專利名稱：電流及電壓參考電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流及電壓參考電路，且特別涉及一種適用于手持式電子裝置的電流及電壓參考電路。
背景技術(shù)：
由于手持式電子裝置的應(yīng)用越來越廣泛，對于電池使用時間的要求也越來越長。所以如何讓手持式電子裝置的元件在待機或關(guān)閉狀態(tài)下所消耗的功率降低，已經(jīng)是現(xiàn)今技術(shù)的一大課題。而在模擬電路中，電流及電壓參考電路的靜態(tài)電流消耗，常是技術(shù)瓶頸之所在，因此我們希望能研發(fā)出一種電流及電壓參考電路，使其電路易于開啟、關(guān)閉，而且在關(guān)閉狀態(tài)下僅消耗極低的靜態(tài)電流。
美國專利第5949227號申請?zhí)岢隽巳鐖D1所示的電路，用啟動(startup)電路101啟動電壓參考電路103，在關(guān)閉時使用啟動截止(startup disable)電路102隔開啟動電路101和電壓參考電路103。但是這篇專利提出的啟動截止電路102并不能完全關(guān)閉電流，也就是說，在關(guān)閉時仍然有電流消耗。
Hironori Banba以及Hitoshi Shiga等人在Journal of Solid-StateCircuit，vol.34，no.5，pp.670-674，May 1999發(fā)表的論文“A CMOSBandgap Reference Circuit with Sub-1-V Operation”主要提出了一種可供低電壓使用的頻帶間隙參考電路(bandgap reference circuit)。其頻帶間隙參考電路的啟動方法是利用N通道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor，簡稱為NMOS晶體管)以及啟動(power-on reset)信號，使頻帶間隙參考電路能在電路一開始通電的時候，啟動整個電路。這篇論文雖然提出了低電壓頻帶間隙參考電路的實施方法以及啟動方法，但是并沒有提供關(guān)閉的方法。
另一篇論文是由Piero Malcovati與Franco Maloberti等人在Journal of Solid-State Circuit，vol.36，no.7，pp.1076-1081，July 2001發(fā)表的”Curvature-Compensated BiCMOS Bandgap with 1-V SupplyVoltage”。這一篇論文主要是提出了低電壓下，在低電壓頻帶間隙參考電路中的運算放大器(operational amplifier)以及啟動功能的設(shè)計方法，但是并沒有提出關(guān)閉的方法。另外，上述啟動方法需要BiCMOS工藝，也就是雙極結(jié)晶體管(bipolar junction transistor，簡稱為BJT晶體管)以及互補型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(complementary MOS，簡稱為CMOS)的復(fù)合工藝來實現(xiàn)。
由以上說明可知，目前的技術(shù)還不能滿足我們的期望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電流及電壓參考電路，其有完整的開啟與關(guān)閉功能，在關(guān)閉時幾乎不消耗電流，可延長手持式電子裝置的使用時間，而且只需要CMOS工藝就能實現(xiàn)。
為達成上述及其它目的，本發(fā)明提出一種電流及電壓參考電路，包括電流偏壓電路以及電壓參考電路。電流偏壓電路接收驅(qū)動信號，于驅(qū)動信號處于允許狀態(tài)時提供參考電流、偏壓信號與啟動信號，并且于驅(qū)動信號處于截止?fàn)顟B(tài)時提供第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓。電壓參考電路連接于電流偏壓電路，若接收偏壓信號與啟動信號，則進入開啟狀態(tài)并且提供參考電壓，若接收第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓，則進入關(guān)閉狀態(tài)。
上述電流及電壓參考電路，在一實施例中，電流偏壓電路還包括啟動電路、第一隔離器(isolator)、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、以及第二隔離器。啟動電路接收狀態(tài)信號，若狀態(tài)信號處于關(guān)閉狀態(tài)，則輸出啟動信號。第一隔離器接收驅(qū)動信號，并且自啟動電路接收啟動信號，若驅(qū)動信號為允許狀態(tài)，則輸出啟動信號，若驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則輸出第三預(yù)設(shè)電壓。常數(shù)跨導(dǎo)偏壓(constant gm bias或constanttransconductance bias)電路根據(jù)其狀態(tài)提供狀態(tài)信號至啟動電路，并且連接于第一隔離器。若自第一隔離器接收啟動信號，則進入開啟狀態(tài)并且輸出參考電流與偏壓信號；若自第一隔離器接收第三預(yù)設(shè)電壓，則進入關(guān)閉狀態(tài)。最后，第二隔離器接收驅(qū)動信號，若驅(qū)動信號為允許狀態(tài)，則傳遞常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路輸出的偏壓信號至電壓參考電路，并且傳遞第一隔離器輸出的啟動信號至電壓參考電路。反之，若驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則輸出第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓至電壓參考電路。
