本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和一種提供基準(zhǔn)電壓的方法。

背景技術(shù)：

低電壓、小體積的電子元件有利于消費(fèi)電子產(chǎn)品的多個方面。從無線射頻識別(RFID)到移動裝置，例如手機(jī)，制造商們不斷地在為其中的電子元件尋求更低的功耗和更小的封裝尺寸。

用于電子裝置中的一個此類元件為帶隙基準(zhǔn)電路。帶隙基準(zhǔn)電路通常用于產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓。典型的帶隙基準(zhǔn)電路可能需要至少1.8V的電源電壓。為了提供低于1.8V電源電壓的帶隙基準(zhǔn)電路設(shè)計，通常需要采用三個pn結(jié)或者該電路設(shè)計需要具有三個穩(wěn)態(tài)。但是，與高功耗的兩pn結(jié)帶隙基準(zhǔn)電路相比，低功耗的三pn結(jié)帶隙基準(zhǔn)電路的制造通常更昂貴，更復(fù)雜。因此，制造商們必須在設(shè)計過程中在功耗與體積和成本之間做出取舍。

此外，與兩態(tài)帶隙基準(zhǔn)電路的啟動電路相比，三態(tài)帶隙基準(zhǔn)電路的啟動電路的設(shè)計和實施也增加了復(fù)雜度。

因此，需要提供一種具有低功耗及高效面積利用的改進(jìn)帶隙基準(zhǔn)電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)的帶隙基準(zhǔn)電路的性能不佳。

在本發(fā)明的一實施例中，提供了一種基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，包括：第一伺服回路(例如，PTAT伺服回路)，所述第一伺服回路包括具有第一電流密度的第一pn結(jié)，和具有與所述第一電流密度不同的第二電流密度的第二pn結(jié)； 第二伺服回路(例如，CTAT伺服回路)，所述第二伺服回路共享所述第一伺服回路的第一或者第二pn結(jié)；以及電阻，所述電阻耦合至所述第一伺服回路、所述第二伺服回路和地，其中所述電阻兩端的電壓為所述基準(zhǔn)電壓輸出。

在另一實施例中，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包括用來確保所述電路進(jìn)入所需的穩(wěn)定狀態(tài)的啟動電路和具有能夠在低電源電壓下操作的鏡像復(fù)制電流的增益增強(qiáng)技術(shù)。

在另一實施例中，所述PTAT伺服回路的電流和所述CTAT伺服回路的電流以可配置的比例結(jié)合，所述可配置的比例確定以下的一個或多個：穩(wěn)定的溫度無關(guān)電流，電阻溫度相關(guān)特性的解除，或者具有可配置溫度相關(guān)特性的穩(wěn)定電流源。

在另一實施例中，提供一種產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的方法。所述方法包括通過具有第一pn結(jié)的第一伺服回路產(chǎn)生第一電流。所述方法還包括通過第二pn結(jié)產(chǎn)生第二電流，其中，第二伺服回路共享所述第一伺服回路的第一或者第二pn結(jié)。所述方法還包括從電阻輸出所述基準(zhǔn)電壓，所述電阻耦合至所述第一伺服回路、所述第二伺服回路和地。

本發(fā)明的上述或者其他方面、目的和特征可以通過下面的結(jié)合對應(yīng)的附圖對多個實施例進(jìn)行的描述而更加清晰。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明一實施例的分?jǐn)?shù)帶隙電路的方框和電路示意圖；

圖2示出了本發(fā)明一實施例的與絕對溫度成比例的PTAT伺服回路的方框和電路示意圖；

圖3示出了本發(fā)明一實施例的與絕對溫度互補(bǔ)的CTAT伺服回路的方框和電路示意圖；

圖4示出了本發(fā)明一實施例的分?jǐn)?shù)帶隙電路的方框和電路示意圖；

圖5示出了本發(fā)明一實施例的具有增益增強(qiáng)的PTAT伺服回路的方框和電路示意圖；

圖6示出了本發(fā)明一實施例的用于所述帶隙電路之外的其他電路的產(chǎn)生具有多種不同溫度相關(guān)性的電流的方框和電路示意圖；

圖7示出了本發(fā)明一實施例的啟動電路的方框和電路示意圖；

圖8示出了本發(fā)明一實施例的傳統(tǒng)電阻版圖設(shè)計的示意圖；

圖9示出了本發(fā)明一實施例的U形電阻單元版圖設(shè)計的示意圖；

圖10示出本發(fā)明一實施例的產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的方法的流程圖。

具體實施方式

本說明書中所使用的詞“示例”或“例子”是指“作為一個例子、實例或者例證”。本說明書作為“示例”或者“例子”的任意方面或?qū)嵤├粦?yīng)當(dāng)解釋為相對于其他方面或者實施例更優(yōu)選或者具有優(yōu)點。

