電壓產(chǎn)生器及能帶隙參考電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電壓產(chǎn)生器，包括有一第一晶體管、一第二晶體管、一運(yùn)算放大器、一電容、一第三晶體管、一第四晶體管及一第一電阻。該運(yùn)算放大器包括有一第一輸入端耦接于該第一晶體管的第二端及一第二輸入端耦接于該第二晶體管的第二端。該電容耦接于該運(yùn)算放大器的一輸出端及一地端之間。該第三晶體管耦接于該第一晶體管及該運(yùn)算放大器的輸出端。該第四晶體管耦接于該第二晶體管、該運(yùn)算放大器的該輸出端及該地端。該第一電阻用來根據(jù)該第三晶體管的柵源極電壓及該第四晶體管的柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓。
【專利說明】電壓產(chǎn)生器及能帶隙參考電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電壓產(chǎn)生器及能帶隙參考(bandgap reference)電路,尤其涉及ー種具有較小版圖面積并適于實(shí)現(xiàn)高精確度參考電壓的電壓產(chǎn)生器及能帶隙參考電路。
【背景技術(shù)】
[0002]模擬電路應(yīng)用中常使用不受溫度變化影響的穩(wěn)定參考電壓源或電流源，來提供ー參考電壓或參考電流，以利監(jiān)瞀電源或是其它電路的操作正確性，而能帶隙參考電路(Bandgap Reference Circuit)即為此類電路。簡(jiǎn)單來說，能帶隙參考電路是將一正溫度系數(shù)(proportional to absolute temperature, PTAT)的電流/電壓與一負(fù)溫度系數(shù)(complementary to absolute temperature,CTAT)的電流/電壓以適當(dāng)比例混合相加，將正溫度系數(shù)與負(fù)溫度系數(shù)相互抵銷后，產(chǎn)生ー零溫度系數(shù)的電流/電壓。
[0003]詳細(xì)來說，請(qǐng)參考圖1，圖1為公知技術(shù)中一能帶隙參考電路10的示意圖。能帶隙參考電路10包括有一運(yùn)算放大器100、雙載子晶體管Ql、Q2及電阻Rl~R3。如圖1所示，在能帶隙參考電路10中，運(yùn)算放大器100的正負(fù)輸入端輸入電壓VX與VY相等(VX=VY=VEBl,VEBl為雙載子晶體管Ql的基射極電壓)，通過電壓VY與VZ (即VEB2)的電壓差(即VY —VZ)及電阻R3，可產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電流Iptat，如式(I)所示:
r n T VY-VZ VEB1-VEB2 VlInK
[0004]Iptai =-=-= ~:--.1 I
R3R3R31、1 ノ
[0005]其中，K表示雙載子晶體管Q2可視為由K個(gè)雙載子晶體管Ql并聯(lián)而成。由于熱電壓Vt是正溫度系數(shù)，因此由式(I)可知電阻R3所載的正溫度系數(shù)電流Iptat是正溫度系數(shù)。
[0006]由于雙載子晶體管Q2的基射極電壓VEB2具有負(fù)溫度系數(shù)，Vout代表能帶隙參考電路10在其輸出端所輸出的能帶隙參考電壓，如式(2)所示:

V Ir\V
[0007]Vout = ^ * (R2 + R3)+ VEB2
R3 V’
avout R2 + R3 , 5V...^.^ 5VEB2^ 2)
[0008]-=-* ^L * InK +-
dT R3 81dT
[0009]其中，由式(2)可知，適當(dāng)選擇K、R2及R3的值，可使為零，借此能帶隙參


5T
考電壓Vout為零溫度系數(shù)電壓。
[0010]然而，公知能帶隙參考電路使用雙載子晶體管來做溫度補(bǔ)償，通常需使用較高的電源電壓且所產(chǎn)生的參考電壓也較大，因而導(dǎo)致較高的靜態(tài)功率損耗而無法有效應(yīng)用于較低供應(yīng)電壓的環(huán)境中，同時(shí)，使用雙載子晶體管的電路也大大的増加版圖面積。因此，業(yè)者提出以互補(bǔ)式金氧半晶體管(complementary metal oxide semiconductor, CMO S)做溫度補(bǔ)償?shù)哪軒秴⒖茧娐?，然而此電路所產(chǎn)生的負(fù)溫度系數(shù)電壓隨制程變化較大，所產(chǎn)生的零溫度系數(shù)電壓精確度也會(huì)隨之變低，如此ー來，也不利于使用。有鑒于此，公知技術(shù)實(shí)有改進(jìn)的必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種電壓產(chǎn)生器及能帶隙參考電路。
[0012]本發(fā)明公開一種電壓產(chǎn)生器，包括有一第一晶體管、一第二晶體管、一運(yùn)算放大器、一電容、一第三晶體管、一第四晶體管及一第一電阻。該第一晶體管包括有一第一端率禹接于一電壓源，及一第二端稱接于一第三端；該第二晶體管包括有一第一端稱接于該電壓源，及一第二端稱接于一第三端；該運(yùn)算放大器包括有一第一輸入端稱接于該第一晶體管的該第二端及該第三端，一第二輸入端耦接于該第二晶體管的該第二端及該第三端，及一輸出端；該電容包括有一第一端I禹接于該運(yùn)算放大器的該輸出端，以及一第二端I禹接于一地端；該第三晶體管包括有一第一端耦接于該第一晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端；該第四晶體管包括有一第一端耦接于該第二晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端耦接于該地端；以及該第一電阻耦接于該第三晶體管的該第三端與該地端之間，用來根據(jù)該第三晶體管的柵源極電壓及該第四晶體管的柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓。
