流NlIc,并且對(duì)電流MI(來自晶體管P2)與電流NlIc執(zhí) 行電流相減，以提供補(bǔ)償反饋電流I3到能隙參考電路410的節(jié)點(diǎn)C。使得能 隙參考電壓VBG受溫度補(bǔ)償。
能隙參考電路41Q包括運(yùn)算放大器401、 PM0S晶體管P1、雙極結(jié)型晶體 管Q1與Q2，以及電阻L、 RA2、 Ra3、 Rb與Rc。電阻R"、 RA2、 Ra3、 RB與Rc皆 為同一類型。而電流I1流經(jīng)電阻rb,電流I2流經(jīng)電阻r"。節(jié)點(diǎn)a與B耦接 運(yùn)算放大器4Q1。
節(jié)點(diǎn)C與D的節(jié)點(diǎn)電壓介于能隙參考電壓VBG與負(fù)溫度系數(shù)電壓(晶體管
Q2的射基電壓VEB2)之間。
運(yùn)算放大器401具有分別耦接節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B的兩輸入端，以及耦接晶 體管Pl與P2的輸出端。
晶體管Pl具有耦接電源供應(yīng)器VC的源極(source)、耦接能隙參考電壓 VBG的漏極(drain)，以及耦接運(yùn)算放大器401的輸出端的柵極(gate)。
第二晶體管P2有耦接電源供應(yīng)器VC的源4及、耦接補(bǔ)償控制器420的漏 極，以及耦接運(yùn)算放大器401的輸出端的柵極。晶體管Pl與P2形成電流鏡， 提供電流MI到補(bǔ)償控制器420,以鏡映(mirror)能隙參考電路410的參考電流。
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中Kl、 K2、 K5與K6為常數(shù)(constant) , VEB1與V啦為電機(jī)體Ql與Q2 的射基電壓。假若其它節(jié)點(diǎn)(nodes)被選擇提供電壓信號(hào)V,貝'J Kl、 K2、 K5 與K6可隨之改變。
能隙參考電壓VBG則可表示為
<formula>formula see original document page 13</formula>(2)
在方程式(2)中,RA=R"+RA2+RA3。
如已知,VEB1為負(fù)溫度系數(shù)(negative temperature coefficient, NTC) 電壓,而 VT為正比于纟色只于溫度(proportional — to—absolute—temperature, PTAT)電壓。
VT的系數(shù)項(xiàng)(即&ln-^A。
)為制禾呈無關(guān)(process independent)
而且為二階補(bǔ)償系數(shù)，而可被因子K所修改。 收斂的邊界條件(boundary condition)為K
<1
所以，因子K只受Vem與Vw的影響。因?yàn)橛泻玫牟季?layout)匹配，即
使在制程上有所變動(dòng)，VEB1與VEB2將以同樣的百分比在同方向移動(dòng)。再者，
VEB1與VEB2對(duì)因子K的影響將在一階(first order)項(xiàng)被消除，因其同時(shí)出現(xiàn) 于分子與分母。
如圖5所示，補(bǔ)償控制器420包括電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器501與電流控制器 502。電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器501用以轉(zhuǎn)換能隙參考電路410節(jié)點(diǎn)D的節(jié)點(diǎn)電壓V 為電流NlIc。電流控制器502用以對(duì)電流MI與電流NlIc執(zhí)行電流相減以提 供補(bǔ)償反饋電流13。
現(xiàn)在，請(qǐng)參考圖6,其繪示電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器501。電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器
501包括運(yùn)算放大器601、電阻RE與電流鏡CM1。電阻RE與能隙參考電路410 中的電阻R"、 R 、 R"、 Rb與Rc屬于同一類型。
運(yùn)算放大器601具有用以耦接能隙參考電路410的節(jié)點(diǎn)D的第一輸入端、 耦接電阻RE的第二輸入端，以及耦接電流鏡CM1的輸出端。
電阻RE具有耦接運(yùn)算放大器601的第二輸入端的第一端，以及耦接到接 地端GND的第二端。由于運(yùn)算放大器601的緣故，Ic會(huì)等于V/ RE。
電流鏡CM1耦接運(yùn)算放大器601與電阻RE，用以鏡映流經(jīng)電阻Re的屯流 Ic,以提供電流NlIc。電流鏡CM1包括晶體管603與604。
晶體管604具有耦接電源供應(yīng)器的源極、耦接運(yùn)算放大器601的第二輸 入端與電阻RE的漏極，以及耦接運(yùn)算方文大器601的輸出端的柵極。
晶體管603具有耦接電源供應(yīng)器的源極、用以提供電流NlIc的漏極，以 及耦接運(yùn)算放大器601的輸出端的柵極。晶體管603對(duì)604的大小(size)比 例為N1: 1。
