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TWI418968B - 參考電壓與參考電流產生電路及方法 - Google Patents

參考電壓與參考電流產生電路及方法 Download PDF

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TWI418968B
TWI418968B TW099132102A TW99132102A TWI418968B TW I418968 B TWI418968 B TW I418968B TW 099132102 A TW099132102 A TW 099132102A TW 99132102 A TW99132102 A TW 99132102A TW I418968 B TWI418968 B TW I418968B
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Tsung Hau Chang
Yung Chou Lin
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Novatek Microelectronics Corp
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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Description

參考電壓與參考電流產生電路及方法
本發明是有關於一種參考電壓與參考電流產生電路及方法，且特別是有關於一種與溫度無關(temperature-independent)之參考電壓與參考電流產生電路及方法。
在積體電路設計中經常需要使用與溫度無關的參考電壓及/或與溫度無關的參考電流，這些參考電壓及參考電流一般是使用帶隙參考(band-gap reference)電路來產生。
舉例而言，為了要產生一與溫度無關(即零溫度係數)之參考電壓，往往是利用雙載子電晶體之負溫度係數特性來產生一負溫度係數電壓，並利用電阻之轉換特性來將一正溫度係數之電流轉換為一正溫度係數電壓，繼而將此負溫度係數電壓與此正溫度係數電壓加權而得到零溫度係數之參考電壓。或是為了要產生一與溫度無關之參考電流，首先利用雙載子電晶體之負溫度係數特性及電阻之轉換特性來產生一負溫度係數電流，再將此負溫度係數電流與一正溫度係數電流加權而得到零溫度係數之電流。
在實際應用中，需要同時使用與溫度無關的參考電壓及與溫度無關的參考電流之情況亦為常見。在這種情況下，舉例而言，可分別設計一個帶隙參考電路來產生與溫度無關之參考電壓以及另一個帶隙參考電路來產生與溫度無關之參考電流。或是可先利用一帶隙參考電路來產生零溫度係數之參考電流(或參考電壓)，再增設額外的電路用來複製(mirror)此零溫度係數之參考電流(或參考電壓)並將其轉換為零溫度係數之參考電壓(或參考電流)。此額外電路通常具有一個用於複製電流(或複製電壓)的偏壓電流源與至少一個用於轉換電流為電壓(或轉換電壓為電流)的電阻。
然而，傳統電路往往都耗用不少元件數目、佔用龐大的晶片面積，以及造成大量功率消耗及製造成本。原因之一在於，參考電壓與參考電流兩者之產生於電路設計概念上並未整合。因此，設計一種精簡之電路以同時產生零溫度係數之電壓及電流，已成為業界致力的研發方向之一。
本發明係有關於一種參考電壓與參考電流產生電路，其包括一帶隙參考電路提供與溫度無關之參考電壓，並包括一電壓至電流轉換電路共用帶隙參考電路之一電流源，因此可於此電流源上產生與溫度無關之參考電流。相較傳統技術而言，此參考電壓與參考電流產生電路可有效簡化電路結構，減少電路面積及功率消耗，並降低電路製造成本。此外，本發明亦提供一種參考電壓與參考電流產生方法。
根據本發明之一方面，提出一種參考電壓與參考電流產生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉換電路。帶隙參考電路經配置以藉由產生具有正溫度係數之第一電流來產生具有零溫度係數之參考電壓。電壓至電流轉換電路耦接至帶隙參考電路之一節點，並經配置以將節點之負溫度係數之電壓轉換為具有負溫度係數之第二電流，其中帶隙參考電路與電壓至電流轉換電路兩者係包括一共用電流源，其具有一回授電晶體流通一參考電流，且參考電流係分流為帶隙參考電路中之第一電流與分流為電壓至電流轉換電路中之第二電流，從而藉由匯流第一及第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
