電壓產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電壓產(chǎn)生裝置。電壓產(chǎn)生裝置包括參考電壓生成器以及輸出電壓生成器。參考電壓生成器用于產(chǎn)生參考電壓，并依據(jù)控制信號(hào)決定是否產(chǎn)生參考電壓。輸出電壓生成器包括比較器、可變電阻以及電流源。比較器比較參考電壓與輸出電壓，由此產(chǎn)生校準(zhǔn)信號(hào)。可變電阻的電阻值由校準(zhǔn)信號(hào)決定。電流源提供輸出電流以流經(jīng)可變電阻，由此產(chǎn)生輸出電壓。其中，參考電壓在初始周期期間產(chǎn)生，而參考電壓生成器在初始周期之后關(guān)閉。初始周期依據(jù)控制信號(hào)而決定。
【專利說明】電壓產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電壓產(chǎn)生裝置，且特別是有關(guān)于一種用于產(chǎn)生高度精確的輸出電壓的電壓產(chǎn)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路中，能隙電壓生成器(band-gap voltage generator)用于提供高度精確的輸出電壓。由能隙電壓生成器產(chǎn)生的輸出電壓與環(huán)境溫度的變化無關(guān)，且輸出電壓供集成電路的核心電路使用，由此維持核心電路的性能穩(wěn)定。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)的能隙電壓生成器中，往往需要多個(gè)雙極性晶體管(bipolartransistor)以及高增益的運(yùn)算放大器。也就是說，當(dāng)能隙電壓生成器運(yùn)作時(shí)，將會(huì)消耗大量電流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生高精確輸出電壓以及低能源消耗的電壓產(chǎn)生裝置。
[0005]電壓產(chǎn)生裝置包括參考電壓生成器以及輸出電壓生成器。參考電壓生成器用于產(chǎn)生參考電壓，且參考電壓生成器依據(jù)控制信號(hào)決定是否產(chǎn)生參考電壓。輸出電壓生成器耦接于參考電壓生成器。輸出電壓生成器包括比較器、可變電阻以及電流源。比較器比較參考電壓以及輸出電壓，由此產(chǎn)生校準(zhǔn)信號(hào)?？勺冸娮桉罱佑诒容^器，且可變電阻的電阻值由校準(zhǔn)信號(hào)決定。電流源耦接于可變電阻，且電流源提供輸出電流以流經(jīng)可變電阻，由此產(chǎn)生輸出電壓。其中，參考電壓在初始周期(initial timing per1d)期間產(chǎn)生，而參考電壓生成器在初始周期之后關(guān)閉，且初始周期依據(jù)控制信號(hào)而決定。
[0006]基于上述，本發(fā)明提供一種參考電壓生成器，用于產(chǎn)生高度精確的參考電壓至輸出電壓生成器。輸出電壓生成器依據(jù)參考電壓而產(chǎn)生輸出電壓，且當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定產(chǎn)生時(shí)，參考電壓生成器關(guān)閉。也就是說，輸出電壓生成器會(huì)依據(jù)高度精確的參考電壓，由此產(chǎn)生高度精確的輸出電壓。此外，參考電壓生成器關(guān)閉是為了節(jié)省電壓產(chǎn)生裝置的能源消耗。用于產(chǎn)生高度精確的輸出電壓并具低能源消耗的電壓產(chǎn)生裝置可被實(shí)現(xiàn)。
[0007]為讓本案的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的電壓產(chǎn)生裝置的電路圖；
[0009]圖2是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的參考電壓生成器的電路圖；
[0010]圖3是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的參考電壓生成器的另一電路圖。
[0011]附圖標(biāo)記說明:
[0012]100:電壓產(chǎn)生裝置；
[0013]110:參考電壓生成器；
[0014]111:電流生成器；
[0015]112、113:截波器;
[0016]120:輸出電壓生成器；
[0017]121:電流源；
[0018]122: 二元搜尋邏輯電路；
[0019]VREF:參考電壓；
[0020]CTRL:控制信號(hào)；
[0021]CMP:比較器；
[0022]VR:可變電阻；
[0023]Dl:二極管；
[0024]101:輸出電流；
[0025]I1、IA1、12、111、112:電流;
[0026]GND:參考接地；
[0027]VOUT:輸出電壓；
[0028]CALS:校準(zhǔn)信號(hào)；
[0029]CK:頻率信號(hào)；
[0030]Ml ?M5、T1 ?T2、M11 ?M13:晶體管；
[0031]R1、R2 ?R5:電阻;
[0032]VDD:操作電壓；
[0033]0P1、0P2、0P11、0P12:放大器；
[0034]VB1、VB2:偏壓；