在一實施例中，提供了一種描述為分?jǐn)?shù)帶隙電路(fractional bandgap circuit，本文簡稱為FBC)的帶隙基準(zhǔn)電路，可以提供低電流、低電壓和溫度無關(guān)的基準(zhǔn)輸出。在一實施例中，所述FBC采用了兩個伺服回路，其中第一個產(chǎn)生與絕對溫度成比例(PTAT)的電流，第二個產(chǎn)生與絕對溫度互補(bǔ)的電流。所述兩個伺服回路通過具有溫度無關(guān)電壓的電阻結(jié)合。在一實施例中，所述CTAT和PTAT具有比例關(guān)系，使得所述電壓無關(guān)電阻的溫度無關(guān)相關(guān)性可以被解除，且所述FBC具有極小的甚至沒有溫度相關(guān)性。

在一實施例中，所述FBC采用具有不同電流密度的兩個pn結(jié)的第一伺服回路產(chǎn)生第一PTAT電流。與其他采用三pn結(jié)的帶隙電路設(shè)計不同，本發(fā)明的FBC采用了兩個pn結(jié)，可以節(jié)省制造過程的面積及利用更低成本的晶圓加 工工藝。

在一實施例中，采用增益增強(qiáng)的伺服回路與所述PTAT伺服回路連接，能夠在低電源電壓下獲得精確鏡像復(fù)制。在一實施例中，第三伺服回路，并沒有采用第三pn結(jié)，而是采用上述的兩個pn結(jié)中的一個來產(chǎn)生與絕對溫度互補(bǔ)的第二電流(CTAT)。復(fù)制所述CTAT伺服回路內(nèi)部電流的電流鏡在低電源電壓下并不需要伺服來允許準(zhǔn)確的鏡像復(fù)制。被鏡像復(fù)制的PTAT和CTAT電路可以通過連接至地的電阻結(jié)合，來產(chǎn)生與硅帶隙電壓具有固定分?jǐn)?shù)關(guān)系的輸出電壓。在一實施例中，所述輸出電壓與工藝、溫度和電源電壓無關(guān)。通過增加修整技術(shù)(例如，采用冗余電阻或者鏡像復(fù)制電流，或者兩者均采用)可以允許將其修整至所需的非常精確的電平。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用其他可行的修整技術(shù)。

在一些實施例中，被鏡像復(fù)制的PTAT和CTAT電流并不相等且具有相反的溫度關(guān)系。所述FBC的輸出電阻可以具有一些已知的溫度相關(guān)特性，產(chǎn)生固定輸出基準(zhǔn)電壓的被鏡像復(fù)制的PTAT和CTAT電流可以以設(shè)定比例結(jié)合，由于所述輸出電阻的溫度相關(guān)特性，可以使得結(jié)合電流的溫度特性被精確補(bǔ)償。例如，如果所述輸出電阻的溫度相關(guān)特性為負(fù)相關(guān)，通過增加額外的PTAT電流來對電流的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)來補(bǔ)償該溫度相關(guān)特性。結(jié)果產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)帶隙輸出電壓將會為溫度無關(guān)的。

在一些實施例中，兩個額外的鏡像復(fù)制電流相加來產(chǎn)生穩(wěn)定、溫度無關(guān)電流。例如，通過采用兩個相等但是具有相反溫度系數(shù)的貢獻(xiàn)電流。在一些實施例中，通過進(jìn)一步的鏡像復(fù)制，所述溫度無關(guān)電流被用來產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度無關(guān)偏置電流，其被所述設(shè)計的內(nèi)部組件利用來維持準(zhǔn)確的性能和可靠的電路行為。此外，此外，通過再進(jìn)一步的鏡像復(fù)制，所述電流被用來產(chǎn)生和提供多個穩(wěn)定的溫度無關(guān)的電流，其被所述分?jǐn)?shù)帶隙外的其他電路所使用。

