带差参考电路制造技术

本发明专利技术公开了一种带差参考电路，包括：绝对温度比例电流产生电路，该绝对温度比例电流产生电路可产生绝对温度比例电流，且该绝对温度比例电流会随着温度的上升而增加；绝对温度互补电流产生电路，该绝对温度互补电流产生电路可产生绝对温度互补电流，且该绝对温度互补电流会随着温度的上升而减少；节点，该节点可接收该绝对温度比例电流与该绝对温度互补电流；以及，第一电阻连接于该节点与接地端之间使得叠加的该绝对温度比例电流与该绝对温度互补电流通过该第一电阻而产生参考电压。本发明专利技术的带差参考电路可以符合标准半导体工艺，并且该带差参考电路可输出准确的参考电压并且无关于半导体工艺的偏移。

Differential reference circuit

The invention discloses a reference circuit, with the differential includes a proportional to absolute temperature current generating circuit, the absolute temperature proportional current generating circuit can generate a proportional to absolute temperature current, and the absolute temperature current ratio will increase with the increase of temperature; the absolute temperature induced complementary electric circuit, the absolute temperature current generating circuit can be complementary the absolute temperature of complementary current, and the absolute temperature of complementary current decreases with temperature rising; node, the node can receive the proportional to absolute temperature current and the absolute temperature and complementary current; a first resistor connected between the node and the grounding end of the proportional to absolute temperature superposition of the current and the absolute temperature of complementary while generating a reference voltage current through the first resistor. The band differential reference circuit of the present invention can meet the standard semiconductor process, and the differential reference circuit can output an accurate reference voltage without bias on the semiconductor process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带差参考电路(Bandgap Reference Circuit),且特别涉及 一种低电源电压的带差参考电路。
技术介绍
众所周知，带差参考电路的功能是提供一个稳定、不会随着工艺、温度、 电源电压改变的参考电压(Vref)，因此，在混合式电路的领域中广泛的被设 计于许多的电路中，例如，电压调整器(Voltage Regulator)、数字转模拟电路、 以及低漂移放大器(Low Drift Amplifier)。请参照图l，其所示为已知由PMOS场效应晶体管、PNP双极晶体管、 与运算放大器所组成的带差参考电路示意图。 一般来说，带差参考电路包括 镜像电路(MirroringCircuit)12、运算放大器(15、以及输入电路20。镜像电路 12中包括三个PMOS场效应晶体管(FET)Ml、 M2、 M3，在此范例中，Ml、 M2、 M3具有相同的长宽比(W/L)。其中，Ml、 M2与M3的栅极相互连接， Ml、 M2与M3的源极连接至电源电压(Vss)， Ml、 M2与M3及漏极可分别 输出Ix、 Iy与Iz的电流。另外，运算放大器15的输出端可连接至M1、 M2 与M3的栅极，运算放大器15的正极输入端连接至M2的漏极，而运算放大 器15的负极输入端连接至M1的漏极。再者，输入电路20包括二个PNP双 极晶体管(BJT)Q1、 Q2;其中，Ql面积为Q2面积的m倍，Ql与Q2的基极 与集极连接至接地端使得Ql与Q2形成二极管连接，Q2的射极连接至运算 放大器15的负极输入端，Ql的射极与运算放大器15的正极输入端之间连 接第一电阻(R1)。再者，PNP双极晶体管(BJT)Q3面积与Q2面积相同，Q3 的基极与集极连接至接地端，Q3的射极与M3漏极之间连接第二电阻(R2)， M3漏极可输出参考电压(Vref)。由图1所示的带差参考电路可知。由于M1、 M2、 M3具有相同的长宽 比，因此，Ml漏极的输出电流Ix、 M2漏极的输出电流Iy与M3漏极的输出电流Iz相同，也就是，W, = /z —(1)。