圖7繪示電流控制器502。電流控制器502包括電流鏡CM2與CM3。電流 鏡CM2耦接電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器501與晶體管P2,用以鏡映電流Nile以提供 第四電流NIc。電流鏡CM3耦接第二晶體管P2、電流鏡CM2以及能隙參考電 路410,用以鏡映電流(MI-NIc),以提供補(bǔ)償反饋電流13回能隙參考電路410 的節(jié)點(diǎn)C。
電流鏡CM2包括晶體管701與702。晶體管701具有耦接到接地端的源 極、耦接晶體管P2的漏極的漏極，以及耦接晶體管702的柵極。晶體管702 具有源極耦接到接地端，漏極耦接電流N11c ，以與門極耦接晶體管7 01的柵 極與漏極本身。晶體管701對(duì)702的大小比例為N: Nl。
電流鏡CM3包括晶體管703與704。晶體管703具有耦接到接地端的源 極、用以提供補(bǔ)償反饋電流I3回能隙參考電路410的節(jié)點(diǎn)C的漏極，以及耦 接晶體管704的柵極。晶體管704具有耦接到接地端的源極、耦接第二晶體 管P2與晶體管701的漏極的漏極，以及耦接晶體管703的柵極與晶體管7(M 的漏極的柵極。
現(xiàn)在請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D4。被用來補(bǔ)償能隙參考電壓VBG的反饋電流13，是 基于能隙參考電路410的節(jié)點(diǎn)電壓V與節(jié)點(diǎn)電流I而獲得的。提供節(jié)點(diǎn)電壓 V的節(jié)點(diǎn)耦接于提供能隙參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與負(fù)溫度系數(shù)電壓(晶體管Q2 的射基電壓V啦)的節(jié)點(diǎn)之間。
在第一實(shí)施例中，提供電壓到補(bǔ)償控制器420的節(jié)點(diǎn)D是介于提供能隙
參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓(即晶體管Q2的射基電壓V郎)的 節(jié)點(diǎn)之間。當(dāng)然，介于提供能隙參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓 的節(jié)點(diǎn)之間的其它節(jié)點(diǎn)可被選來提供電壓到補(bǔ)償控制器420。
此外，接收補(bǔ)償反饋電流13的節(jié)點(diǎn)C是介于提供能隙參考電壓VBG與提 供負(fù)溫度系數(shù)電壓(即晶體管Q2的射基電壓V啦)之間。當(dāng)然，介于提供能隙 參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓的節(jié)點(diǎn)之間的其它節(jié)點(diǎn)可被選來 接收補(bǔ)償反饋電流13。
第二實(shí)施例
請(qǐng)參考圖8，圖8為本發(fā)明的第二實(shí)施例的參考電壓電路800的電路圖。 如圖8所示，參考電壓電路800包括能隙參考電路810、補(bǔ)償控制器820、電 流反向器830以及PMOS晶體管P2。在第二實(shí)施例中的能隙參考電路810、補(bǔ) 償控制器820以及PMOS晶體管P2可類似或相同于在第一實(shí)施例中的能隙參 考電路410、補(bǔ)償控制器420以及PMOS晶體管P2,故相關(guān)細(xì)節(jié)即不再贅述。
在能隙參考電路810中，提供節(jié)點(diǎn)電壓V到補(bǔ)償控制器820的節(jié)點(diǎn)F, 其節(jié)點(diǎn)電壓是介于能隙參考電壓VBG與晶體管Ql射基電壓V咖的負(fù)溫度系數(shù) 電壓之間。此外，接收來在電流反向器830的補(bǔ)償電流14的能隙參考電路 810節(jié)點(diǎn)D,其節(jié)點(diǎn)電壓是介于能隙參考電壓VBG與另外的負(fù)溫度系數(shù)電壓(晶
體管Q2的射基電壓VEB2)之間。！U與RB2為電阻。
電流反向器830耦接能隙參考電路810與補(bǔ)償控制器820,用以反向來 自補(bǔ)償控制器820的補(bǔ)償反饋電流13到另外的補(bǔ)償反饋電流14。補(bǔ)償反饋 電流14反饋到能隙參考電路810的節(jié)點(diǎn)F,使得能隙參考電壓VBG受到溫度 補(bǔ)償。
在第二實(shí)施例，提供電壓到補(bǔ)償控制器820的節(jié)點(diǎn)D,是介于提供能隙 參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓(晶體管Q2射基電壓VEB2)的節(jié)點(diǎn) 之間。當(dāng)然，介于提供能隙參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓的節(jié) 點(diǎn)之間的其它節(jié)點(diǎn)可被選來提供電壓到#卜償控制器8 2 0 。
此外，接收補(bǔ)償反饋電流14的節(jié)點(diǎn)F,是介于提供能隙參考電壓VBG的 節(jié)點(diǎn)與提供另外的負(fù)溫度系數(shù)電壓(即晶體管Q1的射基電壓VEB1)的節(jié)點(diǎn)之間。 當(dāng)然，介于提供能隙參考電壓VBG的節(jié)點(diǎn)與提供負(fù)溫度系數(shù)電壓的節(jié)點(diǎn)之間 的其它節(jié)點(diǎn)可被選來接收補(bǔ)償反饋電流14。
