專利名稱：電壓產(chǎn)生器、集成電路、和產(chǎn)生參考電壓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及參考電壓，特別是涉及參考電壓產(chǎn)生器電路和產(chǎn)生參考電壓的方法。
背景技術：
模擬電路廣泛使用到參考電壓，這種參考電壓需要具有高精確度，其相對于工藝因素和電壓源的關聯(lián)性很低或甚至沒有，而相對于溫度有一定義清楚的關聯(lián)性。目前已經(jīng)發(fā)展了許多實現(xiàn)零溫度系數(shù)的技術方案，其中能帶間隙(bandgap)參考電壓是一種熱門方法。
為了解釋方便起見這里先定義兩個名詞，即正溫度系數(shù)(positivetemperature coefficient)和負溫度系數(shù)(negative temperature coefficient)。正溫度系數(shù)數(shù)值表示對于絕對溫度成正比例關系，也稱為正比例絕對溫度(proportional to absolute temperature，PTAT)，而負溫度系數(shù)數(shù)值表示對于絕對溫度成負比例關系也稱為負比例絕對溫度(counter proportional to absolutetemperature，CTAT)。
能帶間隙參考電壓電路通常以合適比例系數(shù)，結合由正溫度系數(shù)電壓和負溫度系數(shù)電壓，用以產(chǎn)生零溫度系數(shù)電壓。
圖1示出了現(xiàn)有能帶間隙參考電壓電路的電路圖，包括第一電路10和第二電路12。第一電路10耦接到第二電路12。第一電路10產(chǎn)生正溫度系數(shù)電壓VPTAT，第二電路產(chǎn)生負溫度系數(shù)電壓VCTAT。將正溫度系數(shù)電壓VPTAT和負溫度系數(shù)電壓VCTAT結合產(chǎn)生能帶間隙參考電壓Vbg，在理想狀態(tài)下為一固定數(shù)值。該固定數(shù)值和工藝、電壓源、和溫度的變化無關，并且由以下關系式表示Vbg＝VPTAT+VCTAT(1)第一電路10包括第一雙極晶體管Q1、第二雙極晶體管Q2、操作放大器(Operational amplifier，OP)OP1、第一電阻R1、和第二電阻R2。第一雙極晶體管Q1耦接到第一電阻R1，然后到操作放大器OP1的非反向輸入。第二雙極晶體管Q2耦接到操作放大器OP1的反向輸入，使得在第一雙極晶體管Q1和第二雙極晶體管Q2分別建立不同的射極基極電壓(emitter-basevoltage)Veb1和Veb2，在Veb1和Veb2間產(chǎn)生一射極基極電壓差ΔVeb(ΔVeb＝Veb2-Veb1)于操作放大器OP1的輸出和第二電阻R2。該射極基極電壓差ΔVeb為一組件原本就存在的正溫度系數(shù)電壓VPTAT。接著上述正溫度系數(shù)電壓VPTAT控制一正溫度系數(shù)電流IPTAT穿過第二電阻R2，用以建立正溫度系數(shù)電壓VPTAT。
第二電路12包括第三雙極晶體管Q3，其耦接到第二電阻R2，并且在第三雙極晶體管Q3的射極和基極間產(chǎn)生組件原本就存在的負溫度系數(shù)電壓VCTAT。
然而，因為正溫度系數(shù)電流IPTAT隨工藝和溫度變動，而且引入一和負溫度系數(shù)電壓VCTAT相反的量，用以偏壓第三雙極晶體管Q3的正溫度系數(shù)電流IPTAT將使得負溫度系數(shù)電壓VCTAT的效果減弱。在實際操作上正溫度系數(shù)電流IPTAT可以因為集成電路的工藝產(chǎn)生20％的變動，導致能帶間隙參考電壓Vbg無法維持和工藝和溫度無關的電壓電平。為了解決這個問題通常需要額外的電路仿真和校正，也因此增加產(chǎn)品的制造周期和電路復雜度。
因此，這里需要一種參考電壓產(chǎn)生器和產(chǎn)生參考電壓的方法，用以產(chǎn)生一種和偏壓無關的參考電壓。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提出一種參考電壓產(chǎn)生器，包括一第一電路、一第二電路、和一外部組件。第一電路產(chǎn)生正溫度系數(shù)(positive temperaturecoefficient)電壓。第二電路耦接到上述第一電路，由一大致固定電流偏壓，產(chǎn)生負溫度系數(shù)(negative temperature coefficient)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為一參考電壓。外部組件耦接到上述第二電路，并且產(chǎn)生上述大致固定電流。
此外，本發(fā)明還提出一種集成電路，用以產(chǎn)生一參考電壓，包括一第一電路和一第二電路。第一電路產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電流和一正溫度系數(shù)電壓。第二電路耦接到上述第一電路，由一非上述正溫度系數(shù)電流的大致固定電流偏壓，產(chǎn)生一負溫度系數(shù)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為上述參考電壓。