[0013]本發(fā)明還公開一種能帶隙參考電路，包括有一正溫度系數(shù)電流源、一負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器及一零溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器。該正溫度系數(shù)電流源用來產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電流；該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器包括有一第一晶體管、一第二晶體管、一運(yùn)算放大器、一電容、一第三晶體管、一第四晶體管及一第一電阻。該第一晶體管包括有一第一端耦接于一電壓源，及一第二端耦接于一第三端；該第二晶體管包括有一第一端耦接于該電壓源，及一第二端耦接于一第三端；該運(yùn)算放大器包括有一第一輸入端耦接于該第一晶體管的該第二端及該第三端，一第二輸入端耦接于該第二晶體管的該第二端及該第三端，及一輸出端；該電容包括有一第一端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端，以及一第二端耦接于一地端；該第三晶體管包括有一第一端耦接于該第一晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端；該第四晶體管包括有一第一端耦接于該第二晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端耦接于該地端；以及該第一電阻耦接于該第三晶體管的該第三端與該地端之間，用來根據(jù)該第三晶體管的柵源極電壓及該第四晶體管的柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓；以及該零溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器耦接于該正溫度系數(shù)電流源與該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器之間，用來加總一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓，以產(chǎn)生一零溫度系數(shù)電壓。
[0014]在此配合下列圖示、實(shí)施例的詳細(xì)說明及權(quán)利要求書，將上述及本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點(diǎn)詳述在后。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為公知一能帶隙參考電路的示意圖。
[0016]圖2A為本發(fā)明實(shí)施例一負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器的示意圖。
[0017]圖2B為本發(fā)明實(shí)施例圖2A中負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器在不同溫度及制程的負(fù)溫度系數(shù)電壓比較圖。[0018]圖3A為本發(fā)明實(shí)施例一能帶隙參考電路的示意圖。
[0019]圖3B為本發(fā)明實(shí)施例圖3A中能帶隙參考電路在不同溫度及制程的零溫度系數(shù)電壓比較圖。
[0020]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0021]10,30能帶隙參考電路
[0022]100、200、306 運(yùn)算放大器
[0023]20、302負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器
[0024]300正溫度系數(shù)電流源
[0025]304零溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器
[0026]Rl ~R6電阻
[0027]Q1、Q2雙載子晶體管
[0028]VCC電源電壓
[0029]VX、VY、VZ、VK4 電壓
[0030]Vout能帶隙參考電壓
[0031]Ml~M4金氧半晶體管
[0032]C容
[0033]Ictat ’負(fù)溫度系數(shù)電流
[0034]Iptat、Iptat’正溫度系數(shù)電流
[0035]Vref零溫度系數(shù)參考電壓
[0036]M9電流鏡
[0037]V_ff、V_tt、V_ss負(fù)溫度系數(shù)電壓曲線
[0038]Vref_ff > Vref_tt> Vref_ss 零溫度系數(shù)電壓曲線
【具體實(shí)施方式】