上述電流及電壓參考電路，在一實施例中，若驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則第一隔離器隔離啟動電路、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、以及第二隔離器。而且第二隔離器隔離常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、第一隔離器、以及電壓參考電路。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述，本發(fā)明以啟動電路啟動常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路，進而以啟動電路及常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路啟動電壓參考電路。至于關(guān)閉時，本發(fā)明以隔離器本身輸出的預(yù)設(shè)電壓關(guān)閉常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路以及電壓參考電路。所以本發(fā)明有完整的開啟與關(guān)閉功能。
另外，在關(guān)閉時，本發(fā)明的隔離器會隔絕啟動電路、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、以及電壓參考電路，完全阻斷電流，所以本發(fā)明提出的電流及電壓參考電路在關(guān)閉時幾乎不消耗電流，可延長手持式電子裝置的使用時間。而且本發(fā)明不使用BJT晶體管，所以只需要CMOS工藝就能實現(xiàn)。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明之較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1為背景技術(shù)的電路示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流及電壓參考電路的電路圖。
圖3與圖4為圖2當(dāng)中的隔離器的電路圖。
主要元件標(biāo)記說明101啟動電路102啟動截止電路103電壓參考電路200電流及電壓參考電路201電流偏壓電路202電壓參考電路203啟動電路204隔離器205常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路206隔離器207第一開關(guān)電路208第二開關(guān)電路209頻帶間隙參考電路301、302、401、402多路復(fù)用器GND地線NS啟動晶體管P1～P6PMOS晶體管VDD電壓源具體實施方式
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流及電壓參考電路200的電路示意圖。電流及電壓參考電路200包括互相連接的電流偏壓電路201以及電壓參考電路202。
電流偏壓電路201包括啟動電路203、隔離器204、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及隔離器206。隔離器204連接于啟動電路203。常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205連接于啟動電路203以及隔離器204。隔離器206連接于常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205以及隔離器204。
另一方面，電壓參考電路202包括開關(guān)電路207與208、啟動晶體管NS(在本實施例為NMOS晶體管)、以及頻帶間隙參考電路(bandgap reference circuit)209。開關(guān)電路207連接于電壓源VDD。開關(guān)電路208連接于開關(guān)電路207以及隔離器206。啟動晶體管NS連接于隔離器206以及開關(guān)電路207。最后，頻帶間隙參考電路209連接于開關(guān)電路207、208、啟動晶體管NS、以及地線GND之間。
