本發(fā)明主要涉及基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生技術(shù)，特別涉及通過金氧半場效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)所構(gòu)成的電路產(chǎn)生零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生技術(shù)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)今許多集成電路的應(yīng)用上，經(jīng)常會使用能隙參考電路(bandgapreference，bgr)來提供參考電壓。在不同溫度范圍的情況下，能隙參考電路能夠提供低消耗功率及低輸出電壓。

在傳統(tǒng)的能隙參考電路會使用三極管來實現(xiàn)，然而由于三極管的vbe已是0.7v左右，因此，當(dāng)需要操作在低工作電壓，例如：0.7v以下的情況時，將無法達到低操作電壓的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了通過金氧半場效晶體管(mosfet)所構(gòu)成的電路產(chǎn)生零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓的電路和方法。

根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了一種基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路。上述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包括正溫度系數(shù)電流電路、負溫度系數(shù)電流電路以及第一電阻。正溫度系數(shù)電流電路包含正溫度系數(shù)電流鏡以及正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路，以及產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流。負溫度系數(shù)電流電路耦接正溫度系數(shù)電流電路、包含負溫度系數(shù)電流鏡以及負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路，以及產(chǎn)生負溫度系數(shù)電流。第一電阻耦接正溫度系數(shù)電流電路和上述負溫度系數(shù)電流電路，當(dāng)正溫度系數(shù)電流以及負溫度系數(shù)電流流經(jīng)上述第一電阻，在上述第一電阻上產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，其中上述正溫度系數(shù)電流電路以及上述負溫度系數(shù)電流電路全部由金氧半場效晶體管(mosfet)和電阻組成。

根據(jù)本發(fā)明一些實施例，上述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路還包括啟動電路。啟動電路耦接上述正溫度系數(shù)電流電路，以避免上述正溫度系數(shù)電流電路工作在電流為0的兼并點上。

根據(jù)本發(fā)明一些實施例，上述正溫度系數(shù)電流鏡以及上述負溫度系數(shù)電流鏡是共模(cascode)結(jié)構(gòu)，或自偏壓(selfbias)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明一些實施例，上述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路包括第一晶體管、第二晶體管以及第二電阻。上述第一晶體管和上述第二晶體管間具有柵源電壓差，且根據(jù)上述第二電阻以及上述柵源電壓差，上述正溫度系數(shù)電流在上述第二電阻被產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明一些實施例，上述負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路包括第三晶體管以及第三電阻。根據(jù)上述第三電阻以及上述第三晶體管的柵源電壓，上述負溫度系數(shù)電流在上述第三電阻被產(chǎn)生。

根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了一種基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法?；鶞?zhǔn)電壓產(chǎn)生方法的步驟包括：通過正溫度系數(shù)電流電路，產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流；通過負溫度系數(shù)電流電路，產(chǎn)生負溫度系數(shù)電流；以及根據(jù)上述正溫度系數(shù)電流以及上述負溫度系數(shù)電流在電阻上產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，其中上述正溫度系數(shù)電流電路以及上述負溫度系數(shù)電流電路都是由金氧半場效晶體管(mosfet)所組成。

關(guān)于本發(fā)明其他附加的特征與優(yōu)點，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可根據(jù)本案實施方法中所公開的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和方法，做些許的更動與潤飾而得到。

附圖說明

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路100的電路圖。

圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路200的電路圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法的流程圖300。

具體實施方式

本章節(jié)所描述的是實施本發(fā)明的最佳方式，目的在于說明本發(fā)明的精神而非用以限定本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路100的電路圖。在本發(fā)明的實施例，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路100可以是能隙參考電路。如圖1所示，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電路100中包括正溫度系數(shù)電流電路110、負溫度系數(shù)電流電路120、啟動電路130以及第一電阻r1。圖1中的電路圖，僅為了方便說明本發(fā)明的該實施例，本發(fā)明并不以此為限。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，電路100包括的金氧半場效晶體管(mosfet)是同電壓規(guī)格的，所述同電壓規(guī)格是指所有金氧半場效晶體管需要的工作電壓相同，例如所有金氧半場效晶體管的工作電壓均為0.7v。根據(jù)本發(fā)明的實施例，電路100包括的電阻為多晶硅電阻(polyresistor)。在本發(fā)明的實施例中，vdd表示電源電壓。