[0035]Sffl:開關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0036]現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在附圖中說明所述示范性實(shí)施例的實(shí)例。另外，凡可能之處，在附圖及實(shí)施方式中使用相同標(biāo)記的組件/構(gòu)件代表相同或類似部分。
[0037]請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的電壓產(chǎn)生裝置的電路圖。電壓產(chǎn)生裝置100包括參考電壓生成器110以及輸出電壓生成器120。參考電壓生成器110產(chǎn)生參考電壓VREF，且參考電壓生成器110依據(jù)控制信號(hào)CTRL決定是否產(chǎn)生參考電壓VREF。參考電壓VREF被提供給輸出電壓生成器120，其中參考電壓VREF的電壓準(zhǔn)位可與環(huán)境溫度無關(guān)。
[0038]參考電壓生成器110受控于控制信號(hào)CTRL，且在初始周期期間，參考電壓生成器110提供參考電壓VREF至輸出電壓生成器120。此外，參考電壓生成器110在初始周期之后關(guān)閉，其中，初始周期是由控制信號(hào)CTRL決定。
[0039]在本實(shí)施例中，輸出電壓生成器120耦接于參考電壓生成器110。輸出電壓生成器120包括比較器CMP、電流源121、二元搜尋邏輯電路(binary search logic circuit)122、可變電阻VR以及二極管Dl。電流源121耦接于可變電阻VR，并提供輸出電流1l至可變電阻VR。可變電阻VR與二極管Dl串接在電流源121與參考接地GND之間。當(dāng)輸出電流1l流經(jīng)可變電阻VR以及二極管Dl時(shí)，可在電流源121與可變電阻VR的耦接端點(diǎn)上產(chǎn)生輸出電壓VOUT。
[0040]在此請(qǐng)注意，輸出電壓VOUT的電壓準(zhǔn)位可由可變電阻VR的電阻值決定。在圖1中，可變電阻VR的電阻值受控于校準(zhǔn)信號(hào)CALS。校準(zhǔn)信號(hào)CALS是由二元搜尋邏輯電路122產(chǎn)生。在此，二元搜尋邏輯電路122耦接于比較器CMP與可變電阻VR之間。比較器CMP用于比較來自參考電壓生成器110的參考電壓VREF，并傳送比較結(jié)果至二元搜尋邏輯電路122。二元搜尋邏輯電路122依據(jù)比較器的輸出，并通過根據(jù)頻率信號(hào)CK的二元搜尋算法而產(chǎn)生校準(zhǔn)信號(hào)CALS。
[0041]二元搜尋算法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故二元搜尋算法的細(xì)節(jié)在此不再贅述。
[0042]電流源121包括晶體管Ml?M5以及電阻Rl。晶體管Ml?M3的第一端耦接于操作電壓VDD，且晶體管Ml?M3的控制端共接。晶體管M3的控制端還耦接于晶體管M3的第二端。晶體管Ml的第二端耦接于可變電阻VR，由此提供輸出電流1l。晶體管M2和M3的第二端分別耦接于晶體管M4和M5的第一端。晶體管M4的控制端耦接于晶體管M2的第二端與晶體管M5的控制端。晶體管M4的第二端耦接于參考接地GND。電阻Rl耦接于晶體管M5的第二端與參考接地GND之間。
[0043]對(duì)于電壓產(chǎn)生裝置100的詳細(xì)操作，首先，在初始周期期間，參考電壓生成器110產(chǎn)生并提供參考電壓VREF至輸出電壓生成器120。接著，輸出電壓生成器120通過參照參考電壓VREF而產(chǎn)生輸出電壓V0UT，且參考電壓生成器110在初始周期之后關(guān)閉。
[0044]輸出電壓VOUT通過參照高度準(zhǔn)確的參考電壓生成器110而可具有高準(zhǔn)確度，并由于參考電壓生成器110在初始周期之后關(guān)閉而可減少能源消耗。也就是說，通過電壓產(chǎn)生裝置100可實(shí)現(xiàn)具有低能源消耗的輸出電壓V0UT。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的參考電壓生成器的電路圖。在圖2中，參考電壓生成器110包括電流生成器111、電阻R2?R5、晶體管Tl?T2以及放大器OPl和0P2。電流生成器111依據(jù)偏壓VBl和VB2而產(chǎn)生電流IUIAl以及12。其中，電流Il和IAl形成電流生成器111的第一電流，而電流12則為電流生成器111的第二電流。電阻R2的第一端接收電流Il的一部分(111)，而電阻R2的第二端則耦接于晶體管Tl的第一端。晶體管Tl的第二端與控制端耦接至參考接地GND。電阻R3和R4串接在電流生成器111和晶體管T2之間。電阻R3的第一端接收電流Il的另一部分(112)，而電阻R3的第二端則耦接于電阻R4的第一端。電阻R4的第二端耦接于晶體管T2的第一端，而晶體管T2的弟~■端和控制端稱接至參考接地GND。
[0046]放大器OPl的兩個(gè)輸入端分別耦接于電阻R2和R3的第二端。放大器OPl的輸出端產(chǎn)生偏壓VB1。放大器0P2的兩個(gè)輸入端分別耦接于電阻R4和R5的第一端。放大器0P2的輸出端產(chǎn)生偏壓VB2。此外，電阻R5的第二端耦接至參考接地GND，而電阻R5的第一端接收來自電流生成器111的電流12。
