專利名稱：參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路及方法，且特別是有關(guān)一種與溫度無關(guān)(temperature-ind印endent)的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路及方法。
背景技術(shù)：
在集成電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要使用與溫度無關(guān)的參考電壓及/或與溫度無關(guān)的參考電流，這些參考電壓及參考電流一般是使用帶隙參考(band-gap reference)電路來產(chǎn)生。舉例而言，為了要產(chǎn)生一與溫度無關(guān)(即零溫度系數(shù))的參考電壓，往往是利用雙載子晶體管的負(fù)溫度系數(shù)特性來產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓，并利用電阻的轉(zhuǎn)換特性來將一正溫度系數(shù)的電流轉(zhuǎn)換為一正溫度系數(shù)電壓，繼而將此負(fù)溫度系數(shù)電壓與此正溫度系數(shù)電壓加權(quán)而得到零溫度系數(shù)的參考電壓?；蚴菫榱艘a(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電流，首先利用雙載子晶體管的負(fù)溫度系數(shù)特性及電阻的轉(zhuǎn)換特性來產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電流，再將此負(fù)溫度系數(shù)電流與一正溫度系數(shù)電流加權(quán)而得到零溫度系數(shù)的電流。在實(shí)際應(yīng)用中，需要同時(shí)使用與溫度無關(guān)的參考電壓及與溫度無關(guān)的參考電流的情況亦為常見。在這種情況下，舉例而言，可分別設(shè)計(jì)一個(gè)帶隙參考電路來產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓以及另一個(gè)帶隙參考電路來產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電流。或是可先利用一帶隙參考電路來產(chǎn)生零溫度系數(shù)的參考電流(或參考電壓)，再增設(shè)額外的電路用來復(fù)制 (mirror)此零溫度系數(shù)的參考電流(或參考電壓)并將其轉(zhuǎn)換為零溫度系數(shù)的參考電壓 (或參考電流)。此額外電路通常具有一個(gè)用于復(fù)制電流(或復(fù)制電壓)的偏壓電流源與至少一個(gè)用于轉(zhuǎn)換電流為電壓(或轉(zhuǎn)換電壓為電流)的電阻。然而，傳統(tǒng)電路往往都耗用不少元件數(shù)目、占用龐大的芯片面積，以及造成大量功率消耗及制造成本。原因之一在于，參考電壓與參考電流兩者的產(chǎn)生于電路設(shè)計(jì)概念上并未整合。因此，設(shè)計(jì)一種精簡的電路以同時(shí)產(chǎn)生零溫度系數(shù)的電壓及電流，已成為業(yè)界致力的研發(fā)方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路及方法，具有精簡的電路以同時(shí)產(chǎn)生零溫度系數(shù)的電壓及電流。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉(zhuǎn)換電路。帶隙參考電路經(jīng)配置以通過產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的第一電流來產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓。電壓至電流轉(zhuǎn)換電路耦接至帶隙參考電路的一節(jié)點(diǎn)， 并經(jīng)配置以將節(jié)點(diǎn)的負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流，其中帶隙參考電路與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者包括一共享電流源，其具有一反饋晶體管流通一參考電流，且參考電流分流為帶隙參考電路中的第一電流與分流為電壓至電流轉(zhuǎn)換電路中的第二電流，從而通過匯流第一及第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉(zhuǎn)換電路。帶隙參考電路系經(jīng)配置以通過產(chǎn)生具有一正溫度系數(shù)的一第一電流流經(jīng)帶隙參考電路的一第一節(jié)點(diǎn)來產(chǎn)生具有一零溫度系數(shù)的一參考電壓于第一節(jié)點(diǎn)輸出。電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，其耦接至帶隙參考電路的一第二節(jié)點(diǎn)，系經(jīng)配置以將第二節(jié)點(diǎn)的一負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有一負(fù)溫度系數(shù)的一第二電流流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)。