根據本發明之第二方面，提出一種參考電壓與參考電流產生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉換電路。帶隙參考電路係經配置以藉由產生具有一正溫度係數之一第一電流流經帶隙參考電路之一第一節點來產生具有一零溫度係數之一參考電壓於第一節點輸出。電壓至電流轉換電路，其耦接至帶隙參考電路之一第二節點，係經配置以將第二節點之一負溫度係數之電壓轉換為具有一負溫度係數之一第二電流流經第一節點。帶隙參考電路與電壓至電流轉換電路兩者係包括一共用電流源，其耦合至第一節點，用以輸出一參考電流。參考電流於第一節點係分流為帶隙參考電路中之第一電流與分流為電壓至電流轉換電路中之第二電流，從而藉由匯流第一及第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
根據本發明之第三方面，提出一種參考電壓與參考電流產生電路，包括帶隙參考電路以及電壓至電流轉換電路。帶隙參考電路用以輸出一與溫度無關之參考電壓，並包括一正比於絕對溫度(Proportional to absolute temperature，PTAT)電流產生部分，與第一運算放大器。PTAT電流產生部分包括第一及第二接面電晶體相互耦接，以及第一至第三電阻元件，分別耦接於第二接面電晶體與第二電阻元件之間、第一電阻元件及一第一節點之間，以及第一接面電晶體及第一節點之間。第一運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，第二輸入端耦接於第三電阻元件與第一接面電晶體之間，及具有一輸出端。電壓至電流轉換電路包括第二運算放大器與一偏壓電流源。第二運算放大器係具有第一輸入端耦接於第一接面電晶體與第三電阻元件之間，以及具有第二輸入端及一輸出端。偏壓電流源係具有一偏壓電晶體，其具有第一端耦接至第二運算放大器之輸出端，第二端耦接至第一節點，以及具有一第三端，及一第四電阻元件，其一端耦接至偏壓電晶體之第三端及第二運算放大器之第二輸入端。帶隙參考電路與電壓至電流轉換電路更包括一共用電流源，其包括一回授電晶體，其耦接至一電壓源、第一節點，及第一運算放大器之輸出端，用以輸出一與溫度無關之參考電流。
根據本發明之第四方面，提出一種參考電壓與參考電流產生方法，包括藉由產生具有正溫度係數之第一電流以產生具有零溫度係數之參考電壓，同時更產生一回授偏壓及一負溫度係數電壓；將負溫度係數電壓轉換為具有負溫度係數之第二電流；以及依據回授偏壓來產生一參考電流，其中參考電流係藉由匯流該第一電流及該第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
下述實施例係有關於一種參考電壓與參考電流產生電路，其主要包括一個帶隙參考電路，用以藉由產生一具有正溫度係數之電流來產生一與溫度無關之參考電壓，以及一個電壓至電流轉換電路耦接至帶隙參考電路，用以轉換一負溫度係數之電壓成為一具有負溫度係數之電流。此外，此帶隙參考電路與電壓至電流轉換電路兩者係具有一共用電流源，帶隙參考電路之正溫度係數電流與電壓至電流轉換電路之負溫度係數電流匯流於其上，用以產生與溫度無關之參考電流。
傳統電路之共通點，是由於參考電壓與參考電流兩者之產生於電路設計概念上並未整合，因此得使用多個偏壓電流源，才能同時提供與溫度無關的參考電壓及與溫度無關的參考電流。然而，此參考電壓與參考電流產生電路係透過共享電流源的方式來將參考電流之產生功能整合進入原本只用來產生參考電壓之帶隙參考電路。因此，相較傳統技術而言，此參考電壓與參考電流產生電路可大幅減少電路複雜度、佔用面積及功率消耗，進而降低積體電路之製造成本。
請參照第1圖，其繪示依照一較佳實施例之參考電壓與參考電流產生電路之電路結構圖。如第1圖所示，參考電壓與參考電流產生電路100可包括帶隙參考電路110以及電壓至電流轉換電路120，其中帶隙參考電路110與電壓至電流轉換電路120兩者係包括一共用電流源116。