圖8產(chǎn)生的能隙參考電壓VBG有類似于方程式(2)的表示方式。 圖9繪示電流反向器830。電流反向器830包括晶體管901與902。晶體 管901具有耦接電源供應(yīng)器的源極、用以提供補(bǔ)償反饋電流14到能隙參考電 路810的漏極，以及耦接晶體管902的柵極與晶體管901的漏極的柵極。晶 體管902具有耦接電源供應(yīng)器的源極、用以接收來自補(bǔ)償控制器820的補(bǔ)償 反饋電流13的漏極，以及耦接晶體管901的柵極與漏極的柵極。
綜上所述，如以上本發(fā)明各實(shí)施例中所揭露的曲率補(bǔ)償方法(curvature compensation scheme, CCS)是與制程無關(guān)的(process independent), 而這 是基于因?yàn)橐韵碌脑?l)進(jìn)到補(bǔ)償控制器的輸入信號(hào)(圖4與圖8的電壓 V與電流I)是來自能隙參考電路；(2)所有電阻為同一類型；以及(3)由雙極 結(jié)型晶體管的制程改變所引起的效應(yīng)在一階項(xiàng)(first order term)已被移除。
此外，本發(fā)明上述實(shí)施例的其它特征包括(l)適合于典型的互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體(complementary metal-oxide-semiconductor, CM0S)制程；(2)布局 匹配與制程匹配容易；(3)用于實(shí)施例中的曲率補(bǔ)償方法是混合的(通過電壓 信號(hào)與電流信號(hào))；以及(4)曲率補(bǔ)償方法建立在反饋型態(tài)以提高調(diào)整能力。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種參考電壓電路，包括:能隙參考電路，用以產(chǎn)生能隙參考電壓與參考電流，該能隙參考電路的第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓介于該能隙參考電壓與負(fù)溫度系數(shù)電壓之間，該能隙參考電路至少包括:第一運(yùn)算放大器，具有輸出端；以及第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第一端耦接電源供應(yīng)器，該第二端耦接該能隙參考電壓，而該控制端耦接該第一運(yùn)算放大器的輸出端；第二晶體管，具有第一端、第二端以及輸出端，該第二晶體管的第一端耦接該電源供應(yīng)器，該第二晶體管的第二端用以鏡映來自該能隙參考電路的參考電流以提供第一電流，而該第二晶體管的控制端耦接該第一運(yùn)算放大器的輸出端；以及補(bǔ)償控制器，耦接該能隙參考電路，該補(bǔ)償控制器將該第二節(jié)點(diǎn)的該節(jié)點(diǎn)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，并對(duì)該第一電流與第二電流執(zhí)行電流相減，以提供補(bǔ)償反饋電流到該能隙參考電路的該第一節(jié)點(diǎn)，使得該能隙參考電壓受到溫度補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考電壓電路，其中該補(bǔ)償控制器包括 電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換該第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓為該第二電流；以及電流控制器，用以對(duì)該第一電流與第二電流執(zhí)行電流相減，以提供補(bǔ)償 反々責(zé)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的參考電壓電路，其中該電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器包括 第二運(yùn)算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第二運(yùn)算放大器的第 一輸入端耦接該能隙參考電路的第二節(jié)點(diǎn)；第一電阻，具有第一端以及第二端，該第一電阻的第一端耦接該第二運(yùn) 算放大器的第二輸入端，該第一電阻的第二端耦接到接地端；以及第一電流鏡，耦接該第二運(yùn)算放大器與該第一電阻，用以鏡映流經(jīng)該第 一電阻的第三電流，以提供該第二電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的參考電壓電路，其中該第一電流鏡包括 第三晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第三晶體管的第一端 耦接該電源供應(yīng)器，該第三晶體管的第二端耦接該第二運(yùn)算放大器的第二輸 入端以及該第 一 電阻的第 