再者，在运算放大器15具有无限大的增益下，运算放大器15的负极输 入端电压(Vx)与正极输入端电压(Vy)会相等。因此，i^ + ^,^2…(2)。由于Ql与Q2形「成二极管连寧(Diode Connect)且Ql面积为Q2面积的 m倍，所以，/^/,f与/,m/,f ，进而推导出^^^ln仏/附/,)—(3)与 ^2=^ln(/,//s)—-(4)。其中，厶为Q2的饱和电流(Saturation Current), ^为 热电压(Thermal Voltage)。结合(l)、 (2)、 (3)、 (4)，最终可以获得/,(l/《)^l詣…(5)，以及，参考 电压；-(^/^^lnw + f^—^o请参照图2A，其所示为带差参考电路中提供的参考电压示意图。根据 方程式(6)可知，参考电压(Vref)可视为一个基射电压产生器(base-emitter voltage generator)32用以提供PNP双极晶体管的基极与射极之间的基射电压 (VBE)加上热电压(^)产生器(thermal voltage generator)34产生热电压(^)乘以 与温度无关的常数K (temperature-independent scalar)36的结果。也就是， Vref=VBE+KVT，相较于图1的带差参考电路，《=(及2/^)1詣。请参照图2B，其所示为参考电压(Vref)与温度关系图。由图中可知，基 射电压产生器32的基射电压(VBE)具有负温度系数(negative temperature coefficient)的特性，相反地，热电压产生器34的热电压(^)具有正温度系数 (positive temperature coefficient)的特性。因此，于热电压(^)提供固定系数(K) 的权重并与基射电压(VBE)相加之后可以获得零温度系数(zero temperature coefficient)的任何值。也就是说，任意温度下参考电压(Vref)可几乎为一个定 值。另外，绝对温度比例(Proportional To Absolute Temperature ，简称PTAT)电流产生电路也是广泛运用在混合式电路中用以随着温度的改变而产生电 流变化的电路。请参照图3，其所示为己知由PMOS场效应晶体管、PNP 双极晶体管、与运算放大器所组成的绝对温度比例电流产生电路示意图。绝 对温度比例电流产生电路与图1所示的带差参考电路结构类似，唯一差异仅 在于PMOS场效应晶体管M3的漏极直接输出绝对温度比例电流(PTAT CUrrent)Iptat。其它运算放大器15与输入电路20的连接方式都与图1相同。 同理，由图3所示的绝对温度比例电流产生电路可得知，lx=ly=lptat。因此，其可提供绝对温度比例电流/肖=(1/^)^11^ 。亦即，利用双极晶体管的 导通电流和绝对温度成比例的特性，将已知的带差参考电路进行修改即可以获得绝对温度比例电流产生电路。由于热电压(「o具有正温度系数的特性，因此绝对温度比例电流(lptat)会随着温度的上升而增加。一般来说，双极晶体管的顺向偏压(forward-voltage drop)于-40'C约为 0.83V，而电源(Vss)至输入电路20之间的镜像电路12与运算放大器15的偏 压至少需要0.17V。也就是说，为了要使得图1的带差参考电路或者图3的 绝对温度比例电流产生电路正常运作，至少需要1V(0.83V+0.17V)的电源电 压(Vss)。也就是说，已知带差参考电路与绝对温度比例电流产生电路需要至 少lV的电源电压(Vss)。然而，由于半导体工艺的演变已由早期0.13 IX m工艺演进至90nm工艺、 60nm工艺、甚至于未来的45nm、 30nm工艺，因此，模拟IC芯片的电源电 压(Vss)也必须随着工艺越进步而越来越低。然而，过低的电源电压(Vss)将会 冲击到已知带差参考电路的正常运作，同理，过低的电源电压(Vss)也会冲击 到绝对温度比例电流产生电路的正常运作。为了解决已知带差参考电路与绝对温度比例电流产生电路较高电源电 压(Vss)的问题，于输入电路20中以顺向偏压更低的肖特基二极管(Schottky Diode)来取代双极晶体管，用以降低带差参考电路或者绝对温度比例电流产 生电路的电源电压(Vss)。或者，利用动态临界电压的金属氧化物半导体 (dynamic threshold MOS，简称DT MOS)场效应晶体管来取代双极晶体管， 也可以降低电源电压。然而，肖特基二极管或者DTMOS的工艺并不兼容于一般标准的半导体 工艺，所以必须另外于标准工艺中增加特殊的工艺步骤并提供该特殊工艺所 需的光罩才能够完成肖特基二极管或者DTMOS。如此，将增加生产芯片所 需的成本。请参照图4A,其所示为P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流根値(乂)与栅源电压(VsG)之间的关系图。 一般来说，当P型金属氧化物 半导体场效应晶体管的源栅极电压(VsG)小于电压(VoN)时，可视为P型金属氧化物半导体场效应晶体管操作在次临界区(subthres本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带差参考电路，包括：绝对温度比例电流产生电路，该绝对温度比例电流产生电路用于产生绝对温度比例电流，且该绝对温度比例电流会随着温度的上升而增加；绝对温度互补电流产生电路，该绝对温度互补电流产生电路用于产生绝对温度互补电流， 且该绝对温度互补电流会随着温度的上升而减少；节点，该节点用于接收该绝对温度比例电流与该绝对温度互补电流；以及第一电阻连接于该节点与接地端之间使得叠加的该绝对温度比例电流与该绝对温度互补电流通过该第一电阻而产生参考电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张家玮，王为善，彭彦华，
申请(专利权)人：智原科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]