帶隙參考電路110經配置而產生具有一正溫度係數之第一電流I1 流經第一節點X。藉由產生此第一電流I1 ，帶隙參考電路110可產生具有零溫度係數(即與溫度無關)之參考電壓Vref，其同樣可於第一節點X輸出。
另一方面，電壓至電流轉換電路120係耦接至帶隙參考電路110之第二節點A，並經配置以將第二節點A之具負溫度係數之電壓Va轉換為具有負溫度係數之第二電流I2 。與第一電流I1 類似，此第二電流I2 同樣流經第一節點X。透過適當之電路設計，可使第二電流I2 之負溫度係數之大小等於第一電流I1 之正溫度係數之大小。
至於帶隙參考電路110與電壓至電流轉換電路120兩者所共同享有的共用電流源116，其乃耦合至第一節點X，用以流通並輸出參考電流Iref。如第1圖所示，於第一節點X處，參考電流Iref係分流為帶隙參考電路110中之第一電流I1 ，以及分流為電壓至電流轉換電路120中之第二電流I2 。
由於參考電流Iref是由第一電流I1 及第二電流I2 匯流而成(亦即Iref=I1 +I2 )，且第一電流I1 之正溫度係數與第二電流I2 之負溫度係數係設計為大小相等，因此參考電流Iref具有實質上等於零之溫度係數。
依據上述，參考電壓與參考電流產生電路100在具有單一個共用電流源116之簡易結構下，無須額外增設複製及轉換用之電路元件，即可同時產生零溫度係數之參考電壓Vref與零溫度係數之參考電流Iref。以下將進一歩利用一實施例來詳細說明帶隙參考電路110與電壓至電流轉換電路120之細部結構及操作原理。
第1圖亦繪示依照本發明之一實施例之帶隙參考電路110之細部電路結構圖。如第1圖所示，帶隙參考電路110除了包括共用電流源116外，尚包括正比於絕對溫度(Proportional to absolute temperature，PTAT)電流產生部分112，其於第一節點X處耦接至共用電流源116，以及包括一運算放大器114，其乃耦合於PTAT電流產生部分112與共用電流源116之間。
於一特定實施例中(如第1圖所示)，正比於絕對溫度電流產生部分112可包括第一及第二接面電晶體Q1及Q2以及第一至第三電阻元件R1~R3。接面電晶體Q1及Q2，兩者分別譬如是PNP雙載子電晶體，且兩者之集極及基極皆耦接至接地電壓GND。接面電晶體Q1及Q2兩者係具有不同之電流面積密度，譬如是接面電晶體Q1的面積(譬如A)小於接面電晶體Q2的面積(譬如nA，其中n為大於1之正整數)。另一方面，第一電阻元件R1耦接於接面電晶體Q2之射極及第二電阻元件R2之間。第二電阻元件R2經由第一節點X而耦接至共用電流源116以及經由節點B而耦接至第一電阻元件R1，以及第三電阻元件R3經由節點X而耦接至共用電流源116以及經由第二節點A而耦接至接面電晶體Q1之射極。
另一方面，運算放大器114具有兩輸入端In1(例如是正輸入端+)及In2(例如是負輸入端-)，其分別可耦接至正比於絕對溫度電流產生部分112之兩節點B及A。此外，運算放大器114亦具有一輸出端O1，其用以產生一回授偏壓Vf至共用電流源116。經由運算放大器114之回授作用，可控制共用電流源116適當地偏壓而輸出參考電流Iref。
至於共用電流源116，其譬如可包括一回授電晶體M1，例如是P型金氧半導體(p-type metal oxide semiconductor，PMOS)電晶體，其汲極耦接至第一節點X，其閘極耦接至運算放大器114之輸出端O1，其源極耦接至電壓源VDD。
在上述之電路配置下，PTAT產生部分112可與運算放大器114及共用電流源116搭配運作，而產生兩個正溫度係數之分支電流I11 及I12 流經第一節點X來組成第一電流I1 ，並更將分支電流I11 及I12 當中至少之一者轉換為參考電壓Vref於第一節點X輸出。以下繼續詳述於帶隙參考電路110之運作原理。
繼續參考第1圖，由於接面電晶體Q1及Q2之集極以及基極皆耦接至接地電壓GND，因此節點B之電壓Vb=V1+VBE2 ，節點A之電壓Va=VBE1 。另外，藉由運算放大器114之虛短路作用，第一輸入端In1之電壓與第二輸入端In2之電壓相等，換言之，節點B之電壓Vb可等於節點A之電壓Va，亦即Va=Vb。