在一實施例中，所述CTAT電流可以進(jìn)一步被鏡像復(fù)制產(chǎn)生為其他電路使用的穩(wěn)定CTAT電流源，來補(bǔ)償這些其他電路的PTAT特性。在另一實施例中，所述PTAT電流可以進(jìn)一步被鏡像復(fù)制產(chǎn)生為其他電路使用的穩(wěn)定PTAT電流源，來補(bǔ)償這些其他電路的CTAT特性。例如，由于溫度測量電路可能基于與絕對溫度讀數(shù)成比例的PTAT回路和整體的帶隙基準(zhǔn)電壓，所述溫度測量電路可以獲益于所述穩(wěn)定的PTAT電流源。

在一實施例中，可以根據(jù)需要將一個鏡像復(fù)制的PTAT電流和一個鏡像復(fù)制的CTAT電流成比例結(jié)合來產(chǎn)生在大范圍內(nèi)具有任意溫度相關(guān)特性的電流，該電流可能是其他電路所需的。例如，-40到100℃的大范圍。在肉類存儲單元中，當(dāng)人們想要知道其溫度時，其感興趣的僅是一個較小范圍，例如，-2到+6℃，具有0.25℃的精度。在本發(fā)明實施例的范圍內(nèi)，還可以為其他實施方式和溫度范圍。

本發(fā)明的FBC具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，其可以使用多種兩態(tài)兼容的啟動電路。在一實施例中，假設(shè)所述FBC處于兩個穩(wěn)定狀態(tài)中的任意一個，一種新型的啟動電路被用來確保所述電路進(jìn)入所需的穩(wěn)定狀態(tài)。所述啟動電路可以包括一個小電容和兩個晶體管，且可以通過小面積和低成本電路制造。在一實施例中，F(xiàn)BC采用了上述的啟動電路在啟動后來進(jìn)行具有零電流的初始化操作。關(guān)于該啟動電路可以參考下面的結(jié)合圖7的進(jìn)一步描述。

在一實施例中，通過翻轉(zhuǎn)電阻單元，U形電阻單元版圖技術(shù)可以在小面積上獲得大電阻。如前所述，縮小電路的尺寸對現(xiàn)實應(yīng)用的電子組件是非常有益的。對于帶隙電路，電阻可能會占據(jù)電路總面積的很大比例。在一實施例中，通過采用交替翻轉(zhuǎn)U形電阻單元來使用跨越電阻長度的最小間隙，可以獲得高密度的版圖。關(guān)于該電阻單元版圖可以參考下面結(jié)合圖9的進(jìn)一步描述。

圖1示出了本發(fā)明一實施例中的分?jǐn)?shù)帶隙電路的方框和電路示意圖。如圖1所示，所述FBC100采用兩個伺服回路來分別產(chǎn)生PTAT(例如，第一伺服回路110)和CTAT(例如，第二伺服回路120)電流。這些電流可以以所需的比例鏡像復(fù)制注入電阻，R₀(例如，電阻130)入地。所述電阻兩端的電壓為初級輸出電壓，vBgf 150。所述FBC還同樣地產(chǎn)生了溫度無關(guān)電流，iZtc140.

注入R₀的兩個電流的和可能并不是溫度無關(guān)的。但是，這兩個電流可以設(shè)置有一定比例來具有對電阻R₀的溫度相關(guān)特性補(bǔ)償，R₀為高阻值(例如1000Ω/sq，或者其他阻值)電阻(例如，多晶硅)。在另一方面，相加構(gòu)成溫度無關(guān)電流iZtc的所述兩個電流，具有相等但相反的溫度系數(shù)。在一些實施例中，R₀由多個串聯(lián)的相同小電阻構(gòu)成。

在一實施例中，所述PTAT伺服回路的電流和所述CTAT伺服回路的電流以可配置的比例結(jié)合。所述可配置的比例決定了一個穩(wěn)定的溫度無關(guān)電流、一個消除了溫度相關(guān)的電阻、或者一個具有可配置溫度相關(guān)特性的穩(wěn)定電流源中的一個或多個。

圖2示出了本發(fā)明一實施例的PTAT伺服回路的方框和電路示意圖。在一實施例中，所述PTAT伺服回路將一對具有比例關(guān)系的電流注入一對不等的垂直PNP晶體管(例如，如圖所示的Q₁ 205和Q₂ 210)。這些BJT由垂直PNP晶體管單元的共圖心(common-centroided)的相同平行小單元構(gòu)成：為高電流密度器件Q₁ 205的b₁單元，為低電流密度Q₂ 210的b₂。流入這些器件的電流源由具有相同和共圖心的pMOS晶體管構(gòu)成，為流入Q₁ 205的電流的m₁晶體管單元，和為Q₂ 210的m₂單元。因此，所述電流密度的比例為(b₂/b₁)*(m₁/m₂)。在本文中，所述比例被稱為“γ”，且該比例與工藝、溫度和電源電壓變化無關(guān)。