電流及電壓參考電路200有開啟與關(guān)閉兩種狀態(tài)。在開啟狀態(tài)時，隔離器204與206會導(dǎo)通啟動電路203、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及頻帶間隙參考電路209。常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205會進入開啟狀態(tài)，輸出參考電流IREF。頻帶間隙參考電路209也會進入開啟狀態(tài)，輸出參考電壓VREF。而另一方面，當(dāng)電流及電壓參考電路200處于關(guān)閉狀態(tài)時，隔離器204與206會隔斷啟動電路203、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及頻帶間隙參考電路209之間的電流。常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205與頻帶間隙參考電路209會隨之進入關(guān)閉狀態(tài)，此時常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205與頻帶間隙參考電路209之中的偏壓電流會趨近于零。以下詳細說明整個電流及電壓參考電路200的啟動與關(guān)閉過程。
當(dāng)電流及電壓參考電路200處于關(guān)閉狀態(tài)，而且電源從零升高到某個固定電壓時，電流及電壓參考電路200就會開始啟動。首先，驅(qū)動信號220會進入允許狀態(tài)，使隔離器204與206導(dǎo)通啟動電路203、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及頻帶間隙參考電路209。接著常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205會提供狀態(tài)信號223給啟動電路203。狀態(tài)信號223的內(nèi)容就是反映常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205的狀態(tài)，此時常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205仍然是關(guān)閉的，所以狀態(tài)信號223自然也處于關(guān)閉狀態(tài)。
啟動電路203一接收到關(guān)閉狀態(tài)的狀態(tài)信號223，就會輸出啟動信號221。隔離器204會將啟動信號221傳遞給常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205。接收到啟動信號221之后，常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205就會進入開啟狀態(tài)，輸出參考電流IREF以及偏壓信號222。隔離器206會將偏壓信號222傳遞給開關(guān)電路208，使開關(guān)電路208導(dǎo)通開關(guān)電路207以及頻帶間隙參考電路209。
另一方面，隔離器204與206會將啟動電路203的啟動信號221傳遞給啟動晶體管NS，使啟動晶體管NS導(dǎo)通。導(dǎo)通之后，啟動晶體管NS漏極(drain)的低電位會使開關(guān)電路207導(dǎo)通電壓源VDD以及開關(guān)電路208。這時候啟動晶體管NS、開關(guān)電路207以及208都已經(jīng)導(dǎo)通，頻帶間隙參考電路209就會進入開啟狀態(tài)，輸出參考電壓VREF。
接下來，若電流及電壓參考電路200要從開啟狀態(tài)進入關(guān)閉狀態(tài)，首先驅(qū)動信號220會進入截止?fàn)顟B(tài)，使隔離器204與206隔斷啟動電路203、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及頻帶間隙參考電路209之間的電流。然后隔離器204會輸出第三預(yù)設(shè)電壓以關(guān)閉常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205。之后雖然狀態(tài)信號223會使啟動電路203輸出啟動信號221，因為隔離器204已經(jīng)隔絕啟動電路203與常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205，常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205不會再度啟動。
另一方面，隔離器206會輸出第一預(yù)設(shè)電壓使開關(guān)電路208斷開，并且輸出第二預(yù)設(shè)電壓使啟動晶體管NS斷開。啟動晶體管NS一斷開，開關(guān)電路207也隨之?dāng)嚅_。這時候因為啟動晶體管NS、開關(guān)電路207以及208都已經(jīng)斷開，頻帶間隙參考電路209也會進入關(guān)閉狀態(tài)。
接下來請參照圖3，圖3為隔離器204的電路示意圖。隔離器204主要包含多路復(fù)用器(multiplexer)301與302。多路復(fù)用器301與302皆接收驅(qū)動信號220。當(dāng)驅(qū)動信號220為允許狀態(tài)時，多路復(fù)用器301會傳遞啟動電路203的啟動信號221至常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205，而多路復(fù)用器302則傳遞上述的啟動信號221至隔離器206。反之，當(dāng)驅(qū)動信號220為截止?fàn)顟B(tài)時，多路復(fù)用器301會傳遞第三預(yù)設(shè)電壓313至常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205，多路復(fù)用器302則導(dǎo)通其輸出端與地線GND。由圖2及圖3不難看出，當(dāng)啟動信號220處于關(guān)閉狀態(tài)時，隔離器204確實可隔離啟動電路203、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、以及隔離器206。