依據上述，可導出第一電阻R1之跨壓V1=VBE1 -VBE2 =KTln(n)，且流過第一電阻元件R1之電流I11 =KTln(n)/R1，其中K為常數，T為絕度溫度，n為接面電晶體Q2與Q1之面積比值，R1為第一電阻元件R1之電阻值。換言之，電流I11 為一正比於絕對溫度電流，即其溫度係數為正值。
接下來，可進一歩導出參考電壓Vref，其等於接面電晶體Q2之基極-射極跨壓VBE2 與電阻元件R1、R2的跨壓(V1+V2)之總和，亦即Vref=V1+V2+VBE2 =I11 (R1+R2)+VBE2 =KTln(n)(R1+R2)/R1+VBE2 。透過適當選取第一電阻元件R1及第二電阻元件R2之電阻值，可使電阻元件R1、R2的跨壓KTln(n)(R1+R2)/R1之正溫度係數與接面電晶體Q2之基極-射極跨壓VBE2 之負溫度係數相互抵銷，從而獲得一個具零溫度係數(與溫度無關)之參考電壓Vref。類似地，亦可將接面電晶體Q1之跨壓VBE1 與電阻元件R3之跨壓V3相加以獲得參考電壓Vref。
另一方面，亦可推導出第一電流I1 之值。第一電流I1 經由第一節點X分出流過第一電阻元件R1及第二電阻元件R2之電流I11 以及流過第三電阻元件R3之電流I12 ，亦即I1 =I11 +I12 。在運算放大器114之虛短路作用讓Va=Vb下，可得出I1 =I11 +I12 =KT*ln(n)*(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之電阻值。換言之，第一電流I1 亦具有正溫度係數。
綜合上述，帶隙參考電路110可產生具有一正溫度係數之第一電流I1 流經第一節點X，以及產生具有零溫度係數之參考電壓Vref由第一節點X輸出。
接下來，轉為說明電壓至電流轉換電路120之細部結構與操作原理。第1圖亦繪示依照本發明較佳實施例之電壓至電流轉換電路120之細部電路結構圖。如第1圖所示，電壓至電流轉換電路120除了包括共用電流源116外，尚包括偏壓電流源122以及運算放大器124。
運算放大器124具有第一輸入端In1(例如是正輸入端+)耦接於帶隙參考電路110之第二節點A，以及具有第二輸入端In2(例如是負輸入端-)及一輸出端O2。
偏壓電流源122於第一節點X處耦接至共用電流源116，並耦接至運算放大器124之第二輸入端In2及輸出端O2，用以依據第二節點A處之負溫度係數電壓Va而流通第二電流I2 。
於一特定實施例中(如第1圖所示)，偏壓電流源122譬如包括偏壓電晶體M2以及第四電阻元件R4。偏壓電晶體M2，其例如是N型金氧半導體(n-type metal oxide semiconductor，NMOS)電晶體，具有第一端(即閘極)耦接至運算放大器124之輸出端O2，具有第二端(即汲極)耦接至第一節點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電晶體M2之第三端以及運算放大器124之第二輸入端In2，以及具有另一端接地。
在上述之電路配置下，偏壓電流源122可與運算放大器124及共用電流源116搭配運作，以依據第二節點A處之負溫度係數電壓Va而流通第二電流I2 。以下繼續詳述電壓至電流轉換電路120之運作原理。
繼續參考第1圖。運算放大器124之輸出端O2可回授至偏壓電晶體M2之閘極，用以控制偏壓電晶體M2輸出第二電流I2 。當第二電流I2 流經偏壓電晶體M2及第四電阻元件R4時，可在第四電阻元件R4上產生一跨壓Vc=I2 *R4，其中R4為第四電阻元件R4之電阻值。同時，透過運算放大器124之虛短路作用，第一輸入端In1之電壓等於第二輸入端In2之電壓，因此節點C之電壓Vc等於節點A之電壓Va，亦即Vc=Va=VBE1 。
依據上述，可推導得知第二電流I2 =VBE1 /R4。由於接面電晶體Q1之基極-射極跨壓VBE1 具有負溫度係數，因此第二電流I2 (=VBE1 /R4)亦具有一負溫度係數。結果，電壓至電流轉換電路120可將節點A之一負溫度係數之電壓轉換為具有負溫度係數之第二電流I2 。
歸納上述之操作，參考電壓與參考電流產生電路100係利用帶隙參考電路110來產生一個與溫度無關之參考電壓Vref，並利用電壓至電流轉換電路120與帶隙參考電路110共用一共用電流源116，使得共用電流源116中除了產生正比於絕對溫度電流I1 外，更額外產生一反比於絕對溫度電流I2 。透過適當的設計，可使第一電流I1 之正溫度係數之大小等於第二電流之負溫度係數之大小，從而可讓第一電流與第二電流匯流而成與溫度無關之參考電流Iref(=I1 +I2 )。