在一實施例中，圖示的PTAP伺服回路調(diào)節(jié)M₁和M₂的主要電流，使得 點q₁ 215的電壓(V_BE1)與點eq₁ 220的電壓相等，所述點eq₁ 220的電壓施加于R₁ 225和Q₂ 210串聯(lián)組合的兩端。因此，R₁ 225兩端的電壓ΔV_BE等于Q₁ 205和Q₂ 210兩端的V_BE電壓的差值。

根據(jù)肖克萊方程：

和所述電流密度比γ，Q₁ 205和Q₂ 210的電壓差為：

也就是絕對溫度乘以一個常數(shù)，因此電阻電流為(ΔV_BE)/R₁，或者因此，所述電阻的電流和所述電流源的電流是PTAT。Q₁ 205和Q₂ 210的電壓V_BE1和V_BE2是CTAT，與絕對溫度互補(bǔ)，產(chǎn)生PTAT電流。

在一實施例中，R₁ 225由相同的電阻單元片段組成。電阻單元R₁ 225可以與用于產(chǎn)生輸出電壓150vBgf的主要電阻R₀ 130中的單元相同和共圖心。

在一實施例中，穿過M₁ 230和M₂ 235的電流具有恒定的比例m₁/m₂。當(dāng)所述回路在調(diào)節(jié)過程中，由于漏極電壓非常相近，源極、柵極和體端被連接在一起，該比例會非常精確。由于M₂ 235的電流與R₁ 225的電流相等，所述電流為PTAT。在一實施例中，流經(jīng)M₁ 230和M₂ 235的電流以一定的比例鏡像復(fù)制流經(jīng)另外兩個晶體管，M₃ 240和M_3B 245，從所述模塊(例如，如圖1所示)提供兩個PTAT電流。在一實施例中，晶體管M₃ 240和M_3B 245由與M₁ 230和M₂ 235相同的和共圖心的單元組成。

圖3示出了本發(fā)明一實施例的CTAT伺服回路的方框和電路示意圖。在一實施例中，所述CTAT伺服回路300調(diào)節(jié)流經(jīng)另一電阻R₂ 305的電流使得點eq₂的電阻電壓(V_R2)與所述PTAT伺服回路200在Q₂產(chǎn)生的V_BE2相等。 在一實施例中，V_BE2為CTAT電流，所以電阻R₂ 305(和M₄ 310)的電流為CTAT。

在一實施例中，圖3所示的電阻R₂ 305由串聯(lián)的相同的電阻單元片段組成，且分別與圖1和圖2的R₀ 130和R₁ 225的這些單元相同且共圖心。因此，這些電阻之間的比例將會保持精確恒定。由于所述伺服回路使得R₂ 305的電壓等于CTAT電壓V_BE2 325，因此流經(jīng)該電阻的電流I4330為CTAT，也就是流經(jīng)所述晶體管M₄ 310的電流。在一實施例中，該電流以固定比例鏡像復(fù)制流經(jīng)兩個額外的晶體管，M₅ 315和M_5B 320。在一實施例中，M₅ 315和M_5B 320從圖1所示的模塊提供兩個CTAT電流(另外一個未示出的額外晶體管，可以提供從所述CTAT伺服回路直接到FBC外部的另一集成電路的另外一個鏡像復(fù)制CTAT電流，其也沒有在圖1中示出)。

圖4為本發(fā)明另一實施例的分?jǐn)?shù)帶隙電路的方框和電流示意圖。如圖4所示，所述分?jǐn)?shù)帶隙電路400包括CTAT和PTAT伺服回路兩者。由圖4所示的簡化整體示意圖，帶隙輸出電壓可以由以下方程得出：

V_R1＝I₂R₁＝V_BE1-V_BE2＝ΔV_BE

I₃＝A·I₂I₅＝B·I₄ I₅＝B·I₄

vBgf＝R₀·(I₅+I₃)

為不受R₀的選擇影響的全帶隙表達(dá)式。A、B、R₂和R₁的值使得的的總電壓為溫度無關(guān)。在一實施例中，所述分?jǐn)?shù)帶隙輸出的最終值為全帶隙電壓的固定分?jǐn)?shù)值。

