用于低输入电压带隙基准体系结构和电路的方法和装置制造方法及图纸

在一些实施例中，装置包括带隙基准电路，该带隙基准电路具有第一双极结型晶体管(BJT)，可以从具有端子电压的节点接收电流以及可以输出基极发射极电压。装置还包括第二双极结型晶体管(BJT)，该第二双极结型晶体管(BJT)具有大于第一BJT的器件宽度的器件宽度。第二BJT可以接收来自具有端子电压的节点的电流以及输出基极发射极电压。在这种实施例中，装置还包括基准产生电路，操作地耦合至第一BJT和第二BJT，其中基准产生电路可以基于第一BJT的基极发射极电压和第二BJT的基极发射极电压产生带隙基准电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低输入电压带隙基准体系结构和电路的方法和装置相关申请的交叉引用本申请是2014年8月7日提交的标题为“METHODSANDAPPARATUSFORLOWINPUTVOLTAGEBANDGAPREFERENCEARCHITECTUREANDCIRCUITS”的美国非临时专利申请序列no.14/454,342的继续申请以及要求该美国非临时专利申请序列no.14/454,342的利益和优先权，该美国非临时专利申请序列no.14/454,342的整个内容通过引用整体地并入本文。
技术介绍
本文描述的一些实施例通常涉及用于使用低于双极结型晶体管(BJT)的基极-发射极电压(VBE)的输入(供应)电压生成温度不敏感的带隙电压基准的方法和装置。通过电池和/或从内部局部环境获取的电力工作的便携式电子/电气系统典型地对于给定量的可用能量消耗少量能量以延长系统寿命。由于更小的大小(更小电池体积，以及由此更少的可用能量)、更长的使用寿命(能量必须持续更久)和/或更多的功能(利用相同量的能量实现增大数量的应用程序)的要求组合，使得便携式系统的能量预算影响的应用组扩大。许多感测应用使用集成电路(IC)或者芯片上系统(SoC)执行由各种应用使用的感测、计算和通信功能。在很多情况下，传感器测量之间的时间可以相对较长使得IC或者SoC在待机模式下花费其使用寿命的很大一部分。已知技术减少待机模式期间由IC或者SoC消耗的电力，例如，通过对未使用的电路块进行电源选通。电路块的子集在器件工作的所有时间保持加电，包括，例如，DC-DC调节器保持加电以供应稳定的工作电压VDD，其进而包括用以设定VDD的正确值的电压基准。典型地，最常使用的电压基准是使用硅带隙电压生成与温度无关的电压基准的带隙基准。理想电压基准电压基准与电力供应或者温度的变化无关。电压基准通常包括在许多电路中，诸如模拟-数字转换器、DC-DC转换器、能量收获电路、定时发生电路或者其它电压调节器。带隙基准的已知实现典型地包括使用双极结型晶体管(BJT)和大电阻器以提供生成带隙电压基准。然而，已知常规带隙基准电路限于使用高于BJT的基极-发射极电压(VBE)的输入电压，因为它们在高于VBE的电压下使用电流源、电流镜、电阻器、或者开关电容器网络将电流注入到BJT中。相应地，对于严格能量限制的电子/电气系统，需要具有低输入电压的带隙基准电路以允许与能量收获和亚阈值数字逻辑电压电平的兼容性。另外，需要使带隙基准电路的电力消耗最小化。
技术实现思路
在一些实施例中，装置包括带隙基准电路，该带隙基准电路具有第一双极结型晶体管(BJT)，可以从具有端子电压的节点接收电流以及可以输出基极发射极电压。第一BJT的端子电压在至少一段时间内与第一BJT的基极发射极电压基本上相对应或者低于第一BJT的基极发射极电压。在这种实施例中，装置还包括第二双极结型晶体管(BJT)，该第二双极结型晶体管(BJT)具有大于第一BJT的器件宽度的器件宽度。第二BJT可以从具有端子电压的节点接收电流以及输出基极发射极电压，其中第二BJT的端子电压在至少一段时间内与第二BJT的基极发射极电压基本上相对应或者低于第二BJT的基极发射极电压。在这种实施例中，装置还包括基准产生电路，操作地耦合至第一BJT和第二BJT，其中基准产生电路可以基于第一BJT的基极发射极电压和第二BJT的基极发射极电压产生带隙基准电压。附图说明图1是用于向已知便携式电气系统中使用的带隙基准电路馈送输入电压的集成系统的框图。图2是表示根据实施例在不同温度上生成恒定电压基准的带隙基准电路的示意图。图3是根据实施例使用小于双极结型晶体管的基极-发射极电压的输入电压的带隙基准电路系统的示意图示。图4是根据实施例使用开关电容器电荷泵驱动小于双极结型晶体管的基极-发射极电压的输入电压的带隙基准电路的示意图示。图5A-C是示出了与图4所示带隙基准电路相关联的开关电容器电荷泵电路的充电的示意图示。