舉例而言，在第1圖之實施例中，參考電流Iref=I1 +I2 =KT*ln(n)*(1+R2/R3)/R1+VBE1 /R4。因此可藉由適當選擇第一至第四電阻元件R1至R4之電阻值，使得第一電流I1 隨溫度正方向變化之大小恰可抵消第二電流I2 隨溫度負方向變化之大小，從而得到零溫度係數(與溫度無關)之參考電流Iref。
值得注意的是，上述第1圖所示之實施例雖以回授電晶體M1及偏壓電晶體M2係為金氧半導體(MOS)電晶體為例作說明，然於其他實施例中，回授電晶體M1及偏壓電晶體M2分別也可以是一種雙載子接面電晶體(BJT)。
此外，值得注意的是，在第1圖所示之實施例中的PTAT產生部分，雖以兩個接面電晶體Q1、Q2耦接電阻元件R1~R3以產生兩個正溫度係數之分支電流I12 及I11 為例作說明，然而本發明之PTAT電流產生部分112並不限制於此。有種種不同之電路結構皆可用作PTAT電流產生部分112，以與運算放大器114及共用電流源116相互搭配來產生一正係數電流及一零溫度係數參考電壓。
舉例而言，於其他實施例中，可以使用兩個以上之接面電晶體耦接適當數目之電阻元件來產生兩個以上之正溫度係數之分支電流來組成第一電流I1 ，並更將這些分支電流當中至少之一者轉換為參考電壓Vref。更具體而言，可以數個接面電晶體之跨壓的負溫度係數之特性為基礎，並藉由數個電阻元件之電阻特性來產生數個正溫度係數之分支電流及第二跨壓，即能將負溫度係數之電晶體跨壓與正溫度係數之電阻跨壓加成來產生一零溫度係數之參考電壓，以及讓這些分支電流組成正溫度係數之第一電流I1 。
或簡單言之，舉凡於藉由產生正溫度係數電流以產生零溫度係數之參考電壓之PTAT電流產生電路中，都可能取出相關部分(譬如是除偏壓電流源及運算放大器外之其他部分)來作為PTAT電流產生部分112。
此外，亦須注意，共用電流源116及偏壓電流源122也不限於第1圖所示之細部電路結構。有種種不同之電流源可設置於帶隙參考電路110與電壓至電流轉換電路120之中以提供兩者所需之電流。亦有種種不同結構之偏壓電流源可與運算放大器124共同運作來執行負溫度係數電壓至負溫度係數電流之轉換功能。
此外，亦須注意，運算放大器114及124也可以是其它之等電壓化電路，只要分別能適當控制節點A之電壓Va等於節點B之電壓Vb，以及控制節點C之電壓Vc等於節點A之電壓Va，即可分別達到產生正溫度係數電流I1 及負溫度係數電流I2 之目的。
另外，上述實施例雖以接面電晶體Q1及Q2之基極與集極接地、回授電晶體M1之一端耦接電壓源VDD，以使參考電流Iref從共用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，然本發明亦不以此為限。舉例而言，於其他實施例中，也可以將電晶體M1及M2改為NMOS電晶體，接面電晶體Q1及Q2改為NPN型電晶體，以及將接面電晶體Q1及Q2之基極與集極改接至高電壓(VDD)，回授電晶體M1改耦接至低電壓(GND)。結果，參考電流Iref改由第一電流I1 以及第二電流I2 往共用電流源方向匯流而得。
此外，依上述實施例之說明亦可類推，舉凡將一藉由產生正溫度係數電流以產生零溫度係數之參考電壓之一PTAT電流產生電路，額外由其偏壓電流源拉出一路負溫度係數電流至一電壓至電流轉換電路，皆可能實踐一參考電壓與參考電流產生電路。
簡而言之，只要帶隙參考電路可提供與溫度無關之參考電壓，而且共用電流源在提供產生參考電壓所需之正溫度係數電流之同時，更產生一路負溫度係數電流流經電壓至電流轉換電路，俾以匯合兩電流而得出與溫度無關之參考電流，皆不脫離本發明之技術範圍。
請參照第2圖，其繪示依照本發明較佳實施例之參考電壓與參考電流產生方法之流程圖。首先，於步驟200，藉由產生具有正溫度係數之第一電流I1 以產生具有零溫度係數之參考電壓Vref，同時亦更產生一回授偏壓Vf及一負溫度係數電壓Va。此外，於步驟202，將負溫度係數電壓Va轉換為具有負溫度係數之第二電流I2 。最後，於步驟204，依據回授偏壓Vf來產生一參考電流Iref。參考電流Iref係分流為步驟200中之第一電流I1 與分流為步驟202之第二電流I2 。結果，參考電流Iref可藉由匯流第一及第二電流I1 及I2 而具有一實質上等於零之溫度係數。各步驟之相關細節可參考第1圖各對應部件之說明，在此不另作贅述。