[0039]請(qǐng)參考圖2A,圖2A為本發(fā)明實(shí)施例ー負(fù)溫度系數(shù)(complementary to absolutetemperature, CTAT)電壓產(chǎn)生器20的示意圖。負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器20包括有晶體管Ml~M4、一運(yùn)算放大器200、ー電容C及ー電阻R4。如圖2A所示，運(yùn)算放大器200包括有一輸入端耦接于晶體管Ml及另ー輸入端耦接于晶體管M2。運(yùn)算放大器200用來根據(jù)其輸入端所接收的信號(hào)，產(chǎn)生ー控制信號(hào)，以控制晶體管M3、M4的操作。電容C耦接于運(yùn)算放大器200的輸出端及一地端之間。晶體管M3耦接于晶體管Ml及運(yùn)算放大器200的輸出端，晶體管M4耦接于晶體管M2、運(yùn)算放大器200的輸出端及地端。其中，晶體管M3、M4為N型金氧半場(chǎng)效晶體管。電阻R4耦接于晶體管M3與地端之間，用來根據(jù)晶體管M3、M4的柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電壓。舉例來說，如圖2A所示，電阻R4的兩端電壓差Vk4等于晶體管M3的柵源極電壓及晶體管M4的柵源極電壓的電壓差。電阻R4的兩端電壓差Vk4即為負(fù)溫度系數(shù)電壓。
[0040]簡(jiǎn)單來說，本發(fā)明的負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器20可根據(jù)晶體管M3、M4的柵源極電壓差，來產(chǎn)生能帶隙參考電路所需的負(fù)溫度系數(shù)電壓。也就是說，負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器20不需使用雙載子晶體管，即可產(chǎn)生高精確度的負(fù)溫度系數(shù)電壓，同時(shí)使電路版圖面積大幅降低。[0041]詳細(xì)來說，晶體管Ml耦接于運(yùn)算放大器200的一輸入端，而晶體管M2耦接于運(yùn)算放大器200的另一輸入端，借此，運(yùn)算放大器200可根據(jù)晶體管Ml、M2所輸入的信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制晶體管M3、M4操作在亞閾值區(qū)。較佳地，晶體管M3、M4是不同類型的金氧半場(chǎng)效晶體管，如此一來，晶體管M3的閾值電壓不同于晶體管M4的閾值電壓。進(jìn)一步說明，當(dāng)晶體管M3、M4具不同閾值電壓且同時(shí)操作在亞閾值區(qū)時(shí)，根據(jù)晶體管的電流-電壓(1-V)特性可知，此時(shí)晶體管M3、M4的柵源極電壓差實(shí)質(zhì)上會(huì)等于晶體管M3、M4的閾值電壓差。以下將通過表達(dá)式(3)、(4)逐步說明。當(dāng)晶體管M3、M4操作在亞閾值區(qū)且晶體管M3、M4的漏源極電壓大于四倍的熱電壓Vt時(shí)，晶體管M3、M4的電流-電壓特性分別如式(3)所示:
【權(quán)利要求】
1.ー種電壓產(chǎn)生器，包括有: 一第一晶體管，包括有一第一端稱接于ー電壓源，及一第二端稱接于該第一晶體管的一第三端； 一第二晶體管，包括有一第一端耦接于該電壓源，及一第二端耦接于該第二晶體管的一第三端； 一運(yùn)算放大器，包括有一第一輸入端耦接于該第一晶體管的該第二端及該第三端，一第二輸入端耦接于該第二晶體管的該第二端及該第三端，及ー輸出端； 一電容，包括有一第一端I禹接于該運(yùn)算放大器的該輸出端，以及ー第二端I禹接于一地端; 一第三晶體管，包括有一第一端耦接于該第一晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端； 一第四晶體管，包括有一第一端耦接于該第二晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端耦接于該地端；以及一第一電阻，耦 接于該第三晶體管的該第三端與該地端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在干，該第一晶體管及該第二晶體管為P型金氧半場(chǎng)效晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在干，該運(yùn)算放大器為具有P型金氧半場(chǎng)效晶體管及N型金氧半場(chǎng)效晶體管的一運(yùn)算放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在干，該運(yùn)算放大器用來根據(jù)該第一輸入端與該第二輸入端所接收的信號(hào)，產(chǎn)生ー控制信號(hào)，以控制該第三晶體管操作在一第一亞閾值區(qū)與控制該第四晶體管操作在一第二亞閾值區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在于，該第三晶體管與該第四晶體管為N型金氧半場(chǎng)效晶體管。
6.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在于，該第三晶體管與該第四晶體管為不同類型的晶體管，該第三晶體管的閾值電壓與該第四晶體管的閾值電壓不同，且該第一電阻的兩端電壓差等于該第三晶體管的閾值電壓及該第四晶體管的閾值電壓的電壓差。
7.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在于，該第一電阻的兩端電壓差等于該第三晶體管的該柵源極電壓及該第四晶體管的該柵源極電壓的電壓差。