图6是图5A所示将输入电流驱动到基极发射极电压箝位中的充电开关电容器电荷泵电路的示意图示。图7A-7B呈现由图4的带隙电压基准电路产生的作为温度的函数的VBE和ΔVBE的变化的模拟结果。图8A-C是根据不同实施例用以对ΔVBE进行缩放的不同缩放电路的示意图示。图9A-C是根据实施例用以对VBE进行缩放的缩放电路的不同配置的示意图示。图10A-C是根据实施例用于产生带隙基准电压的基准产生电路的示意图示。图11示出了根据实施例用于带通基准电压电路的时钟信号产生方案的框图。图12是根据实施例图11所示可以用于产生带隙基准电路的时钟信号的振荡器的示意图示。图13A-B是图4所示带隙基准电路的开关的实现的示意图示。图14A-C是根据实施例在实现时钟加倍技术以在不同相位处产生时钟信号中涉及的步骤的示意图示。图15A-B呈现向带隙电压基准电路发送升压时钟相位信号的时钟倍加器电路的示例的模拟的结果。图16示出了根据实施例带隙基准电路的带注释布局。图17是带隙基准电路在启动时的瞬时行为的示例的图形显示。图18示出了对于-20℃至100℃的温度范围的带隙基准电路输出的实施例的模拟变化。图19呈现了示出关于工艺和不匹配变化的带隙基准输出的变化的示例的蒙特卡洛模拟的结果。图20呈现了示出关于随输入电压(Vin)的变化的带隙基准电压的变化的示例的模拟结果。具体实施方式在一些实施例中，装置包括带隙基准电路，该带隙基准电路具有可以从具有端子电压的节点接收电流以及可以输出基极发射极电压的第一双极结型晶体管(BJT)。第一BJT的端子电压在至少一段时间内与第一BJT的基极发射极电压基本上相对应或者低于第一BJT的基极发射极电压。在这种实施例中，装置还包括第二双极结型晶体管(BJT)，该第二双极结型晶体管(BJT)具有大于第一BJT的器件宽度的器件宽度。第二BJT可以从具有端子电压的节点接收电流以及输出基极发射极电压，其中第二BJT的端子电压在至少一段时间内与第二BJT的基极发射极电压基本上相对应或者低于第二BJT的基极发射极电压。在这种实施例中，装置还包括基准产生电路，操作地耦合至第一BJT和第二BJT，其中基准产生电路可以基于第一BJT的基极发射极电压和第二BJT的基极发射极电压产生带隙基准电压。在一些实施例中，装置包括基极发射极电压产生电路，该基极发射极电压产生电路具有双极结型晶体管(BJT)，配置为在电压箝位配置中接收来自电荷泵电路的电流以及具有输入电压的节点处的电流以及输出基极发射极电压，其中输入电压与基极发射极电压基本上相对应或者低于基极发射极电压。在一些实施例中，装置包括时钟电路，操作地耦合至带隙基准电路，其中时钟电路具有第一电路部分，可以从芯片上时钟接收具有输入电压的时钟信号。第一电路部分可以产生(1)具有最小电压和最大电压的第一时钟相位信号，以及(2)与第一时钟相位信号不重叠以及具有最小电压和最大电压的第二时钟相位信号。在这种实施例中，时钟电路还具有操作地耦合至第一电路部分的第二电路部分，其中第二电路部分包括一组电容器和一组反相器，可以共同地输出第三时钟相位信号和第四时钟相位信号，第三时钟相位信号和第四时钟相位信号各自具有大于第一时钟相位信号的最小电压和第二时钟相位信号的最小电压的最小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：带隙基准电路，具有：第一双极结型晶体管(BJT)，配置为接收来自具有端子电压的节点的电流以及输出基极发射极电压，所述第一BJT的所述端子电压在至少一段时间内与所述第一BJT的所述基极发射极电压基本上相对应或者低于所述第一BJT的所述基极发射极电压，第二双极结型晶体管(BJT)，具有大于所述第一BJT的器件宽度的器件宽度，所述第二BJT配置为接收来自具有端子电压的节点的电流以及输出基极发射极电压，所述第二BJT的所述端子电压在至少一段时间内与所述第二BJT的所述基极发射极电压基本上相对应或者低于所述第二BJT的所述基极发射极电压。基准产生电路，操作地耦合至所述第一BJT和所述第二BJT，所述基准产生电路配置为基于所述第一BJT的所述基极发射极电压和所述第二BJT的所述基极发射极电压产生带隙基准电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.07 US 14/454,3421.一种装置，包括：带隙基准电路，具有：第一双极结型晶体管(BJT)，配置为接收来自具有端子电压的节点的电流以及输出基极发射极电压，所述第一BJT的所述端子电压在至少一段时间内与所述第一BJT的所述基极发射极电压基本上相对应或者低于所述第一BJT的所述基极发射极电压，第二双极结型晶体管(BJT)，具有大于所述第一BJT的器件宽度的器件宽度，所述第二BJT配置为接收来自具有端子电压的节点的电流以及输出基极发射极电压，所述第二BJT的所述端子电压在至少一段时间内与所述第二BJT的所述基极发射极电压基本上相对应或者低于所述第二BJT的所述基极发射极电压。