帶隙參考電路與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者包括一共享電流源，其耦合至第一節(jié)點(diǎn)，用以輸出一參考電流。參考電流于第一節(jié)點(diǎn)分流為帶隙參考電路中的第一電流與分流為電壓至電流轉(zhuǎn)換電路中的第二電流，從而通過匯流第一及第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉(zhuǎn)換電路。帶隙參考電路用以輸出一與溫度無關(guān)的參考電壓，并包括一正比于絕對溫度(Proportional to absolute temperature, PTAT)電流產(chǎn)生部分，與第一運(yùn)算放大器。PTAT電流產(chǎn)生部分包括第一及第二接面晶體管相互耦接，以及第一至第三電阻元件，分別耦接于第二接面晶體管與第二電阻元件之間、第一電阻元件及一第一節(jié)點(diǎn)之間，以及第一接面晶體管及第一節(jié)點(diǎn)之間。第一運(yùn)算放大器具有第一輸入端耦接至第一電阻元件及第二電阻元件之間，第二輸入端耦接于第三電阻元件與第一接面晶體管之間， 及具有一輸出端。電壓至電流轉(zhuǎn)換電路包括第二運(yùn)算放大器與一偏壓電流源。第二運(yùn)算放大器系具有第一輸入端耦接于第一接面晶體管與第三電阻元件之間，以及具有第二輸入端及一輸出端。偏壓電流源系具有一偏壓晶體管，其具有第一端耦接至第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二端耦接至第一節(jié)點(diǎn)，以及具有一第三端，及一第四電阻元件，其一端耦接至偏壓晶體管的第三端及第二運(yùn)算放大器的第二輸入端。帶隙參考電路與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路還包括一共享電流源，其包括一反饋晶體管，其耦接至一電壓源、第一節(jié)點(diǎn)，及第一運(yùn)算放大器的輸出端，用以輸出一與溫度無關(guān)的參考電流。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提出一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生方法，包括通過產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的第一電流以產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓，同時(shí)還產(chǎn)生一反饋偏壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓；將負(fù)溫度系數(shù)電壓轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流；以及依據(jù)反饋偏壓來產(chǎn)生一參考電流，其中參考電流系通過匯流該第一電流及該第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是本發(fā)明包括一帶隙參考電路提供與溫度無關(guān)的參考電壓，并包括一電壓至電流轉(zhuǎn)換電路共享帶隙參考電路的一電流源，因此可于此電流源上產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電流。相較傳統(tǒng)技術(shù)而言，此參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路可有效簡化電路結(jié)構(gòu)，減少電路面積及功率消耗，并降低電路制造成本。


為了對本發(fā)明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明，其中圖1繪示依照本發(fā)明較佳實(shí)施例的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2繪示依照本發(fā)明較佳實(shí)施例的參考電壓與參考電流產(chǎn)生方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例有關(guān)一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其主要包括一個(gè)帶隙參考電路，用以通過產(chǎn)生一具有正溫度系數(shù)的電流來產(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電壓，以及一個(gè)電壓至電流轉(zhuǎn)換電路耦接至帶隙參考電路，用以轉(zhuǎn)換一負(fù)溫度系數(shù)的電壓成為一具有負(fù)溫度系數(shù)的電流。此外，此帶隙參考電路與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者具有一共享電流源，帶隙參考電路的正溫度系數(shù)電流與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路的負(fù)溫度系數(shù)電流匯流于其上，用以產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電流。