[0047]在本實(shí)施例中，電流生成器111包括晶體管Mll?M13。晶體管Mll?M13的第一端耦接至操作電壓VDD，晶體管Ml I和M12的第二端耦接于電阻R2和R3的第一端以提供電流II，且M13的第二端耦接于電阻R5的第一端以提供電流12。晶體管Mll的控制端耦接于放大器OPl的輸出端，用于接收偏壓VB1。晶體管M12和M13的控制端耦接于放大器0P2的輸出端，用于接收偏壓VB2。
[0048]另外，電流Il的溫度系數(shù)和電流12的溫度系數(shù)為互補(bǔ)。電流12的溫度系數(shù)和電流IAl的溫度系數(shù)為相同。舉例來說，電流Il的溫度系數(shù)為正溫度系數(shù)，而電流IAl的溫度系數(shù)為負(fù)溫度系數(shù)。據(jù)此，電阻R2所接收的電流Ill與環(huán)境溫度無關(guān)，參考電壓VREF也因此而與環(huán)境溫度無關(guān)。
[0049]在此請(qǐng)注意，電流生成器111也接收控制信號(hào)CTRL。當(dāng)控制信號(hào)CTRL指示電流生成器111是處于初始周期時(shí)，電流生成器111正常產(chǎn)生電流IUIAl以及12。相對(duì)而言，當(dāng)控制信號(hào)CTRL指示電流生成器111不是處于初始周期時(shí)，電流生成器111停止產(chǎn)生電流I1、IAl以及12。電流生成器111可通過關(guān)閉晶體管Mll?M13接收操作電壓VDD的路徑而關(guān)閉。
[0050]請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3是依照本發(fā)明一實(shí)施例所示出的參考電壓生成器的另一電路圖。在圖3中，參考電壓生成器110包括電流源111、電阻R2?R5、晶體管TI?T2、放大器OP11和0P12、開關(guān)SWl以及截波器(ch0pper)112和113。與圖2的參考電壓生成器110不同的是，圖3的參考電壓生成器110包括兩個(gè)截波器112和113，截波器112耦接于放大器OPll和電阻R2?R4之間，且截波器113耦接于放大器0P12和電阻R3?R5之間。詳細(xì)來說，截波器112的兩個(gè)輸入端分別耦接于電阻R2和R3的第二端，而其兩個(gè)輸出端分別耦接于放大器OPll的輸入端。截波器113的兩個(gè)輸入端分別耦接于電阻R4和R5的第一端，而其兩個(gè)輸出端分別耦接于放大器0P12的輸入端。此外，放大器OPll和0P12各具有截波輸出級(jí)(chopper output stage)。截波器112和113以及截波輸出級(jí)根據(jù)頻率信號(hào)CK而運(yùn)作，且截波器112和113以及截波輸出級(jí)用于消除放大器OPll和0P12的偏移電壓(offsetvoltage)。
[0051]在圖3中，受控于控制信號(hào)CTRL的開關(guān)SWl可被放置在晶體管Mll?M13以及操作電壓VDD之間。開關(guān)SWl根據(jù)控制信號(hào)CTRL在初始周期期間可被開啟，并在初始周期之后可被關(guān)閉。
[0052]綜上所述，電壓產(chǎn)生裝置提供用于產(chǎn)生具有高度準(zhǔn)確的參考電壓的參考電壓生成器。電壓產(chǎn)生裝置也提供通過參照參考電壓而產(chǎn)生輸出電壓的輸出電壓生成器。當(dāng)輸出電壓已產(chǎn)生，參考電壓生成器關(guān)閉以節(jié)省能源消耗。也就是說，通過本發(fā)明實(shí)施例，可以產(chǎn)生高度準(zhǔn)確的輸出電壓，并可節(jié)省能源消耗。
[0053]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括: 一參考電壓生成器，用于產(chǎn)生一參考電壓，該參考電壓生成器依據(jù)一控制信號(hào)決定是否產(chǎn)生該參考電壓；以及 一輸出電壓生成器，I禹接于該參考電壓生成器，該輸出電壓生成器包括: 一比較器，用于比較該參考電壓以及一輸出電壓，由此產(chǎn)生一校準(zhǔn)信號(hào)； 一可變電阻，耦接于該比較器，該可變電阻的一電阻值由該校準(zhǔn)信號(hào)決定；以及一電流源，耦接于該可變電阻，該電流源提供一輸出電流以流經(jīng)該可變電阻，由此產(chǎn)生該輸出電壓， 其中該參考電壓在一初始周期期間產(chǎn)生，而該參考電壓生成器在該初始周期之后關(guān)閉，且該初始周期依據(jù)該控制信號(hào)而決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該輸出電壓器還包括: 一二元搜尋邏輯電路，耦接于該比較器與該可變電阻之間，該二元搜尋邏輯電路依據(jù)基于二元搜尋算法的該比較器的一輸出而產(chǎn)生該校準(zhǔn)信號(hào)；以及 一二極管，該二極管的陰極耦接于一參考接地，而該二極管的陽(yáng)極耦接于該可變電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該電流源包括: 一第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第一晶體管的第一端耦接于一操作電壓，該第一晶體管的第二端稱接于該可變電阻，而該輸出電壓產(chǎn)生于該第一晶體管的第~-丄山一觸； 