如圖1所示，正溫度系數(shù)電流電路110包含第一晶體管m1、第二晶體管m2、第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第八晶體管m8、第九晶體管m9、第十晶體管m10、第十一晶體管m11、第十二晶體管m12以及第一電阻r1。正溫度系數(shù)電流電路110所包含的該些元件組成了一個負反饋回路。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一晶體管m1、第二晶體管m2、第八晶體管m8以及第九晶體管m9是n型金氧半場效晶體管(n-channelmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，nmosfet)，且第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第十晶體管m10、第十一晶體管m11以及第十二晶體管m12是p型金氧半場效晶體管(p-channelmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，pmosfet)。

第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5以及第六晶體管m6組成了共模(cascode)電流鏡，用以提供準(zhǔn)確的電流鏡像，提高對電源噪聲的抑制。在此實施例中，將流過第三晶體管m3和第四晶體管m4的電流以第一電流i1表示，且將流過第五晶體管m5和第六晶體管m6的電流以第二電流i2表示。在此實施例中，第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5以及第六晶體管m6均工作在飽和區(qū)，第一電流i1和第二電流i2的鏡像比例為1:1。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖1正溫度系數(shù)電流電路110內(nèi)虛線框所示，第一晶體管m1、第二晶體管m2以及第二電阻r2組成了正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第八晶體管m8、第九晶體管m9、第十晶體管m10、第十一晶體管m11以及第十二晶體管m12，可視為正溫度系數(shù)電流鏡，此正溫度系數(shù)電流鏡由共模(cascode)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第三晶體管m3、第六晶體管m6與第四晶體管m4、第五晶體管m5的尺寸成一比例，例如1：3，1：4等，使第三晶體管m3和第六晶體管m6工作在飽和區(qū)邊緣即可。

第一晶體管m1和第二晶體管m2工作在亞閥值區(qū)，第一晶體管m1和第二晶體管m2的電流分別與其對應(yīng)的柵源電壓vgsm1和vgsm2成指數(shù)關(guān)系。在此實施例中，第二電阻r2的兩端分別和第一晶體管m1的柵極以及第二晶體管m2的柵極相連接。因此，第一晶體管m1的柵源電壓vgsm1以及第二晶體管m2的柵源電壓vgsm2的差值即第二電阻r2兩端的電壓差，其中柵源電壓差與溫度具有正溫度特性。因此，根據(jù)第二電阻r2和柵源電壓差可求得正溫度系數(shù)電流，即第一電流i1和第二電流i2，該第一電流i1和第二電流i2可表示如下：

i1＝δvgs/r1

i2＝i1＝δvgs/r1

在此實施例中，第一晶體管m1和第二晶體管m2的源極接地(gnd)，因此避免了體效應(yīng)的影響。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一晶體管m1和第二晶體管m2的尺寸比例為1：n，例如1：8等。

如圖1所示，啟動電路130包含第二十七晶體管m27、第二十八晶體管m28、第二十九晶體管m29、第三十晶體管m30以及第三十一晶體管m31。

啟動電路130可避免正溫度系數(shù)電流電路110工作在電流為0的兼并點上。當(dāng)正溫度系數(shù)電流電路110啟動時，第一電流i1和第二電流i2都為零。因此，當(dāng)?shù)诙呔w管m27鏡像第六晶體管m6的電流時，第二十七晶體管m27的電流也會為零，且第二十八晶體管m28的柵極電壓會為零。當(dāng)?shù)诙司w管m28的柵極電壓為零時，第二十八晶體管m28會開啟，以拉低第六晶體管m6的柵極電壓，使得產(chǎn)生第一電流i1和第二電流i2的環(huán)路啟動。當(dāng)?shù)诙呔w管m27獲得的電流夠大時，第二十八晶體管m28的柵極電壓會拉高，以使得第二十八晶體管m28關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明的實施例，當(dāng)正溫度系數(shù)電流電路110正常工作后，啟動電路130將不會影響產(chǎn)生第一電流i1和第二電流i2的正溫度系數(shù)電流電路110正常工作。

根據(jù)本發(fā)明實施例，第二十九晶體管m29、第三十晶體管m30以及第三十一晶體管m31可為n型金氧半場效晶體管(nmos)，且第二十七晶體管m27以及第二十八晶體管m28可為p型金氧半場效晶體管(pmos)。

如圖1所示，負溫度系數(shù)電流電路120可包含第十三晶體管m13、第十四晶體管m14、第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17、第十八晶體管m18、第十九晶體管m19、第二十晶體管m20、第二十一晶體管m21、第二十二晶體管m22、第二十三晶體管m23、第二十四晶體管m24、第二十五晶體管m25、第二十六晶體管m26、第三電阻r3、第四電阻r4以及第一電容c1。負溫度系數(shù)電流電路120所包含的元件可組成負反饋的回路。第二十四晶體管m24和第二十五晶體管m25會首先鏡像第五晶體管m5和第六晶體管m6的電流。