傳統(tǒng)電路的共通點(diǎn)，是由于參考電壓與參考電流兩者的產(chǎn)生于電路設(shè)計(jì)概念上并未整合，因此得使用多個(gè)偏壓電流源，才能同時(shí)提供與溫度無關(guān)的參考電壓及與溫度無關(guān)的參考電流。然而，此參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路是通過共享電流源的方式來將參考電流的產(chǎn)生功能整合進(jìn)入原本只用來產(chǎn)生參考電壓的帶隙參考電路。因此，相較傳統(tǒng)技術(shù)而言，此參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路可大幅減少電路復(fù)雜度、占用面積及功率消耗，進(jìn)而降低集成電路的制造成本。請參照圖1，其繪示依照一較佳實(shí)施例的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路100可包括帶隙參考電路110以及電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120，其中帶隙參考電路110與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120兩者包括一共享電流源116。帶隙參考電路110經(jīng)配置而產(chǎn)生具有一正溫度系數(shù)的第一電流I1流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn) X。通過產(chǎn)生此第一電流I1,帶隙參考電路110可產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)(即與溫度無關(guān))的參考電壓Vref，其同樣可于第一節(jié)點(diǎn)X輸出。另一方面，電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120耦接至帶隙參考電路110的第二節(jié)點(diǎn)A，并經(jīng)配置以將第二節(jié)點(diǎn)A的具有負(fù)溫度系數(shù)的電壓Va轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流I2。與第一電流I1類似，此第二電流I2同樣流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)X。通過適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)，可使第二電流I2的負(fù)溫度系數(shù)的大小等于第一電流I1的正溫度系數(shù)的大小。至于帶隙參考電路110與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120兩者所共同享有的共享電流源 116，其耦合至第一節(jié)點(diǎn)X，用以流通并輸出參考電流Iref。如圖1所示，于第一節(jié)點(diǎn)X處， 參考電流Iref分流為帶隙參考電路110中的第一電流I1,以及分流為電壓至電流轉(zhuǎn)換電路 120中的第二電流12。 由于參考電流Iref是由第一電流I1及第二電流I2匯流而成(亦即Iref = I^I2)， 且第一電流I1的正溫度系數(shù)與第二電流I2的負(fù)溫度系數(shù)是設(shè)計(jì)為大小相等，因此參考電流 Iref具有實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。依據(jù)上述，參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路100在具有單一個(gè)共享電流源116的簡易結(jié)構(gòu)下，無須額外增設(shè)復(fù)制及轉(zhuǎn)換用的電路元件，即可同時(shí)產(chǎn)生零溫度系數(shù)的參考電壓 Vref與零溫度系數(shù)的參考電流Iref。以下將進(jìn)一步利用一實(shí)施例來詳細(xì)說明帶隙參考電路110與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120的細(xì)部結(jié)構(gòu)及操作原理。圖1亦繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的帶隙參考電路110的細(xì)部電路結(jié)構(gòu)圖。 如圖1所示，帶隙參考電路110除了包括共享電流源116外，還包括正比于絕對溫度 (Proportional to absolute temperature, PTAT)電流產(chǎn)生部分 112，其于第一節(jié)點(diǎn) X 處耦接至共享電流源116，以及包括一運(yùn)算放大器114，其耦合于PTAT電流產(chǎn)生部分112與共享電流源116之間。