在一實施例中，vBgf 405的大小根據(jù)構(gòu)成R₀ 410的電阻單元的數(shù)量來配 置。例如，通過集成電路制造掩膜的模擬多路復(fù)用器或者通過金屬選項(例如，金屬成分的數(shù)量和配置)來分接所述R₀ 410電阻堆疊(例如，具有額外可選電阻單元)，從而來配置vBgf的值。例如，如果所述FBC被配置用來產(chǎn)生大約365mV的分?jǐn)?shù)帶隙電壓，通過分接所述電阻R₀ 410可以產(chǎn)生相同的有效分?jǐn)?shù)帶隙電壓。

在一實施例中，用來確定所述分?jǐn)?shù)帶隙輸出(例如，如圖4所示)的最終大小的所述電阻R₀ 410可以為串聯(lián)的一疊電阻單元，來允許精確的比例化和共圖心化。在一些實施例中，通過R₀中的30個電阻單元來獲得0.36V的基礎(chǔ)分?jǐn)?shù)帶隙輸出。但是，通過從頂層之下分接所述R₀堆疊以及調(diào)整電阻單元的數(shù)量可以輸出其他的電壓值。電阻單元的交替數(shù)量可以提供其他/可配置的分?jǐn)?shù)帶隙輸出電壓。如圖4所示，所述PTAT伺服回路中的電阻R₁415具有ΔV_BE PTAT電壓，其不是溫度無關(guān)的。

圖5示本發(fā)明一實施例中具有增益增強(qiáng)的PTAT伺服回路的方框和電路示意圖。如圖5的FBC的一個可能配置示例所示，大約0.68V的最小電源電壓和大約190nA的電源電流可以大約產(chǎn)生5％的溫度、電源和工藝變化。該示例配置的輸出電壓可以為大約365mV，使得FBC設(shè)計可能使用大約6500μm²的面積。在低溫下，所述PTAT伺服回路Q₁兩端的正向V_BE1電壓(CTAT電壓)可能會升至大約680mV左右。因此，如果所述電源電壓降至大約700mV，其鏡像復(fù)制自M₁ 505和M₂ 510的，來自所述PTAT伺服回路M₃ 515的電流，將會不準(zhǔn)確。所述電源電壓減去M₁ 505所需的一個較小頂部電壓(overhead voltage)將會趨近V_BE1。導(dǎo)致所述鏡像復(fù)制不準(zhǔn)確的一個原因是M₃ 515(和M_3B 520)的漏源電壓可能會遠(yuǎn)大于M₁ 505和M₂ 510。在一些實施例中，如圖5所示，對所述PTAT伺服回路增加一個增益增強(qiáng)型回路來改善FBC的準(zhǔn)確性。

如圖5所示的增益增強(qiáng)回路控制串聯(lián)增加至輸出晶體管M₃ 515和M_3B 520的共柵共源晶體管的柵極。所述共柵共源晶體管的柵極偏壓影響M₃ 515和M_3B 520的VDS。在一實施例中，伺服所述柵偏壓使得點x₁ 525關(guān)于vdda的電壓與點q₁關(guān)于vdda的電壓相匹配，能夠使得M₃ 515的所有終端與M₁ 505的所有終端匹配且電流相等，增加了整體電流精確度。點x₂ 530的電壓應(yīng)當(dāng)與點x₁ 525的電壓接近，iPtat2輸出540的精確度不是至關(guān)重要的。因此，僅僅采用了一個伺服回路。但是，在另一實施例中，另一個伺服回路可以類似地伺服M_C2 550的柵極，使得點x₂ 530的電壓與點x₁ 525的電壓相同。

在另外一些實施例中，可以對所述CTAT伺服回路添加類似的增益增強(qiáng)機(jī)制，但是，由于M₄ 310的漏極/源極電壓并不與M₁ 230和M₂ 235一樣的低，其精確度并不會在與所述PTAT伺服回路相比的這些電壓(例如，大約700mV)受到影響。因此，可以采用q₂，而不是q₁作為所述CTAT伺服回路的基礎(chǔ)，其具有更高的電壓。此外，較大的基準(zhǔn)電壓需要結(jié)合更大的R₂或者更大的電阻電流，但是兩者中沒有一個是本發(fā)明所需求的。因此，在一些實施例中，較低的q₂電壓被用作所述CTAT伺服回路的優(yōu)選基準(zhǔn)。如圖5所示的示例中的FBC使用的示例特征，在-40℃，q₂的電壓可以為大于(680mV-(nkT/q)lnγ)，或者大約613mV。