根據(jù)本發(fā)明實施例，第十九晶體管m19、第二十一晶體管m21、第二十三晶體管m23以及第二十六晶體管m26可為n型金氧半場效晶體管(nmos)，且第十三晶體管m13、第十四晶體管m14、第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17、第十八晶體管m18、第二十晶體管m20、第二十二晶體管m22、第二十三晶體管m23、第二十四晶體管m24以及第二十五晶體管m25可為p型金氧半場效晶體管(pmos)。

在此實施例中，第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17以及第十八晶體管m18為共模(cascode)電流鏡，其可用以提供準(zhǔn)確的電流鏡像，以及提高對電源噪聲的抑制。在此實施例中，將流過第十五晶體管m15和第十六晶體管m16的電流以第五電流i5表示，且將流過第十七晶體管m17和第十八晶體管m18的電流以第六電流i6表示。

在此實施例中，如圖1負溫度系數(shù)電流電路120內(nèi)的虛線框所示，第二十六晶體管m26以及第三電阻r3可視為負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路。

在此實施例中，如圖1所示，第十三晶體管m13、第十四晶體管m14、第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17、第十八晶體管m18、第十九晶體管m19、第二十晶體管m20、第二十一晶體管m21、第二十二晶體管m22，以及第二十三晶體管m23，視為負溫度系數(shù)電流鏡，此負溫度系數(shù)電流鏡以共模(cascode)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中第十五晶體管m15、第十七晶體管m17與第十六晶體管m16、第十八晶體管m18的尺寸成一比例，例如1∶3，1∶4等，使第十五晶體管m15和第十七晶體管m17可工作在飽和區(qū)邊緣即可。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，第四電阻r4以及第一電容c1可用以補償負溫度系數(shù)電流電路120的回路的相位余度。

第二十六晶體管m26工作在亞閥值區(qū)，且流過第二十六晶體管m26的電流與第二十六晶體管m26的柵源電壓vgsm26呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。在此時實施例中，第三電阻r3與第二十六晶體管m26的柵極相連接，另一端接地。因此，第三電阻r3兩段的電壓差為第二十六晶體管m26的柵源電壓。工作在次閥值區(qū)的第二十六晶體管m26的柵源電壓vgsm26與溫度呈現(xiàn)負溫度系數(shù)特性。因此，根據(jù)第三電阻r3和第二十六晶體管m26的柵源電壓vgsm26可求得流過第三電阻r3里的負溫度系數(shù)電流，即第五電流i5和第六電流i6，該第五電流i5和第六電流i6可表示如下：

i5＝δvgs26/r3

i6＝i5＝δvgs26/r3

如圖1所示，流經(jīng)第十一晶體管m11以及第十二晶體管m12的第三電流i3是由流經(jīng)第五晶體管m5和第六晶體管m6的第二電流i2鏡像而來。因此，第三電流i3也具有正溫度系數(shù)特性。此外，如圖1所示，流經(jīng)第十三晶體管m13以及第十四晶體管m14的第四電流i4是由流經(jīng)第十七晶體管m17和第十八晶體管m18的第六電流i6鏡像而來。因此，第四電流i4也具有負溫度系數(shù)特性。若第三電流i3和第二電流i2的鏡像比例為k1，且第四電流i4和第六電流i6的鏡像比例為k2，當(dāng)?shù)谌娏鱥3和第四電流i4相加流過第一電阻r1，第一電阻r1上產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓vbg可表示為：

vbg＝(i3+i4)*r2

＝(k1*i2+k2*i6)*r2

＝(k1*i1+k2*i5)*r2

＝(k1*δvgs/r1)+(k2*δvgs26/r3)*r2

從上式可知，由于分子和分母都有電阻，因此電阻的溫度特性會被約除。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，只要選取合適的鏡像比例k1和k2，就可獲得零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓vbg。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一電阻r1還可以并聯(lián)電容，以過濾掉高頻的信號。

圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路200的電路圖。如圖2所示，與圖1所示實施例不同的是，圖1所示之第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第八晶體管m8、第九晶體管m9、第十晶體管m10、第十一晶體管m11以及第十二晶體管m12組成的正溫度系數(shù)電流鏡被自偏壓(self-bias)結(jié)構(gòu)的電流鏡所取代，以滿足更低的電源電壓的需求，以及達到更好的電源噪聲抑制效果。如圖2所示，以第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5以及第六晶體管m6組成的自偏壓(self-bias)結(jié)構(gòu)電流鏡取代圖1所示的共模(cascode)結(jié)構(gòu)的電流鏡，所述第三晶體管m3、第四晶體管m4、第五晶體管m5以及第六晶體管m6的柵極相連，其中第三晶體管m3、第六晶體管m6與第四晶體管m4、第五晶體管m5的尺寸成一比例，例如1:32等，以使第三晶體管m3和第六晶體管m6能夠工作在飽和區(qū)邊緣。此外，在自偏壓結(jié)構(gòu)中，不需要再配置第七晶體管m7、第八晶體管m8、第九晶體管m9以及第10晶體管m10。

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，對應(yīng)的，圖1所示之第十三晶體管m13、第十四晶體管m14、第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17、第十八晶體管m18、第十九晶體管m19、第二十晶體管m20、第二十一晶體管m21、第二十二晶體管m22，以及第二十三晶體管m23所組成的負溫度系數(shù)電流鏡也可由自偏壓(self-bias)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電流鏡所取代，以滿足更低的電源電壓的需求，以及達到更好的電源噪聲抑制效果。以第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17以及第十八晶體管m18組成的自偏壓(self-bias)結(jié)構(gòu)的電流鏡取代圖1所示的共模(cascode)結(jié)構(gòu)的電流鏡，所述第十五晶體管m15、第十六晶體管m16、第十七晶體管m17以及第十八晶體管m18的柵極會相連，且第十五晶體管m15、第十七晶體管m17與第十六晶體管m16、第十八晶體管m18的尺寸成一比例，例如1：32等，使第十五晶體管m15和第十七晶體管m17可工作在飽和區(qū)邊緣。此外，在自偏壓結(jié)構(gòu)中，不需要再配置第二十晶體管m20、第二十一晶體管m21、第二十二晶體管m22以及第二十三晶體管m23。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法的流程圖300。此產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的方法適用產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電路100以及產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電路200。如圖3所示，在步驟s310，通過電路的正溫度系數(shù)電流電路產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流。在步驟s320，通過電路的負溫度系數(shù)電流電路產(chǎn)生負溫度系數(shù)電流。在步驟s330，通過電路根據(jù)正溫度系數(shù)電流電路所產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流，以及負溫度系數(shù)電流電路所產(chǎn)生的負溫度系數(shù)電流，在電阻產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。在此實施例中，正溫度系數(shù)電流電路以及負溫度系數(shù)電流電路都是由同電壓規(guī)格金氧半場效晶體管(mosfet)所組成，所述同電壓規(guī)格是指所有金氧半場效晶體管需要的工作電壓相同，例如所有金氧半場效晶體管的工作電壓均為0.7v。在此實施例中，正溫度系數(shù)電流電路包含的正溫度系數(shù)電流鏡以及負溫度系數(shù)電流電路包含的負溫度系數(shù)電流鏡是由共模(cascode)結(jié)構(gòu)或自偏壓(selfbias)結(jié)構(gòu)所組成。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法的步驟還包括，當(dāng)正溫度系數(shù)電流電路的環(huán)路啟動時，通過電路的啟動電路避免正溫度系數(shù)電流電路工作在電流為0的兼并點上。

根據(jù)本發(fā)明的實施例所提出的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的架構(gòu)，將可使得能隙參考電路可提供低參考電壓，以達到低操作電壓的需求。

在本說明書中以及權(quán)利要求中的序號，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間并沒有順序上的先后關(guān)系，其僅用于標(biāo)示區(qū)分兩個具有相同名字的不同元件。

本說明書中所提到的「一實施例」或「實施例」，表示與實施例有關(guān)的所述特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性是包含根據(jù)本發(fā)明的至少實施例中，但并不表示它們存在于每一個實施例中。因此，在本說明書中不同地方出現(xiàn)的「在一實施例中」或「在實施例中」詞組并不必然表示本發(fā)明的相同實施例。

以上段落使用多種層面描述。顯然的，本文的教導(dǎo)可以多種方式實現(xiàn)，而在范例中公開的任何特定架構(gòu)或功能僅為代表性的狀況。根據(jù)本文的教導(dǎo)，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在本文公開的各層面可獨立實作或兩種以上的層面可以合并實作。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。