一端，該第三晶體管的控制端耦接該第二運(yùn)算放大 器的l俞出端；以及第四晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第四晶體管的第一端耦接該電源供應(yīng)器，該第四晶體管的第二端用以提供該第二電流，該第四晶 體管的控制端耦接該第二運(yùn)算放大器的輸出端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的參考電壓電路，其中該電流控制器包括 第二電流鏡，耦接該電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器與該第二晶體管的第二端，用以鏡映該第二電流以提供第四電流；以及第三電流鏡，耦接該第二晶體管的第二端、該第二電流鏡與該能隙參考 電路，用以鏡映該第 一電流與該第四電流的電流相減，以提供補(bǔ)償反饋電流 到該能隙參考電路的第 一 節(jié)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的參考電壓電路，其中該第二電流鏡包括 第五晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第五晶體管的第一端耦接到接地端，該第五晶體管的第二端耦接該第二晶體管的第二端；以及第六晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第六晶體管的第一端 耦接到該接地端，該第六晶體管的第二端耦接該第二電流，該第六晶體管的 控制端耦接該第五晶體管的控制端與該第六晶體管的第二端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的參考電壓電路，其中該第三電流鏡包括 第七晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第七晶體管的第一端耦接到接地端，該第七晶體管的第二端用以提供補(bǔ)償反饋電流到該能隙參考 電路的第一節(jié)點(diǎn)；以及第八晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第八晶體管的第一端 耦接到該接地端，該第八晶體管的第二端耦接該第二晶體管的第二端，該第 八晶體管的控制端耦接該第七晶體管的控制端與該第八晶體管的第二端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考電壓電路，其中該負(fù)溫度系數(shù)電壓由配置 在該能隙參考電路的第九晶體管所提供。
9. 一種參考電壓電路，包括能隙參考電路，用以產(chǎn)生能隙參考電壓與參考電流，該能隙參考電路的 第一節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓介于該能隙參考電壓與第一負(fù)溫度系數(shù)電壓之間，該能隙參考電路的第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓介于該能隙參考電壓與第二負(fù)溫度系數(shù)電 壓之間，該能隙參考電路至少包括一第一運(yùn)算放大器以及一第一晶體管，該 第一運(yùn)算放大器具有輸出端，該第一晶體管具有耦接電源供應(yīng)器的第一端、 耦接該能隙參考電壓的第二端，以及耦接該第 一運(yùn)算放大器的輸出端的控制端；第二晶體管，具有第一端、第二端以及輸出端，該第二晶體管的第一端 耦接該電源供應(yīng)器，該第二晶體管的第二端用以鏡映來自該能隙參考電路的 參考電流以提供第 一 電流，該第二晶體管的控制端耦接該第 一 運(yùn)算放大器的 輸出端；補(bǔ)償控制器，耦接該能隙參考電路，該補(bǔ)償控制器將該第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn) 電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，并對(duì)該第一電流與第二電流執(zhí)行電流相減，以提供第 一補(bǔ)償反饋電流；以及電流反向器，耦接該能隙參考電路與該補(bǔ)償控制器，用以反向來自該補(bǔ) 償控制器的第 一補(bǔ)償反饋電流為第二補(bǔ)償反饋電流，該第二補(bǔ)償反饋電流反 饋到該能隙參考電路的第 一節(jié)點(diǎn)，使得該能隙參考電壓受到溫度#卜償。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的參考電壓電路，其中該補(bǔ)償控制器包括 電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換該第二節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓為該第二電流；以及電流控制器，用以對(duì)該第一電流與第二電流執(zhí)行電流相減，以提供該第 一補(bǔ)償反饋電流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的參考電壓電路，其中該電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器包括第二運(yùn)算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第二運(yùn) 算放大器的第 一輸入端耦接該能隙參考電路的第二節(jié)點(diǎn)；第一電阻，具有耦接該第二運(yùn)算放大器的第二輸入端的第一端，以及耦 接到接地端的第二端；以及第一電流鏡，耦接該第二運(yùn)算放大器與該第一電阻，用以鏡映流經(jīng)該第 一電阻的第三電流，以提供該第二電流。