基准产生电路，操作地耦合至所述第一BJT和所述第二BJT，所述基准产生电路配置为基于所述第一BJT的所述基极发射极电压和所述第二BJT的所述基极发射极电压产生带隙基准电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一BJT被配置为从电力供应接收所述第一BJT的所述端子电压而不产生高于所述第一BJT的所述基极发射极电压的中间电压，所述第二BJT被配置为从电力供应接收所述第二BJT的所述端子电压而不产生高于所述第二BJT的所述基极发射极电压的中间电压。3.根据权利要求1所述的装置，其中：所述第一BJT被配置为通过至少一个电容器从第一电荷泵电路接收所述第一BJT的所述电流，所述第二BJT被配置为通过至少一个电容器从第二电荷泵电路接收所述第二BJT的所述电流。4.根据权利要求1所述的装置，还包括：时钟电路，操作地耦合至所述带隙基准电路；所述带隙基准电路还具有：第一电荷泵电路，操作地耦合至所述第一BJT和所述时钟电路，所述第一电荷泵电路配置为接收输入电压以及输出所述第一BJT的所述端子电压，所述第一电荷泵电路的所述输入电压小于所述第一BJT的所述端子电压；以及第二电荷泵电路，操作地耦合至所述第二BJT和所述时钟电路，所述第二电荷泵电路配置为接收输入电压以及输出所述第二BJT的所述端子电压，所述第二电荷泵电路的所述输入电压小于所述第二BJT的所述端子电压。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：时钟电路，操作地耦合至所述带隙基准电路，所述时钟电路配置为发送具有频率的时钟信号；由所述时钟电路发送的所述时钟信号的所述频率与所述第一BJT的所述端子电压反向变化。6.根据权利要求1所述的装置，还包括：时钟电路，操作地耦合至所述带隙基准电路，所述时钟电路配置为发送具有第一时钟相位和第二时钟相位的时钟信号，所述带隙基准电路还具有：第一电荷泵电路，操作地耦合至所述第一BJT和所述时钟电路，所述第一电荷泵在接收所述时钟信号的所述第一时钟相位时具有第一配置以及在接收所述时钟信号的所述第二时钟相位时具有第二配置，所述第一电荷泵配置为基于所述第一电荷泵的所述第一配置和所述第二配置期间存储在第一电容器处的电荷输出所述第一BJT的所述端子电压，第二电荷泵电路，操作地耦合至所述第二BJT和所述时钟电路，所述第二电荷泵在接收所述时钟信号的所述第一时钟相位时具有第一配置以及在接收所述时钟信号的所述第二时钟相位时具有第二配置，所述第二电荷泵配置为基于所述第二电荷泵的所述第一配置和所述第二配置期间存储在第二电容器处的电荷输出所述第二BJT的所述端子电压。7.根据权利要求1所述的装置，其中：所述基准产生电路具有多个开关电容器，而不包括电流镜或者不操作地耦合至电流镜，所述电流镜从高于(1)所述第一BJT的所述基极发射极电压以及(2)所述第二BJT的所述基极发射极电压的电压下的节点供应电流。8.根据权利要求1所述的装置，其中：所述基准产生电路包括操作地耦合至第一BJT和第二BJT的电容器，所述电容器在所述第一BJT和所述第二BJT工作时存储所述第一BJT的输出电压与所述第二BJT的输出电压的差，所述第一BJT的输出电压与所述第一基极发射极电压相对应，所述第二BJT的输出电压与所述第二基极发射极电压相对应。9.根据权利要求1所述的装置，其中：所述基准产生电路具有第一配置和第二配置，所述第一配置中的所述基准产生电路具有按照第一布置的多个开关电容器以基于所述第一基极发射极电压和所述多个电容器中的每个电容器的电容限定缩放的基极发射极电压，所述第一基极发射极电压随着温度而降低，所述第二配置中的所述基准产生电路具有按照第二布置的所述多个开关电容器以基于所述第一基极发射极电压、所述第二基极发射极电压和所述多个电容器中的每个电容器的电容限定缩放的差电压，所述第二基极发射极电压随着温度而增大，所述基本上恒定的带隙基准电压基于所述缩放的基极发射极电压和所述缩放的差电压。10.一种装置，包括：基极发射极电压产生电路，具有：双极结型晶体管(BJT)，配置为在电压箝位配置中接收来自电荷泵电路的电流和具有输入电压的节点处的电流以及输...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯利瓦斯塔瓦，
申请(专利权)人：皮斯凯克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US