接下來請參照圖4，圖4為隔離器206的電路示意圖。隔離器206主要包含多路復(fù)用器401與402。多路復(fù)用器401與402皆接收驅(qū)動信號220。當(dāng)驅(qū)動信號220為允許狀態(tài)時，多路復(fù)用器401會傳遞常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205的偏壓信號222至開關(guān)電路208，多路復(fù)用器402則傳遞來自多路復(fù)用器302的啟動信號221至啟動晶體管NS。反之，當(dāng)驅(qū)動信號220為截止?fàn)顟B(tài)時，多路復(fù)用器401會傳遞第一預(yù)設(shè)電壓411至開關(guān)電路208，多路復(fù)用器402則傳遞第二預(yù)設(shè)電壓412至啟動晶體管NS。由圖2及圖4不難看出，當(dāng)啟動信號220處于關(guān)閉狀態(tài)時，隔離器206確實可隔離常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路205、隔離器204、以及頻帶間隙參考電路209。
綜上所述，本發(fā)明以啟動電路啟動常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路，進而以啟動電路及常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路啟動頻帶間隙參考電路。至于關(guān)閉時，本發(fā)明以隔離器本身輸出的預(yù)設(shè)電壓關(guān)閉常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路以及頻帶間隙參考電路。所以本發(fā)明有完整的開啟與關(guān)閉功能。
另外，在關(guān)閉時，本發(fā)明的隔離器會隔絕啟動電路、常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、以及頻帶間隙參考電路，完全阻斷電流，所以本發(fā)明提出的電流及電壓參考電路在關(guān)閉時幾乎不消耗電流，可延長手持式電子裝置的使用時間。而且本發(fā)明不使用BJT晶體管，所以只需要CMOS工藝就能實現(xiàn)。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與改進，因此本發(fā)明之保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種電流及電壓參考電路，其特征在于包括電流偏壓電路，接收驅(qū)動信號，于該驅(qū)動信號處于允許狀態(tài)時提供參考電流、偏壓信號與啟動信號，并且于該驅(qū)動信號處于截止?fàn)顟B(tài)時提供第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓；以及電壓參考電路，連接于該電流偏壓電路，若接收該偏壓信號與該啟動信號，則進入開啟狀態(tài)并且提供參考電壓，若接收該第一預(yù)設(shè)電壓與該第二預(yù)設(shè)電壓，則進入關(guān)閉狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該電流偏壓電路還包括啟動電路，接收狀態(tài)信號，若該狀態(tài)信號處于關(guān)閉狀態(tài)，則輸出該啟動信號；第一隔離器，接收該驅(qū)動信號，并且自該啟動電路接收該啟動信號，若該驅(qū)動信號為允許狀態(tài)，則輸出該啟動信號，若該驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則輸出第三預(yù)設(shè)電壓；常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路，根據(jù)該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路的狀態(tài)提供該狀態(tài)信號至該啟動電路，并且連接于該第一隔離器，若自該第一隔離器接收該啟動信號，則進入開啟狀態(tài)并且輸出該參考電流與該偏壓信號，若自該第一隔離器接收該第三預(yù)設(shè)電壓，則進入關(guān)閉狀態(tài)；以及第二隔離器，接收該驅(qū)動信號，若該驅(qū)動信號為允許狀態(tài)，則傳遞該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路輸出的該偏壓信號至該電壓參考電路，并且傳遞該第一隔離器輸出的該啟動信號至該電壓參考電路，若該驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則輸出該第一預(yù)設(shè)電壓與該第二預(yù)設(shè)電壓至該電壓參考電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