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的參考電壓電路，其中該第一電流鏡包括 第三晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第三晶體管的第一端耦接該電源供應(yīng)器，該第三晶體管的第二端耦接該第二運(yùn)算放大器的第二輸 入端與該第一電阻的第一端，該第三晶體管的控制端耦接該第二運(yùn)算放大器的輸出端；以及第四晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第四晶體管的第一端 耦接該電源供應(yīng)器，該第四晶體管的第二端用以提供該第二電流，該第四晶 體管的控制端耦接該第二運(yùn)算放大器的輸出端。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的參考電壓電路，其中該電流控制器包括 第二電流鏡，耦接該電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換器與該第二晶體管的第二端，用以鏡映該第二電流以提供第四電流；以及第三電流鏡，耦接該第二晶體管的第二端、該第二電流鏡與該能隙參考 電路，用以鏡映該第一電流與該第四電流的電流相減，以提供該第一補(bǔ)償反 饋電流到該電流反向器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的參考電壓電路，其中該第二電流鏡包括 第五晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第五晶體管的第一端耦接到接地端，該第五晶體管的第二端耦接該第二晶體管的第二端；以及第六晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第六晶體管的第一端 耦接到該接地端，該第六晶體管的第二端耦接該第二電流，該第六晶體管的 控制端耦接該第五晶體管的控制端與該第六晶體管的第二端。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的參考電壓電路，其中該第三電流鏡包括 第七晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第七晶體管的第一端耦接到接地端，該第七晶體管的第二端用以提供該第 一補(bǔ)償反饋電流到該電 流反向器；以及第八晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第八晶體管的第一端 耦接到該接地端，該第八晶體管的第二端耦接該第二晶體管的第二端，該第 八晶體管的控制端耦接該第七晶體管的控制端與該第八晶體管的第二端。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的參考電壓電路，其中該第一負(fù)溫度系數(shù)電壓 由配置在該能隙參考電路的第九晶體管所提供，而該第二負(fù)溫度系數(shù)電壓由 配置在該能隙參考電路的第十晶體管所提供。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的參考電壓電路，其中該電流反向器包括 第十一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第十一晶體管的第一端耦接該電源供應(yīng)器，該第十一晶體管的第二端耦接來自該補(bǔ)償控制器的 第一補(bǔ)償反饋電流；以及 第十二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第十二晶體管的第 一端耦接該電源供應(yīng)器，該第十二晶體管的第二端用以提供該第二補(bǔ)償反饋 電流到該能隙參考電路，該第十二晶體管的控制端耦接該第十一晶體管的控 制端與該第十二晶體管的第二端。
全文摘要
在一參考電壓電路中，能隙參考電路用以產(chǎn)生能隙參考電壓與參考電流，其包括運(yùn)算放大器，以及用以提供參考電流的第一晶體管。另一晶體管鏡映參考電流以提供第一電流。補(bǔ)償控制器轉(zhuǎn)換來自能隙參考電路的節(jié)點(diǎn)電壓為第二電流，并且對(duì)第一電流與第二電流執(zhí)行電流相減，以提供補(bǔ)償反饋電流到能隙參考電路的另一節(jié)點(diǎn)。使得二階溫度補(bǔ)償執(zhí)行于能隙參考電壓。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101382812SQ20081012974
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者黃啟嘉 申請(qǐng)人:晶鎂電子股份有限公司