于一特定實(shí)施例中(如圖1所示)，正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分112可包括第一及第二接面晶體管Ql及Q2以及第一至第三電阻元件Rl R3。接面晶體管Ql及Q2，兩者分別譬如是PNP雙載子晶體管，且兩者的集極及基極皆耦接至接地電壓GND。接面晶體管Ql及Q2兩者具有不同的電流面積密度，譬如是接面晶體管Ql的面積(譬如A)小于接面晶體管Q2的面積(譬如nA，其中η為大于1的正整數(shù))。另一方面，第一電阻元件Rl耦接于接面晶體管Q2的射極及第二電阻元件R2之間。第二電阻元件R2通過第一節(jié)點(diǎn)X而耦接至共享電流源116以及通過節(jié)點(diǎn)B而耦接至第一電阻元件Rl，以及第三電阻元件R3通過節(jié)點(diǎn)X而耦接至共享電流源116以及通過第二節(jié)點(diǎn)A而耦接至接面晶體管Ql的射極。另一方面，運(yùn)算放大器114具有兩輸入端Inl (例如是正輸入端+)及In2 (例如是負(fù)輸入端_)，其分別可耦接至正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分112的兩節(jié)點(diǎn)B及Α。此外，運(yùn)算放大器114亦具有一輸出端01，其用以產(chǎn)生一反饋偏壓Vf至共享電流源116。通過運(yùn)算放大器114的反饋?zhàn)饔?，可控制共享電流?16適當(dāng)?shù)仄珘憾敵鰠⒖茧娏鱅ref。至于共享電流源116，其譬如可包括一反饋晶體管Ml，例如是P型金屬氧化物半導(dǎo)體(p-type metal oxide semiconductor,PM0S)晶體管，其漏極耦接至第一節(jié)點(diǎn)X，其柵極耦接至運(yùn)算放大器114的輸出端01，其源極耦接至電壓源VDD。在上述的電路配置下，PTAT產(chǎn)生部分112可與運(yùn)算放大器114及共享電流源116 搭配運(yùn)作，而產(chǎn)生兩個(gè)正溫度系數(shù)的分支電流‘及I12流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)X來組成第一電流I1, 并還將分支電流I11及I12至少其中之一轉(zhuǎn)換為參考電壓Vref于第一節(jié)點(diǎn)X輸出。以下繼續(xù)詳述于帶隙參考電路110的運(yùn)作原理。繼續(xù)參考圖1，由于接面晶體管Ql及Q2的集極以及基極皆耦接至接地電壓GND， 因此節(jié)點(diǎn)B的電壓Vb = V1+VBE2，節(jié)點(diǎn)A的電壓Va = Vbeio另外，通過運(yùn)算放大器114的虛短路作用，第一輸入端hi的電壓與第二輸入端化2的電壓相等，換言之，節(jié)點(diǎn)B的電壓Vb 可等于節(jié)點(diǎn)A的電壓Na，亦即Va = Vb。依據(jù)上述，可導(dǎo)出第一電阻Rl的跨壓Vl = Vbei-Vbe2 = KTln(η)，且流過第一電阻元件Rl的電流I11 =KTln(n)/R1，其中K為常數(shù)，T為絕對溫度，η為接面晶體管Q2與Ql 的面積比值，Rl為第一電阻元件Rl的電阻值。換言之，電流I11為一正比于絕對溫度電流， 即其溫度系數(shù)為正值。接下來，可進(jìn)一步導(dǎo)出參考電壓Vref，其等于接面晶體管Q2的基極-射極跨壓Vbe2 與電阻元件 RU R2 的跨壓(V1+V2)的總和，亦即 Vref = V1+V2+VBE2 = I11 (R1+R2)+Vbe2 = KTln(η) (R1+R2)/R1+VBE2。通過適當(dāng)選取第一電阻元件Rl及第二電阻元件R2的電阻值，可使電阻元件Rl、R2的跨壓KTln (n) (R1+R2)/R1的正溫度系數(shù)與接面晶體管Q2的基極-射極跨壓Vbe2的負(fù)溫度系數(shù)相互抵銷，從而獲得一個(gè)具有零溫度系數(shù)(與溫度無關(guān))的參考電壓Vref。類似地，亦可將接面晶體管Ql的跨壓Vbei與電阻元件R3的跨壓V3相加以獲得參考電壓Vref。另一方面，亦可推導(dǎo)出第一電流I1的值。第一電流I1通過第一節(jié)點(diǎn)X分出流過第一電阻元件Rl及第二電阻元件R2的電流I11以及流過第三電阻元件R3的電流I12，亦即I1 = In+I12。在運(yùn)算放大器114的虛短路作用讓Va = Vb下，可得出I1 = In+I12 = ΚΤ*1η (η) * (1+R2/R3) /R1，其中R2及R3分別為第二電阻元件R2及第三電阻元件R3的電阻值。換言之，第一電流I1亦具有正溫度系數(shù)。
綜合上述，帶隙參考電路110可產(chǎn)生具有一正溫度系數(shù)的第一電流I1流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)X，以及產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓Vref由第一節(jié)點(diǎn)X輸出。接下來，轉(zhuǎn)為說明電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120的細(xì)部結(jié)構(gòu)與操作原理。圖1亦繪示依照本發(fā)明較佳實(shí)施例的電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120的細(xì)部電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120除了包括共享電流源116外，還包括偏壓電流源122以及運(yùn)算放大器 124。運(yùn)算放大器IM具有第一輸入端^il (例如是正輸入端+)耦接于帶隙參考電路 110的第二節(jié)點(diǎn)A，以及具有第二輸入端例如是負(fù)輸入端_)及一輸出端02。偏壓電流源122于第一節(jié)點(diǎn)X處耦接至共享電流源116，并耦接至運(yùn)算放大器IM 的第二輸入端In2及輸出端02，用以依據(jù)第二節(jié)點(diǎn)A處的負(fù)溫度系數(shù)電壓Va而流通第二電