于若該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路進入開啟狀態(tài)，則該狀態(tài)信號亦進入開啟狀態(tài)，若該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路進入關(guān)閉狀態(tài)，則該狀態(tài)信號亦進入關(guān)閉狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于若該驅(qū)動信號為截止?fàn)顟B(tài)，則該第一隔離器隔離該啟動電路、該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、以及該第二隔離器，而且該第二隔離器隔離該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路、該第一隔離器、以及該電壓參考電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該第一隔離器還包括第一多路復(fù)用器，接收該第三預(yù)設(shè)電壓，自該啟動電路接收該啟動信號，根據(jù)該驅(qū)動信號，傳遞該第三預(yù)設(shè)電壓與該啟動信號中之一種至該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該第一隔離器還包括第二多路復(fù)用器，自該啟動電路接收該啟動信號，當(dāng)該驅(qū)動信號為允許狀態(tài)時，傳遞該啟動信號至該第二隔離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該第二隔離器還包括第三多路復(fù)用器，接收該第一預(yù)設(shè)電壓，自該常數(shù)跨導(dǎo)偏壓電路接收該偏壓信號，根據(jù)該驅(qū)動信號，傳遞該第一預(yù)設(shè)電壓與該偏壓信號中之一種至該電壓參考電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該第二隔離器還包括第四多路復(fù)用器，接收該第二預(yù)設(shè)電壓，自該第一隔離器接收該啟動信號，根據(jù)該驅(qū)動信號，傳遞該第二預(yù)設(shè)電壓與該啟動信號中之一種至該電壓參考電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流及電壓參考電路，其特征在于該電壓參考電路還包括啟動晶體管，連接于該電流偏壓電路與地線；第一開關(guān)電路，連接于電壓源與該啟動晶體管；第二開關(guān)電路，連接于該電流偏壓電路與該第一開關(guān)電路；以及頻帶間隙參考電路，連接于該第二開關(guān)電路與該啟動晶體管；其中該啟動晶體管自該電流偏壓電路接收該啟動信號與該第二預(yù)設(shè)電壓中之一種，若接收該啟動信號，則導(dǎo)通該第一開關(guān)電路、該頻帶間隙參考電路、以及該地線，若接收該第二預(yù)設(shè)電壓，則斷開該第一開關(guān)電路、該頻帶間隙參考電路、以及該地線；該第一開關(guān)電路根據(jù)該啟動晶體管的導(dǎo)通與斷開狀態(tài)，導(dǎo)通或斷開該電壓源與該第二開關(guān)電路；該第二開關(guān)電路自該電流偏壓電路接收該偏壓信號與該第一預(yù)設(shè)電壓中之一種，若接收該偏壓信號，則導(dǎo)通該第一開關(guān)電路與該頻帶間隙參考電路，若接收該第一預(yù)設(shè)電壓，則斷開該第一開關(guān)電路與該頻帶間隙參考電路；若該啟動晶體管、該第一開關(guān)電路、以及該第二開關(guān)電路皆導(dǎo)通，則該頻帶間隙參考電路進入開啟狀態(tài)并輸出該參考電壓；若該啟動晶體管、該第一開關(guān)電路、以及該第二開關(guān)電路皆斷開，則該頻帶間隙參考電路進入關(guān)閉狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流及電壓參考電路，其特征在于當(dāng)該啟動晶體管導(dǎo)通時，該第一開關(guān)電路導(dǎo)通該電壓源與該第二開關(guān)電路，當(dāng)該啟動晶體管斷開時，該第一開關(guān)電路斷開該電壓源與該第二開關(guān)電路。
全文摘要
一種電流及電壓參考電路，包括電流偏壓電路以及電壓參考電路。電流偏壓電路接收驅(qū)動信號，于驅(qū)動信號處于允許狀態(tài)時提供參考電流、偏壓信號與啟動信號，并且于驅(qū)動信號處于截止?fàn)顟B(tài)時提供第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓。電壓參考電路連接于電流偏壓電路，若接收偏壓信號與驅(qū)動信號，則進入開啟狀態(tài)并且提供參考電壓，若接收第一預(yù)設(shè)電壓與第二預(yù)設(shè)電壓，則進入關(guān)閉狀態(tài)。
文檔編號G05F3/24GK1920727SQ20051009300
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者林崇偉 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院