本發(fā)明還提出一種產(chǎn)生參考電壓的方法，包括在一第一電路提供一正溫度系數(shù)電壓，由一大致固定電流偏壓一第二電路，上述大致固定電流由一外部組件而來，在上述第二電路形成一負溫度系數(shù)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為上述參考電壓。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結合附圖詳細說明如下。


圖1示出了示現(xiàn)有能帶間隙參考電壓電路的電路圖。
圖2示出了本發(fā)明實施例中之參考電壓產(chǎn)生器的電路圖。
圖3示出了使用在圖2參考電壓產(chǎn)生器的裝置3的電路概要圖。
附圖符號說明10-PTAT電路；12-CTAT電路；20-中間電路；22-外部組件。
具體實施例方式
在此必須說明的是，下面披露的內容中所提出的不同實施例或范例，是用以說明本發(fā)明所揭示的不同技術特征，其所描述的特定范例或排列是用以簡化本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明。此外，在不同實施例或范例中可能重復使用相同的參考數(shù)字與符號，其所重復使用的參考數(shù)字與符號是用以說明本發(fā)明所揭示的內容，并非用以表示不同實施例或范例間的關系。
圖2示出了本發(fā)明實施例中的參考電壓產(chǎn)生器的電路圖，包括PTAT電路10(第一電路)、CTAT電路12(第二電路)、中間電路20(第三電路)、和外部組件22。PTAT電路10耦接到CTAT電路12、中間電路20、接著耦接到外部組件22。
參考圖2，PTAT電路10產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓VPTAT，而CTAT電路12利用外部電流Iext產(chǎn)生一負溫度系數(shù)電壓VCTAT，該外部電流Iext和電流nIext以n倍數(shù)相關。外部電流Iext由外部組件產(chǎn)生，該外部組件可以為電阻、電容、或任何可以提供大致固定電流Iext的組件。正溫度系數(shù)電壓VPTAT和負溫度系數(shù)電壓VCTAT一起產(chǎn)生一大致固定參考電壓Vbg。
一大致固定電壓應用于外部組件兩端，用以建立大致固定電流Iext，接著該大致固定電流Iext經(jīng)由中間電路20導入至CTAT電路12作為偏壓電流nIext。上述大致固定電壓可以為由CTAT電路12經(jīng)由中間電路20而來的參考電壓。
PTAT電路10和CTAT電路12可以使用現(xiàn)有的第一電路及第二電路，如圖1顯示的電路配置，兩者和中間電路20都位于一集成電路組件。外部組件22在集成電路組件之外。既然外部組件22和集成電路組件并非一個整體，外部組件22不會被集成電路制造中的20％制成變動所影響，所以為一可控制的組件。實際應用上，外部組件22的正確性可以維持在其阻抗的1％內。因此，使用現(xiàn)有的第一電路及第二電路，利用一中間電路20及外部組件22可提供一穩(wěn)定的參考電壓。
中間電路20包括操作放大器(operational amplifier，OA)200、電流鏡(current mirror)電路202、和晶體管204。操作放大器200的非反向輸入耦接到CTAT電路12，其反向輸入耦接到外部組件22，以及其輸出耦接到晶體管204。晶體管204接著耦接到外部組件22和電流鏡電路202。
參考電壓Vbg由CTAT電路12經(jīng)由操作放大器200送到外部組件22，使得一大致固定電壓施加到外部組件22兩端，并且固定電流nIext經(jīng)由電流鏡電路202回饋到CTAT電路12，得到真的負溫度系數(shù)電壓VCTAT和非偏壓敏感的參考電壓Vbg。
圖3示出了使用在圖2參考電壓產(chǎn)生器的裝置3的電路概要圖。裝置3包括PTAT電路10(第一電路)、CTAT電路12(第二電路)、和中間電路20(第三電路)。PTAT電路10耦接到CTAT電路12、接著耦接到中間電路20。
PTAT電路10產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流IPTAT和正溫度系數(shù)電壓VPTAT。CTAT電路12由一大致固定電流nIext偏壓用以產(chǎn)生負溫度系數(shù)電壓VCTAT，以及結合負溫度系數(shù)電壓VCTAT和正溫度系數(shù)電壓VPTAT作為參考電壓Vbg。上述大致固定電流nIext并非上述正溫度系數(shù)電流IPTAT。
PTAT電路10，CTAT電路12，和中間電路20可以由圖2顯示的電路配置實現(xiàn)。另外，CTAT電路12可以耦接到一外部組件，用以接受大致固定電流nIext穿過其中。上述外部組件可以為電阻、電容、或任何可以提供大致固定電流Iext的組件。
本發(fā)明還包括一種產(chǎn)生參考電壓Vbg的方法，使用圖2所披露的參考電壓產(chǎn)生器。
在初始化之后，該產(chǎn)生參考電壓Vbg的方法包括在PTAT電路10提供正溫度系數(shù)電壓VPTAT，并且由大致固定電流nIext偏壓CTAT電路12來產(chǎn)生負溫度系數(shù)電壓VCTAT。上述大致固定電流nIext由外部組件22而來。最后結合負溫度系數(shù)電壓VCTAT和正溫度系數(shù)電壓VPTAT作為參考電壓Vbg。