流I2。于一特定實(shí)施例中(如圖1所示)，偏壓電流源122譬如包括偏壓晶體管M2以及第四電阻元件R4。偏壓晶體管M2，其例如是N型金屬氧化物半導(dǎo)體(η-type metaloxide semiconductor, NM0S)晶體管，具有第一端(即柵極)耦接至運(yùn)算放大器IM的輸出端02， 具有第二端(即漏極)耦接至第一節(jié)點(diǎn)X，以及具有第三端(即源極)。電阻元件R4則具有一端耦接至偏壓晶體管M2的第三端以及運(yùn)算放大器124的第二輸入端化2，以及具有另一端接地。在上述的電路配置下，偏壓電流源122可與運(yùn)算放大器IM及共享電流源116搭配運(yùn)作，以依據(jù)第二節(jié)點(diǎn)A處的負(fù)溫度系數(shù)電壓Va而流通第二電流12。以下繼續(xù)詳述電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120的運(yùn)作原理。繼續(xù)參考圖1。運(yùn)算放大器IM的輸出端02可反饋至偏壓晶體管M2的柵極，用以控制偏壓晶體管M2輸出第二電流12。當(dāng)?shù)诙娏鱅2流經(jīng)偏壓晶體管M2及第四電阻元件 R4時(shí)，可在第四電阻元件R4上產(chǎn)生一跨壓Vc = I2*R4，其中R4為第四電阻元件R4的電阻值。同時(shí)，通過運(yùn)算放大器124的虛短路作用，第一輸入端^il的電壓等于第二輸入端In2 的電壓，因此節(jié)點(diǎn)C的電壓Vc等于節(jié)點(diǎn)A的電壓Va，亦即Vc = Va = Vbei。依據(jù)上述，可推導(dǎo)得知第二電流I2 = VBE1/R4。由于接面晶體管Ql的基極-射極跨壓Vbei具有負(fù)溫度系數(shù)，因此第二電流I2 ( = VBE1/R4)亦具有一負(fù)溫度系數(shù)。結(jié)果，電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120可將節(jié)點(diǎn)A的一負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流 I2O歸納上述的操作，參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路100利用帶隙參考電路110來產(chǎn)生一個(gè)與溫度無關(guān)的參考電壓Vref，并利用電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120與帶隙參考電路110 共享一共享電流源116，使得共享電流源116中除了產(chǎn)生正比于絕對溫度電流I1外，還額外產(chǎn)生一反比于絕對溫度電流12。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可使第一電流I1的正溫度系數(shù)的大小等于第二電流的負(fù)溫度系數(shù)的大小，從而可讓第一電流與第二電流匯流而成與溫度無關(guān)的參考電流 Iref ( = VI2)。舉例而言，在圖1的實(shí)施例中，參考電流Iref = I^I2 = KT*ln(n)*(1+R2/R3)/ R1+VBE1/R4。因此可通過適當(dāng)選擇第一至第四電阻元件Rl至R4的電阻值，使得第一電流I1 隨溫度正方向變化的大小恰可抵消第二電流I2隨溫度負(fù)方向變化的大小，從而得到零溫度系數(shù)(與溫度無關(guān))的參考電流Iref。
值得注意的是，上述圖1所示的實(shí)施例雖以反饋晶體管Ml及偏壓晶體管M2為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管為例作說明，然于其它實(shí)施例中，反饋晶體管Ml及偏壓晶體管M2分別也可以是一種雙載子接面晶體管(BJT)。此外，值得注意的是，在圖1所示的實(shí)施例中的PTAT產(chǎn)生部分，雖以兩個(gè)接面晶體管Ql、Q2耦接電阻元件Rl R3以產(chǎn)生兩個(gè)正溫度系數(shù)的分支電流I12及I11為例作說明，然而本發(fā)明的PTAT電流產(chǎn)生部分112并不限制于此。有種種不同的電路結(jié)構(gòu)皆可用作 PTAT電流產(chǎn)生部分112，以與運(yùn)算放大器114及共享電流源116相互搭配來產(chǎn)生一正系數(shù)電流及一零溫度系數(shù)參考電壓。舉例而言，于其它實(shí)施例中，可以使用兩個(gè)以上的接面晶體管耦接適當(dāng)數(shù)目的電阻元件來產(chǎn)生兩個(gè)以上的正溫度系數(shù)的分支電流來組成第一電流I1,并還將這些分支電流至少其中之一轉(zhuǎn)換為參考電壓Vref。更具體而言，可以數(shù)個(gè)接面晶體管的跨壓的負(fù)溫度系數(shù)的特性為基礎(chǔ)，并通過數(shù)個(gè)電阻元件的電阻特性來產(chǎn)生數(shù)個(gè)正溫度系數(shù)的分支電流及第二跨壓，即能將負(fù)溫度系數(shù)的晶體管跨壓與正溫度系數(shù)的電阻跨壓加成來產(chǎn)生一零溫度系數(shù)的參考電壓，以及讓這些分支電流組成正溫度系數(shù)的第一電流I:?；蚝唵窝灾?