8.如權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生器，其特征在于，該第一電阻根據(jù)該第三晶體管的柵源極電壓及該第四晶體管的柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生ー負(fù)溫度系數(shù)電壓并根據(jù)該負(fù)溫度系數(shù)電壓，產(chǎn)生ー負(fù)溫度系數(shù)電流。
9.ー種能帶隙參考電路，包括有: 一正溫度系數(shù)電流源，用來產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電流； ー負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器，包括有: 一第一晶體管，包括有一第一端稱接于ー電壓源，及一第二端稱接于該第一晶體管的一第三端； 一第二晶體管，包括有一第一端耦接于該電壓源，及一第二端耦接于該第二晶體管的一第三端； 一運(yùn)算放大器，包括有一第一輸入端耦接于該第一晶體管的該第二端及該第三端，及一第二輸入端耦接于該第二晶體管的該第二端及該第三端，及一輸出端； 一電容，包括有一第一端I禹接于該運(yùn)算放大器的該輸出端，以及一第二端I禹接于一地端; 一第三晶體管，包括有一第一端耦接于該第一晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端； 一第四晶體管，包括有一第一端耦接于該第二晶體管的該第三端，一第二端耦接于該運(yùn)算放大器的該輸出端與該電容的該第一端，及一第三端耦接于該地端；以及 一第一電阻，耦接于該第三晶體管的該第三端與該地端之間，用來根據(jù)該第三晶體管的一柵源極電壓及該第四晶體管的一柵源極電壓的電壓差，產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓；以及一零溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器，耦接于該正溫度系數(shù)電流源與該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器之間，用來根據(jù)一正溫度系數(shù)電流及該負(fù)溫度系數(shù)電壓，以產(chǎn)生一零溫度系數(shù)電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該第一晶體管及該第二晶體管為P型金氧半場(chǎng)效晶體管。
11.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該運(yùn)算放大器為具有P型金氧半場(chǎng)效晶體管及N型金氧半場(chǎng)效晶體管的一運(yùn)算放大器。
12.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該運(yùn)算放大器用來根據(jù)該第一輸入端與該第二輸入端所接收的信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制該第三晶體管操作在一第一亞閾值區(qū)與控制該第四晶體管操作在一第二亞閾值區(qū)。
13.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該第三晶體管與該第四晶體管為N型金氧半場(chǎng)效晶體管。
14.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該第三晶體管與該第四晶體管為不同類型的晶體管，該第三晶體管的閾值電壓與該第四晶體管的閾值電壓不同，且該第一電阻的兩端電壓差等于該第三晶體管的閾值電壓及該第四晶體管的閾值電壓的電壓差。
15.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該第一電阻的兩端電壓差等于該第三晶體管的該柵源極電壓及該第四晶體管的該柵源極電壓的電壓差。
16.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該第一電阻還根據(jù)該負(fù)溫度系數(shù)電壓，產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電流。
17.如權(quán)利要求9所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該零溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器，包括有: 一電流鏡，用來復(fù)制該負(fù)溫度系數(shù)電流； 一第二電阻，包括有一第一端稱接于該電流鏡；以及 一第三電阻，包括有一第一端稱接于該第二電阻的一第二端與該正溫度系數(shù)電流源，及一第二端耦接于該地端； 其中，該正溫度系數(shù)電流通過該第三電阻，該負(fù)溫度系數(shù)電流通過該第二電阻與該第三電阻，且該零溫度系數(shù)電壓為該第二電阻的兩端電壓差與該第三電阻上的兩端電壓差的總和。
18.如權(quán)利要求17所述的能帶隙參考電路，其特征在于，該電流鏡為一P型金氧半場(chǎng)效晶體管。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK103472883SQ201210184025
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】王慧, 劉寅, 項(xiàng)駿, 崇華明 申請(qǐng)人:聯(lián)詠科技股份有限公司