與絕對溫度成正比電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生依賴于溫度輸出的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及 被配置為提供與絕對溫度成正比的輸出信號的方法和電路。這樣的輸出信號可以在溫度傳 感器、帶隙型基準電壓和不同的模擬電路中使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知溫度會影響電路的性能。電器元件的電阻或電導變化依賴于它們所運行 環(huán)境的溫度。如此理解可以用于生成電路或傳感器，其輸出隨溫度而變化而用作溫度傳感 器。這種電路的輸出可以是與絕對溫度成正比的輸出，PTAT，或者可以是與絕對溫度互補的 輸出，CTAT。PTAT電路提供隨溫度升高而增加的輸出，而CTAT電路提供隨溫度升高而減少 的輸出。
[0003] PTAT和CTAT電路被廣泛用于溫度傳感器、帶隙型基準電壓和不同的模擬電路。與 絕對溫度成正比（PTAT)的電壓可從在不同集電極電流密度下運行的兩個雙極型晶體管的 基極-發(fā)射極電壓差得到。相應的PTAT電流可以通過反射通過電阻器的基極-發(fā)射極電 壓差來產(chǎn)生。用相同類型的第二電阻器且具有相同或相似的溫度系數(shù)（TC)，基極-發(fā)射極 電壓差可以得到所要求的水平。
[0004] 這些已知的電路可以承受用于偏置被用來產(chǎn)生PTAT電壓的元件雙極型晶體管的 電流所產(chǎn)生的失配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明所提供的與絕對溫度成正比（PTAT)電路，這些和其他問題得到解決。 通過明智地組合電路元件也能夠在依賴于溫度的電路的輸出節(jié)點產(chǎn)生電壓。電路元件被耦 合到單一偏置電流。理想的是，該電路元件包括雙極型晶體管并且通過避免需要第二電流 源來驅(qū)動的PTAT電路的雙極型晶體管，本發(fā)明避免了與失配有關(guān)的問題。這樣的PTAT電 路可以用作溫度傳感器或者可以與其他依賴于溫度的電路進行組合以提供基準電壓。
【附圖說明】
[0006] 用于協(xié)助本發(fā)明的理解而提供的實施方案將通過舉例的方式被描述，參考附圖， 其中：
[0007] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明所提供的示例性電路元件的示意圖；
[0008] 圖2是示出圖1中電路的輸出PTAT電壓模擬數(shù)據(jù)曲線與溫度的圖；
[0009] 圖3是示出圖1中電路的輸出PTAT電壓非線性模擬數(shù)據(jù)曲線與溫度的圖；
[0010] 圖4是示出提供給圖1電路中的偏置電流是如何反映在輸出PTAT電壓的變化而 改變的模擬數(shù)據(jù)曲線圖；
[0011] 圖5是示出在25°C下從0. 1Hz到10Hz的相應噪聲電壓密度（^)模擬數(shù)據(jù)曲線 圖；
[0012] 圖6是示出從0. 1Hz到10Hz的相應集成電壓噪聲模擬數(shù)據(jù)曲線圖；
[0013] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明所提供的示例性電路元件的示意圖；
[0014] 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明所提供的示例性電路元件的示意圖；
[0015] 圖9是示出按照圖8傳授的電路的性能的模擬數(shù)據(jù)曲線圖；
[0016] 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明所提供的示例性電路元件的示意圖；
[0017] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明所提供的示例性電路元件的示意圖；
[0018] 圖12是示出按照圖11傳授的電路輸出電壓模擬數(shù)據(jù)曲線與溫度的圖；
[0019] 圖13是示出按照圖11傳授的電路的非線性輸出電壓模擬數(shù)據(jù)曲線圖；
[0020] 圖14是根據(jù)本發(fā)明結(jié)合的PTAT和CTAT元件單元以產(chǎn)生溫度補償輸出電壓而提 供的電路示例；和
[0021] 圖15是示出圖14的電路中模擬電壓輸出與溫度的曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明提供了與絕對溫度成正比（PTAT)電路其被配置為產(chǎn)生依賴于溫度電路的 輸出節(jié)點的電壓。該電路包括多個被耦合到單一偏置電流的電路元件。理想的是，該電路元 件包括雙極型晶體管并且通過避免需要第二電流源來驅(qū)動的PTAT電路的雙極型晶體管， 本發(fā)明避免了與失配有關(guān)的問題。電路元件中的各個被分組到電路臂并且單一偏置電流在 臂之間劃分。在這種方式下第一臂電路元件可以補償?shù)诙垭娐吩男阅苁沟米匝a償電 路被提供。這樣的PTAT電路可以用作溫度傳感器或者可以與其他依賴于溫度的電路進行 組合以提供基準電壓。
[0023] 本發(fā)明現(xiàn)將參照示例性的安排進行說明。如圖1所示，本發(fā)明提供了與絕對溫度 (PTAT)成正比的電路100其被布置為在其輸出端提供PTAT電壓。該電路100包括多個電 路元件，為雙極型晶體管，其彼此相對布置使得在輸出節(jié)點110提供的電壓是依賴于各個 晶體管之間的發(fā)射極比。
[0024] 該電路被布置成三個臂。在第一臂的第一PNP雙極型晶體管qpl被耦合到第一 NPN雙極型晶體管qnl和到第一M0S器件mnl。該電路的第二臂包括第二PNP雙極型晶體 管qp2和第二NPN雙極型晶體管qn2。該電路的第三臂包括第三PNP晶體管qp3和第三NPN 晶體管qn3。三個臂的每個耦合到單一電流源II。電流源被相對配置到三個臂使得由該電 流源提供的偏置電流被分成三個臂各有三個相等的電流。這有利于通過捆綁三個PNP晶體 管的每個發(fā)射極到由相同偏置電流II偏置的公共節(jié)點來實現(xiàn)。
[0025] 兩個PNP雙極型晶體管qpl和qp3被選擇為具有統(tǒng)一發(fā)射極尺寸。以類似的方式， 兩個NPN雙極型晶體管qn2和qn3被選擇為具有統(tǒng)一發(fā)射極尺寸。第二PNP雙極型晶體管 qp2和第二NPN雙極型晶體管qnl被選擇為具有'n'倍統(tǒng)一發(fā)射極面積。
[0026] 第三PNP晶體管qp3被提供在其基極耦合到集電極的二極管配置中。以類似的方 式，第三NPN晶體管qn3被提供在二極管配置中。兩個晶體管的每個，qn3、qp3,相互耦合。
[0027] 第二NPN晶體管qn2的基極，被耦合到該第三NPN晶體管的共基極/集電極。此 NPN晶體管qn2的集電極被耦合到被配置在第二PNP晶體管qp2的二極管。這個公共結(jié)點 而后也被耦合到該第一NPN晶體管qnl的基極。此第一NPN晶體管qnl也被耦合到該第一 MOS器件mnl。
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