，凡是在通過產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流以產(chǎn)生零溫度系數(shù)的參考電壓的 PTAT電流產(chǎn)生電路中，都可能取出相關(guān)部分(譬如是除偏壓電流源及運(yùn)算放大器外的其它部分)來作為PTAT電流產(chǎn)生部分112。此外，亦須注意，共享電流源116及偏壓電流源122也不限于圖1所示的細(xì)部電路結(jié)構(gòu)。有種種不同的電流源可設(shè)置于帶隙參考電路110與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路120的中以提供兩者所需的電流。亦有種種不同結(jié)構(gòu)的偏壓電流源可與運(yùn)算放大器1 共同運(yùn)作來執(zhí)行負(fù)溫度系數(shù)電壓至負(fù)溫度系數(shù)電流的轉(zhuǎn)換功能。此外，亦須注意，運(yùn)算放大器114及124也可以是其它的等電壓化電路，只要分別能適當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)A的電壓Va等于節(jié)點(diǎn)B的電壓Vb，以及控制節(jié)點(diǎn)C的電壓Vc等于節(jié)點(diǎn)A 的電壓Va，即可分別達(dá)到產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流I1及負(fù)溫度系數(shù)電流I2的目的。另外，上述實(shí)施例雖以接面晶體管Ql及Q2的基極與集極接地、反饋晶體管Ml的一端耦接電壓源VDD，以使參考電流Iref從共享電流源往外分流出去為第一電流I1以及第二電流I2為例來作說明，然而本發(fā)明亦不以此為限。舉例而言，于其它實(shí)施例中，也可以將晶體管Ml及M2改為NMOS晶體管，接面晶體管Ql及Q2改為NPN型晶體管，以及將接面晶體管Ql及Q2的基極與集極改接至高電壓(VDD)，反饋晶體管Ml改耦接至低電壓(GND)。結(jié)果，參考電流Iref改由第一電流I1以及第二電流I2往共享電流源方向匯流而得。此外，依上述實(shí)施例的說明亦可類推，凡是將一通過產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流以產(chǎn)生零溫度系數(shù)的參考電壓的一 PTAT電流產(chǎn)生電路，額外由其偏壓電流源拉出一路負(fù)溫度系數(shù)電流至一電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，皆可能實(shí)踐一參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路。簡而言之，只要帶隙參考電路可提供與溫度無關(guān)的參考電壓，而且共享電流源在提供產(chǎn)生參考電壓所需的正溫度系數(shù)電流的同時(shí)，還產(chǎn)生一路負(fù)溫度系數(shù)電流流經(jīng)電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，以便匯合兩電流而得出與溫度無關(guān)的參考電流，皆不脫離本發(fā)明的技術(shù)范圍。請參照圖2，其繪示依照本發(fā)明較佳實(shí)施例的參考電壓與參考電流產(chǎn)生方法的流程圖。首先，于步驟200，通過產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的第一電流I1以產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓Vref，同時(shí)還產(chǎn)生一反饋偏壓Vf及一負(fù)溫度系數(shù)電壓Va。此外，于步驟202，將負(fù)溫度系數(shù)電壓Va轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流12。最后，于步驟204，依據(jù)反饋偏壓Vf來產(chǎn)生一參考電流Iref。參考電流Iref分流為步驟200中的第一電流I1與分流為步驟202的第二電流12。結(jié)果，參考電流Iref可通過匯流第一及第二電流I1及I2而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。各步驟的相關(guān)細(xì)節(jié)可參考圖1各對應(yīng)部件的說明，在此不另作贅述?？偨Y(jié)上述，于以上實(shí)施例中，首先利用一個(gè)帶隙參考電路來產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓，再設(shè)置一個(gè)電壓至電流轉(zhuǎn)換電路來產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流，其中電壓至電流轉(zhuǎn)換電路與帶隙參考電路共享一電流源。因此，此共享電流源除了提供一路正溫度系數(shù)電流流經(jīng)帶隙參考電路外，還額外提供一路負(fù)溫度系數(shù)電流流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換電路，結(jié)果能夠匯流兩路電流而產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電流。