圖6示出了本發(fā)明一實施例的用于所述帶隙電路之外的其他電路的產(chǎn)生具有多種不同溫度相關(guān)性的電路的方框和電路圖。在一實施例中，通過結(jié)合來自帶隙電路640的有比例關(guān)系的PTAT電流670與具有比例關(guān)系的CTAT電流660，可以產(chǎn)生具有零溫度相關(guān)性的零TC(zero-TC)電流。該電流可以流入二極管連接的nMOS晶體管M_N0。M_N0的柵極電壓記為“biasN”且具有與漏極電流一直的電壓電平。所述柵極電壓可用于具有不同m數(shù)量的，鏡像復(fù)制至M_N1、M_N2、M_N3等等的電流，來產(chǎn)生多個用于其他電路的溫度無關(guān)電流。為了更好的精確度，所述M_Ni鏡像復(fù)制晶體管可以，甚至共圖心地，被連接至M_N0，產(chǎn)生運(yùn)送至其他電路的輸出電流，

此外，還可以通過，如M_3C，產(chǎn)生與絕對溫度具有比例關(guān)系的電流，或者如M_5C，產(chǎn)生與絕對溫度互補(bǔ)的電流，來用于同一芯片上的其他電路，這些電路出于其他目的需要這些電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

在一實施例中，增加另一柵極具有biasPtat的PTAT晶體管，例如M_3C，可以從帶隙電路640產(chǎn)生PTAT電流680。這種PTAT電流可以僅僅流經(jīng)電阻后入地。由于該電流僅僅為I₂(例如，圖2中的I₂)的倍數(shù)且所述電阻可以由如R₁(例如，圖2所示的R₁)的相同單元組成，該電阻兩端的相對于地的電壓與絕對溫度成比例，且可以形成具有絕對溫度的數(shù)值表示輸出的模擬到數(shù)字(A-to-D)轉(zhuǎn)換器的輸入。

圖7為本發(fā)明一實施例的啟動電路的方框和電路圖。如此處參考所述FBC的描述，其操作具有兩個可能的穩(wěn)定點。不利穩(wěn)定狀態(tài)是指當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出跟隨vdda(vdda rail)且電流源沒有產(chǎn)生電流，因此所述運(yùn)算放大器的輸入在跟隨地(ground rail)。在PTAT和CTAT兩個伺服回路中，所述運(yùn)算放大器輸出705首先跟隨vdda隨其上升。圖7所示的啟動電路700被設(shè)計用于在上電期間下拉PTAT伺服回路的運(yùn)算放大器輸出，直至類似于所述回路電流源的晶體管M₁₂ 710的電流足以上拉b點715的電壓來關(guān)斷該啟動電流。當(dāng)b點715的電壓被上拉時，所述回路電流源將會變得足夠大來促使所述回路上升至所需的穩(wěn)定點。電容，C₁ 720，幫助確保在任意上電過程中點b 715的電壓接近于地。當(dāng)M₁₂ 710的電流跟隨伺服回路電流源上升，C₁ 720被充電至電源電壓，且M₁₁ 725(例如，PMOS晶體管)將會確保被關(guān)閉。當(dāng)電源電壓足夠高能夠獲得脫離PTAT伺服回路的電流I₁、I₂和I₃的電流，接著，由于所述運(yùn)算放大器被下拉開啟I₁、I₂和I₃，M₁₂ 710也將會具有電流。當(dāng)啟動后關(guān)閉了M₁₁725時，所述啟動電路將會開啟上拉點b 715至Vdd的M₁₂ 710。因此，所述啟動電路在啟動后的電流可以認(rèn)為是零。在一實施例中，圖7所示的只有三個啟動元件的啟動電路700被認(rèn)為是完整的和具有功能的與所述FBC集成， 所述三個啟動元件為：兩個晶體管(例如，M₁₁ 725和M₁₂ 710)，和一個單電容(例如，電容C₁ 720)。進(jìn)一步地，在生產(chǎn)或制造過程中，所述單電容C₁ 720可能在物理上與M₁₁ 725和M₁₂ 710的頂部耦合，使得所述電容720自身具有極小或者沒有表面區(qū)域。

在一實施例中，所述啟動電路應(yīng)用于所述PTAT伺服回路200的q₁和eq₁。例如，所述啟動電路700可以耦合至圖4上面的運(yùn)算放大器。與所述PTAT伺服回路200相比，只要q₂輸入的啟動正確，所述CTAT伺服回路300就可以保證啟動正確，因此，所述CTAT伺服回路可以在沒有啟動電路的情況下實施。所述啟動電路可以確保所述PTAT伺服回路在所述兩個穩(wěn)定點中的正確穩(wěn)定點正常啟動。