總結上述，於以上實施例中，首先利用一個帶隙參考電路來產生與溫度無關之參考電壓，再設置一個電壓至電流轉換電路來產生負溫度係數電流，其中電壓至電流轉換電路與帶隙參考電路共用一電流源。因此，此共用電流源除了提供一路正溫度係數電流流經帶隙參考電路外，更額外提供一路負溫度係數電流流經電流轉換電路，結果能夠匯流兩路電流而產生與溫度無關之參考電流。
如此一來，無須設置不同的參考電壓產生電路及參考電流產生電路，亦無須先產生參考電壓(或參考電流)再另外將其複製和轉換為參考電流(或參考電壓)，而可利用單一個電流源來同時產生與溫度無關之參考電壓及參考電流。換言之，產生參考電壓與產生參考電流於電路設計觀念上乃相互整合。結果，相較於傳統技術，上述實施例大大簡化電路結構，減少電路面積及功率消耗，並降低電路製造成本。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧參考電壓與參考電流產生電路
110‧‧‧帶隙參考電路
112‧‧‧正比於絕對溫度電流產生部份
114、124‧‧‧運算放大器
116‧‧‧共用電流源
120‧‧‧電壓至電流轉換電路
122‧‧‧偏壓電流源
第1圖繪示依照本發明較佳實施例之參考電壓與參考電流產生電路之電路結構圖。
第2圖繪示依照本發明較佳實施例之參考電壓與參考電流產生方法之流程圖。
100．．．參考電壓與參考電流產生電路
110．．．帶隙參考電路
112．．．正比於絕對溫度電流產生部份
114、124．．．運算放大器
116．．．共用電流源
120．．．電壓至電流轉換電路
122．．．偏壓電流源

Claims (13)

  1. 一種參考電壓與參考電流產生電路，包括：一帶隙參考電路，其經配置以藉由產生具有一正溫度係數之一第一電流來產生具有一零溫度係數之一參考電壓；及一電壓至電流轉換電路，其耦接至該帶隙參考電路之一節點，並經配置以將節點之一負溫度係數電壓轉換為具有一負溫度係數之一第二電流，其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉換電路兩者係包括一共用電流源，其具有一回授電晶體流通一參考電流，其中該參考電流係分流為該帶隙參考電路中之該第一電流與分流為該電壓至電流轉換電路中之該第二電流，以及該參考電流係藉由匯流該第一及第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該帶隙參考電路內部更產生一回授偏壓，以控制該共用電流源來產生該參考電流。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該帶隙參考電路係更包括：一正比於絕對溫度(Proportional to absolute temperature，PTAT)電流產生部分，其耦接至該共用電流源，並經配置以產生複數個正溫度係數之分支電流來組成該第一電流，並更將該等分支電流當中至少 之一者轉換為該參考電壓；及一運算放大器，其具有兩輸入端耦接至該正比於絕對溫度電流產生部分之兩節點以使該兩節點之電壓位準實質上相等，及具有一輸出端回授至該共用電流源以控制該共用電流源輸出該參考電流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該正比於絕對溫度電流產生部分係包括：複數個接面電晶體，用以產生具負溫度係數之複數個第一跨壓；及複數個電阻元件，其耦合至該複數個接面電晶體，用以產生該等分支電流及具正溫度係數之複數個第二跨壓，其中該等第一跨壓當中至少之一者與該等第二跨壓當中至少之一者係加成為該參考電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該等接面電晶體係包括第一及第二接面電晶體，分別具有第一至第三端，其中該第一及第二接面電晶體之第二端係相耦接，以及該等電阻元件係包括：第一電阻元件，其一端耦接至該第二接面電晶體之第一端； 第二電阻元件，其一端耦接至該第一電阻元件之另一端，以及另一端耦接至該共用電流源；及第三電阻元件，其一端耦接至該第一接面電晶體之第一端，以及另一端耦接至該共用電流源。