接著經(jīng)由中間電路20中的操作放大器200將參考電壓Vbg施加于外部組件22。因為外部組件22的值具有控制良好的精確性，參考電壓產(chǎn)生器2的電路配置所產(chǎn)生的電流Iext為一大致固定電流，其經(jīng)由中間電路20內的電流鏡電路202傳送到CTAT電路12。CTAT電路12使用大致固定電流Iext做為偏壓電流，用以產(chǎn)生負溫度系數(shù)電壓VCTAT。這個方法可以持續(xù)直到上述產(chǎn)生參考電壓程序結束為止。
本發(fā)明和互補型金屬氧化物半導體(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)、雙極(Bipolar)、雙載流子互補型金屬氧化物半導體(BIpolarCMOS，BiCMOS)工藝完全兼容，本領域的技術人員可以在不偏離本發(fā)明的發(fā)明精神的前提下，依其需要做相對應的改變到雙極或BiCMOS工藝。
本發(fā)明雖以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可做若干的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權利要求為準。
權利要求
1.一種參考電壓產(chǎn)生器，包括一第一電路，產(chǎn)生正溫度系數(shù)電壓；一第二電路，耦接到上述第一電路，由一大致固定電流偏壓，產(chǎn)生負溫度系數(shù)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為一參考電壓；以及一外部組件，耦接到上述第二電路，并且產(chǎn)生上述大致固定電流。
2.如權利要求1所述的參考電壓產(chǎn)生器，其中上述外部組件為一耦接到上述參考電壓的電阻。
3.如權利要求1所述的參考電壓產(chǎn)生器，還包括一第三電路，耦接上述第二電路和上述外部組件，使得上述參考電壓耦接到上述外部組件，并且經(jīng)由上述第三電路導入上述大致固定電流到上述第二電路。
4.如權利要求3所述的參考電壓產(chǎn)生器，其中上述第三電路包括一操作放大器，耦接到上述第二電路和上述外部組件，使得上述參考電壓施加到上述外部組件。
5.如權利要求3所述的參考電壓產(chǎn)生器，其中上述第三電路還包括一電流鏡電路，耦接到上述第二電路和上述外部組件，使得上述第二電路接收到上述大致固定電流。
6.一種集成電路，加入用以產(chǎn)生一參考電壓，包括一第一電路，產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電流和一正溫度系數(shù)電壓；以及一第二電路，耦接到上述第一電路，由一非上述正溫度系數(shù)電流的大致固定電流偏壓，產(chǎn)生一負溫度系數(shù)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為上述參考電壓。
7.如權利要求6所述的集成電路，其中上述第二電路更耦接到一外部組件，用以接收上述大致固定電流穿過其中。
8.如權利要求6所述的集成電路，還包括一操作放大器，耦接到上述第二電路和一外部組件，使得上述參考電壓施加到上述外部組件。
9.如權利要求6所述的集成電路，還包括一電流鏡電路，耦接到上述第二電路和一外部組件，使得上述第二電路接收到上述大致固定電流。
10.一種產(chǎn)生參考電壓的方法，包括在一第一電路提供一正溫度系數(shù)電壓；由一大致固定電流偏壓一第二電路，上述大致固定電流由一外部組件而來；在上述第二電路形成一負溫度系數(shù)電壓；以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為上述參考電壓。
11.如權利要求10所述的產(chǎn)生參考電壓的方法，其中上述外部組件為一耦接到上述參考電壓的電阻。
12.如權利要求10所述的產(chǎn)生參考電壓的方法，還包括經(jīng)由一第三電路施加上述參考電壓到上述外部組件。
13.如權利要求10所述的產(chǎn)生參考電壓的方法，還包括經(jīng)由一第四電路導入上述大致固定電流到上述第二電路。
全文摘要
一種參考電壓產(chǎn)生器，包括一第一電路、一第二電路、和一外部組件。第一電路產(chǎn)生正溫度系數(shù)(positive temperature coefficient)電壓。第二電路耦接到上述第一電路，由一大致固定電流偏壓，產(chǎn)生負溫度系數(shù)(negativetemperature coefficient)電壓，以及結合上述負溫度系數(shù)電壓和上述正溫度系數(shù)電壓作為一參考電壓。外部組件耦接到上述第二電路，并且產(chǎn)生上述大致固定電流。
文檔編號G05F3/00GK1831698SQ20061000373
公開日2006年9月13日 申請日期2006年2月7日 優(yōu)先權日2005年2月7日
發(fā)明者林志峰, 黃珮修 申請人:威盛電子股份有限公司