在一實施例中，具有啟動電路的FBC使用了用于所述運(yùn)算放大器的偏置電流。例如，所述FBC自身被用于產(chǎn)生該偏置電流。如前所述，所述啟動電流通過下拉兩個回路中的電流源的柵極來提供最初的偏置電流。因此，這些輸入源將會為biasN點(和二極管方式連接的nMOS晶體管)提供初始電流。一旦所述帶隙電路穩(wěn)定，包括所述PTAT和CTAT伺服回路兩者，所述biasN點處于穩(wěn)定電壓且在所述運(yùn)算放大器中產(chǎn)生所需的偏置電流。

需要說明的是，上述的偏置電流的設(shè)定自身在所述帶隙電路中作為一個整體構(gòu)成了反饋回路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所增加的這個回路(以及所述帶隙電路中的所有反饋回路)都應(yīng)當(dāng)被確保像平常一樣處于穩(wěn)定。

圖8示出了常規(guī)電阻單元版圖示意圖。如圖所示，多晶硅電阻單元800為簡單的在每段具有接觸點的長窄線。例如，線的長度可以為0.6μm或者更大。作為常規(guī)設(shè)計的一個示例，多晶硅的間隙可以強(qiáng)制設(shè)置為最小值0.34μm，與多晶硅間隙的設(shè)計規(guī)則相比，其僅為0.25μm。根據(jù)這些示例特性，每單元面積的總電阻僅為大約1.675kΩ/μm²。

圖9示出了一實施例中翻轉(zhuǎn)U形電阻單元的版圖示意圖。在一實施例中，本文描述的FBC使用的電流非常小，因此其需要非常大的電阻來獲得大約幾百毫伏的電壓。例如，電阻電壓為350mV，當(dāng)電流僅為35nA時，其需要10MΩ的電阻。當(dāng)電阻率為1000Ω/sq，且推薦線寬為2μm，最小間距為0.25μm時，10MΩ電阻的面積將會大于43.5×10³μm²。在一些實施例中，如圖1-5的示例中的電阻R₁、R₂和R₃總共為29.23MΩ或者在具有冗余時面積更大，總面積將會超過124×10³μm²。這對于實際應(yīng)用來說，面積過大；且對整個帶隙電路來說，也是其預(yù)算面積的很多倍。

所述FBC電阻可以采用多個單元來允許共圖心和合理解決方案來選擇所需電阻比例的值。所述電阻單元尺寸可以被定為上述三個主要電阻(例如，R₁，R₂和R₃)的任意一個的總電阻的一小部分。圖9所示的電阻單元的版圖為翻轉(zhuǎn)U形配置，且如圖所示，電阻版圖在交替方向上利用了緊湊的物理排列方式。在一實施例中，該U形電阻單元設(shè)計允許所述單元使用最小的間隙，以及將終端接觸點的開銷降低到了占總面積的一個很小比例。

在一實施例中，所述電阻可以在輸入950與所述FBC連接，并繼續(xù)通過接合點(tap)955將兩個電阻單元連接在一起。圖9所示的電阻單元可以通過最終的電阻單元和輸出960連接在一起。在一些實施例中，圖9所示為單電阻，但是圖9所示的電阻的多個實例可以以上述的共圖心圖案的方式結(jié)合在一起。在一實施例中，為了獲得準(zhǔn)確的FBC的電壓，所述電流通過共圖心形式與FBC電阻匹配。例如，如圖4所示，R₁、R₂和R₀以具有共同電阻單元陣列的共圖心設(shè)計的方式排列。

用于傳統(tǒng)的大電阻設(shè)計的技術(shù)會導(dǎo)致1.68×10³Ω/μm²的密度。在其版圖中，采用了線寬為0.6μm的多晶硅。并且與允許的0.25μm的最小間隙相比，其版圖設(shè)計技術(shù)需要0.34μm的間隙。當(dāng)推進(jìn)至相同窄多晶硅線寬度至0.24μm時，可以獲得6.71×10³Ω/μm²的密度。與圖9所示的單位面積電阻大約為 1.675×10³Ω/μm²的示例電阻版圖相比，翻轉(zhuǎn)U形電阻單元可以獲得11×10³Ω/μm²或者更高的單位面積電阻。因此，具有U形設(shè)計的大電阻在硅襯底上所占用的面積將會大大減少。在另一圖示的示例中，圖1所示的FBC中的電阻的總面積大約為2800μm²。