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該共用電流源之該回授電晶體係耦接至一電壓源、該正比於絕對溫度電流產生部分及該運算放大器之該輸出端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該電壓至電流轉換電路係包括：一運算放大器，其具有第一輸入端耦接於該帶隙參考電路之該節點，以及具有第二輸入端及一輸出端；及一偏壓電流源，其耦接至該共用電流源，並耦接至該運算放大器之該第二輸入端及該輸出端，以依據該節點處之該負溫度係數電壓而流通該第二電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該偏壓電流源係包括：一偏壓電晶體，其具有第一端耦接至該運算放大器，第二端耦接至該共用電流源，以及具有一第三端；及一電阻元件，其一端耦接至該偏壓電晶體之該第三端 及該運算放大器之該第二輸入端。
  9. 一種參考電壓與參考電流產生電路，包括：一帶隙參考電路，其經配置以藉由產生具有一正溫度係數之一第一電流流經該帶隙參考電路之一第一節點來產生具有一零溫度係數之一參考電壓於該第一節點輸出；及一電壓至電流轉換電路，其耦接至該帶隙參考電路之一第二節點，並經配置以將該第二節點之一負溫度係數電壓轉換為具有一負溫度係數之一第二電流流經該第一節點，其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉換電路兩者係包括一共用電流源，其耦合至該第一節點，用以輸出一參考電流，其中該參考電流於該第一節點係分流為該帶隙參考電路中之該第一電流與分流為該電壓至電流轉換電路中之該第二電流，以及該參考電流係藉由匯流該第一及第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之參考電壓與參考電流產生電路，其中該帶隙參考電路之內部更產生一回授偏壓，以控制該共用電流源來產生該參考電流。
  11. 一種參考電壓與參考電流產生電路，包括一帶隙參考電路，用以輸出一與溫度無關之參考電 壓，包括：一正比於絕對溫度(Proportional to absolute temperature，PTAT)電流產生部分，包括：第一及第二接面電晶體相互耦接；以及第一至第三電阻元件，分別耦接於該第二接面電晶體與該第二電阻元件之間、該第一電阻元件及一第一節點之間，以及該第一接面電晶體及該第一節點之間；及一第一運算放大器，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，第二輸入端耦接於該第三電阻元件與該第一接面電晶體之間，及具有一輸出端；以及一電壓至電流轉換電路，包括：一第二運算放大器，其具有第一輸入端耦接於該第一接面電晶體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，其具有一偏壓電晶體，其具有第一端耦接至該第二運算放大器之該輸出端，第二端耦接至該第一節點，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電晶體之該第三端及該第二運算放大器之該第二輸入端；其中該帶隙參考電路與該電壓至電流轉換電路更包括一共用電流源，其包括一回授電晶體，其耦接至一電壓源、該第一節點，及該第一運算放大器之該輸出端，用以輸出一與溫度無關之參考電流。
  12. 一種參考電壓與參考電流產生方法，包括：藉由產生具有正溫度係數之第一電流以產生具有零溫度係數之參考電壓，同時更於一節點產生一回授偏壓，以及產生一負溫度係數電壓；將該負溫度係數電壓轉換為具有負溫度係數之第二電流；以及依據該回授偏壓來產生一參考電流，其中該參考電流係藉由匯流該第一電流及該第二電流而具有一實質上等於零之溫度係數。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之參考電壓與參考電流產生方法，其中該參考電流係藉由匯流該第一電流及該第二電流，而使該參考電流為該第一電流與該第二電流之一電流和。
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