如此一來，無須設(shè)置不同的參考電壓產(chǎn)生電路及參考電流產(chǎn)生電路，亦無須先產(chǎn)生參考電壓(或參考電流)再另外將其復(fù)制和轉(zhuǎn)換為參考電流(或參考電壓)，而可利用單一個(gè)電流源來同時(shí)產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓及參考電流。換言之，產(chǎn)生參考電壓與產(chǎn)生參考電流于電路設(shè)計(jì)觀念上是相互整合。結(jié)果，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，上述實(shí)施例大大簡化電路結(jié)構(gòu)，減少電路面積及功率消耗，并降低電路制造成本。綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作出各種等同的改變或。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的替換本申請權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，包括一帶隙參考電路，其經(jīng)配置以通過產(chǎn)生具有一正溫度系數(shù)的一第一電流來產(chǎn)生具有一零溫度系數(shù)的一參考電壓；及一電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，其耦接至該帶隙參考電路的一節(jié)點(diǎn)，并經(jīng)配置以將節(jié)點(diǎn)的一負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有一負(fù)溫度系數(shù)的一第二電流，其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者包括一共享電流源，其具有一反饋晶體管流通一參考電流，其中該參考電流分流為該帶隙參考電路中的該第一電流與分流為該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路中的該第二電流，以及該參考電流通過匯流該第一及第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該帶隙參考電路內(nèi)部還產(chǎn)生一反饋偏壓，以控制該共享電流源來產(chǎn)生該參考電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該帶隙參考電路還包括一正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分，其耦接至該共享電流源，并經(jīng)配置以產(chǎn)生多個(gè)正溫度系數(shù)的分支電流來組成該第一電流，并還將這些分支電流至少其中之一轉(zhuǎn)換為該參考電壓；及一運(yùn)算放大器，其具有兩輸入端耦接至該正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分的兩節(jié)點(diǎn)以使該兩節(jié)點(diǎn)的電壓電平實(shí)質(zhì)上相等，及具有一輸出端反饋至該共享電流源以控制該共享電流源輸出該參考電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分包括多個(gè)接面晶體管，用以產(chǎn)生具有負(fù)溫度系數(shù)的多個(gè)第一跨壓；及多個(gè)電阻元件，其耦合至該多個(gè)接面晶體管，用以產(chǎn)生這些分支電流及具有正溫度系數(shù)的多個(gè)第二跨壓，其中這些第一跨壓至少其中之一與這些第二跨壓至少其中之一加成為該參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于這些接面晶體管包括第一及第二接面晶體管，分別具有第一至第三端，其中該第一及第二接面晶體管的第二端相耦接，以及這些電阻元件包括第一電阻元件，其一端耦接至該第二接面晶體管的第一端；第二電阻元件，其一端耦接至該第一電阻元件的另一端，以及另一端耦接至該共享電流源；及第三電阻元件，其一端耦接至該第一接面晶體管的第一端，以及另一端耦接至該共享電流源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該共享電流源的該反饋晶體管耦接至一電壓源、該正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分及該運(yùn)算放大器的該輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路包括一運(yùn)算放大器，其具有第一輸入端耦接于該帶隙參考電路的該節(jié)點(diǎn)，以及具有第二輸入端及一輸出端；及一偏壓電流源，其耦接至該共享電流源，并耦接至該運(yùn)算放大器的該第二輸入端及該輸出端，以依據(jù)該節(jié)點(diǎn)處的該負(fù)溫度系數(shù)電壓而流通該第二電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該偏壓電流源包括一偏壓晶體管，其具有第一端耦接至該運(yùn)算放大器，第二端耦接至該共享電流源，以及具有一第三端；及一電阻元件，其一端耦接至該偏壓晶體管的該第三端及該運(yùn)算放大器的該第二輸入端。