在一實施例中，所述FBC的電阻以共圖心的排列方式將大量的小電阻單元進(jìn)行排列，以在電阻比例中獲得最大的匹配精度。例如，三個電阻R₀、R₁和R₂可以以隊列[R₀R₁R₂R₀R₁R₁R₀R₂R₁R₀]排列，其中，所述的4個R₀單元可以串聯(lián)，且它們的幾何中心位于所述隊列排列的中心。上述的兩個R₂單元也可以串聯(lián)，且它們的幾何中心也位于所述隊列排列的中心。本示例中的共圖心排列的電阻比例可以為：R₀:R₁:R₂＝2:2:1。同圖心排列可以防止電阻值的作為位置函數(shù)的線性變化。假設(shè)連接電阻單元的金屬的電阻可以忽略時，上述的變化可以達(dá)到平均值。

圖10示出了本發(fā)明一實施例的產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的方法的流程圖。在塊1005中，本實施例(例如，通過實施包括本發(fā)明的FBC電路的一個電路來產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的方法)從啟動電路(例如，電路700)初始化基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(例如，F(xiàn)BC100)。

在塊1010中，本實施例在基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路內(nèi)，通過包括第一pn結(jié)的第一伺服回路產(chǎn)生第一電流。例如，所述第一伺服回路可以為PTAT伺服回路(例如，PTAT伺服回路110)。

在塊1015中，本實施例在基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路內(nèi)，通過第二pn結(jié)產(chǎn)生第二電流，其中，第二伺服回路共享所述第一伺服回路的所述第一或者第二pn結(jié)。例如，所述第二伺服回路可以為CTAT伺服回路(例如，伺服回路120)。

在塊1020中，本實施例通過增益增強(qiáng)伺服回路從所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路鏡像復(fù)制電流。例如，所述增益增強(qiáng)伺服回路如圖5所示。

在塊1025中，本實施例采用耦合至所述第一伺服回路、第二伺服回路和地的電阻輸出所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出基準(zhǔn)電壓。在一些實施例中，所述電壓根據(jù)所述電阻的金屬組成、或者模擬多路復(fù)用器確定。

前面的論述中僅描述了本發(fā)明的若干示例實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從上述描述中理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對附圖和權(quán)利要求作出多種變化。

此外，在上所述實施例對應(yīng)的附圖中，信號采用線條表示。一些線條可能更粗一些以表示多條復(fù)合的信號路徑，和/或在一端具有箭頭以表示主要的信息流向。但是這些標(biāo)志并不用于限制本發(fā)明。當(dāng)然，線條還被用于連接一個或多個示例實施例來促進(jìn)對電路和邏輯單元的理解。任何由設(shè)計需求或者選擇表示的代表信號，可能實際上包括一個或多個信號，該信號可以沿任一方向傳輸并以任何適宜類型的信號組合進(jìn)行實施。

說明書的通篇以及權(quán)利要求中，術(shù)語“連接”是指相互連接的事物之間的直接電學(xué)連接，而沒有中間器件。術(shù)語“耦合”或者是指相互連接的事物之間的直接電學(xué)連接，或者是指通過一個或多個無源或有源的中間器件實現(xiàn)的間接連接。術(shù)語“電路”是指以一定方式進(jìn)行排列來相互合作，繼而實現(xiàn)所需功能的一個或多個無源和/或有源器件。術(shù)語“信號”是指至少一個電流信號、電壓信號或者數(shù)據(jù)/時鐘信號。“一”、“一個”和“該”還包含了復(fù)數(shù)概念。“在…內(nèi)”同時包括“在內(nèi)”和“在上”的含義。

如本說明書所使用，除非另有規(guī)定或說明，表示順序的形容詞“第一”、“第二”和“第三”等，用于描述通用的對象，僅表明相似對象的不同實例被提及，而并不用于暗示如此描述的對象必須具有時間、空間、隊列或者其他任何形式的確定的順序。所述術(shù)語“大體上”在本文中是指在目標(biāo)的10％內(nèi)。

為了對實施例的描述，除非另有說明，晶體管是指金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，其包括漏極、源極、柵極和襯底端。源極和漏極端可以是相同的端，且在本說明書中可交換使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明思想的范圍內(nèi)，也可以使用其他晶體管，例如，雙極結(jié)型晶體管(BJT PNP/NPN)、BiCMOS、CMOS等等。