一第二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第二晶體管的第一端耦接于該操作電壓，該第二晶體管的控制端耦接于該第一晶體管的控制端； 一第三晶體管，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于該操作電壓，該第三晶體管的控制端耦接于該第二晶體管的控制端與該第三晶體管的第二端；一第四晶體管，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于該第二晶體管的第二端與該第四晶體管的控制端，該第四晶體管的第二端耦接于一參考接地；一第五晶體管，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于該第三晶體管的第二端，該第五晶體管的控制端耦接于該第四晶體管的控制端；以及一電阻，耦接于該第五晶體管的第二端與該參考接地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該參考電壓生成器包括: 一電流生成器，接收該控制信號(hào)、一第一偏壓以及一第二偏壓，在該初始周期期間，該電流生成器依據(jù)該第一偏壓和該第二偏壓產(chǎn)生一第一電流和一第二電流； 一第一電阻，該第一電阻的第一端稱接于該電流生成器以接收該第一電流的一第一部分； 一第二電阻，具有用于接收該第一電流的一第二部分的第一端； 一第三電阻，具有耦接于該第二電阻的第二端的第一端； 一第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第一晶體管的第一端耦接于該第一電阻的第二端，該第一晶體管的第二端和控制端耦接至一參考接地； 一第二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，該第二晶體管的第一端耦接于該第三電阻的第二端，該第二晶體管的第二端和控制端耦接至該參考接地； 一第四電阻，該第四電阻的第一端耦接于該電流生成器以接收該第二電流，該第四電阻的第二端耦接至該參考接地； 一第一放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第一放大器的第一輸入端率禹接于該第一電阻的第二端，該第一放大器的第二輸入端I禹接于該第二電阻的第二端，且該第一放大器的輸出端產(chǎn)生該第一偏壓；以及 一第二放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第二放大器的第一輸入端耦接于該第二電阻的第二端，該第二放大器的第二輸入端耦接于該第四電阻的第一端，且該第二放大器的輸出端產(chǎn)生該第二偏壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該初始周期由該控制信號(hào)決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該電流生成器包括: 一第三晶體管，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至一操作電壓，該第三晶體管的控制端接收該第一偏壓，該第三晶體管的第二端提供該第一電流； 一第四晶體管，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至該操作電壓，該第四晶體管的控制端接收該第二偏壓，該第四晶體管的第二端耦接于該第三晶體管的第二端；以及 一第五晶體管，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至該操作電壓，該第五晶體管的控制端接收該第二偏壓，該第五晶體管的第二端提供該第二電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該電流生成器還包括: 一第一截波器，具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，該第一截波器的第一輸入端和第二輸入端分別稱接于該第一電阻與該第二電阻的第二端，該第一截波器的第一輸出端和第二輸出端分別I禹接于該第一放大器的第一輸入端和第二輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該電流生成器還包括: 一第二截波器，具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，該第二截波器的第一輸入端和第二輸入端分別稱接于該第三電阻與該第四電阻的第一端，該第二截波器的第一輸出端和第二輸出端分別I禹接于該第二放大器的第一輸入端和第二輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，該第一放大器與該第二放大器各具有一截波輸出級(jí)。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK104345762SQ201310484950
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】陳宜隆 申請(qǐng)人:創(chuàng)杰科技股份有限公司