9.一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，包括一帶隙參考電路，其經(jīng)配置以通過產(chǎn)生具有一正溫度系數(shù)的一第一電流流經(jīng)該帶隙參考電路的一第一節(jié)點(diǎn)來產(chǎn)生具有一零溫度系數(shù)的一參考電壓于該第一節(jié)點(diǎn)輸出；及一電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，其耦接至該帶隙參考電路的一第二節(jié)點(diǎn)，并經(jīng)配置以將該第二節(jié)點(diǎn)的一負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有一負(fù)溫度系數(shù)的一第二電流流經(jīng)該第一節(jié)點(diǎn)；其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者包括一共享電流源，其耦合至該第一節(jié)點(diǎn)，用以輸出一參考電流；其中該參考電流于該第一節(jié)點(diǎn)分流為該帶隙參考電路中的該第一電流與分流為該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路中的該第二電流，以及該參考電流通過匯流該第一及第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，該帶隙參考電路的內(nèi)部還產(chǎn)生一反饋偏壓，以控制該共享電流源來產(chǎn)生該參考電流。
11.一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路，其特征在于，包括一帶隙參考電路，用以輸出一與溫度無關(guān)的參考電壓，包括 一正比于絕對溫度電流產(chǎn)生部分，包括第一及第二接面晶體管相互耦接；以及第一至第三電阻元件，分別耦接于該第二接面晶體管與該第二電阻元件之間、該第一電阻元件及一第一節(jié)點(diǎn)之間，以及該第一接面晶體管及該第一節(jié)點(diǎn)之間；及一第一運(yùn)算放大器，其具有第一輸入端耦接至該第一電阻元件及該第二電阻元件之間，第二輸入端耦接于該第三電阻元件與該第一接面晶體管之間，及具有一輸出端；以及一電壓至電流轉(zhuǎn)換電路，包括一第二運(yùn)算放大器，其具有第一輸入端耦接于該第一接面晶體管與該第三電阻元件之間，以及具有第二輸入端及一輸出端；及一偏壓電流源，其具有一偏壓晶體管，其具有第一端耦接至該第二運(yùn)算放大器的該輸出端，第二端耦接至該第一節(jié)點(diǎn)，以及具有一第三端；及一第四電阻元件，其一端耦接至該偏壓晶體管的該第三端及該第二運(yùn)算放大器的該第二輸入端；其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉(zhuǎn)換電路還包括一共享電流源，其包括一反饋晶體管，其耦接至一電壓源、該第一節(jié)點(diǎn)，及該第一運(yùn)算放大器的該輸出端，用以輸出一與溫度無關(guān)的參考電流。
12. —種參考電壓與參考電流產(chǎn)生方法，其特征在于，包括通過產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的第一電流以產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓，同時(shí)還產(chǎn)生一反饋偏壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓；將該負(fù)溫度系數(shù)電壓轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流；以及依據(jù)該反饋偏壓來產(chǎn)生一參考電流，其中該參考電流系通過匯流該第一電流及該第二電流而具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路及方法。該參考電壓與參考電流產(chǎn)生電路包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉(zhuǎn)換電路。帶隙參考電路經(jīng)配置而通過產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的第一電流來產(chǎn)生具有零溫度系數(shù)的參考電壓。電壓至電流轉(zhuǎn)換電路耦接至帶隙參考電路的一節(jié)點(diǎn)，并經(jīng)配置以將該節(jié)點(diǎn)的負(fù)溫度系數(shù)的電壓轉(zhuǎn)換為具有負(fù)溫度系數(shù)的第二電流。帶隙參考電路與電壓至電流轉(zhuǎn)換電路兩者包括一共享電流源，其具有一反饋晶體管流通一參考電流。該參考電流分流為帶隙參考電路中的第一電流與分流為電壓至電流轉(zhuǎn)換電路中的第二電流，從而可通過匯流第一及第二電流來具有一實(shí)質(zhì)上等于零的溫度系數(shù)。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102419609SQ20101050801
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者張淙豪, 林永洲 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司