带隙基准电压发生器制造技术

一种带隙基准电压发生器具有在第一节点和第二节点之间的第一和第二电流传导路径。第一电流传导路径具有与第一正向偏置PN结元件串联连接的第一电阻元件。抽头通过开关选择性连接到第一电阻元件，开关可控制来选择抽头处的分压比。第二电流传导路径包括与电流密度比第一PN结更大的第二PN结元件串联连接的第二电阻元件。电压误差放大器具有连接到抽头和第二PN结元件的输入以及提供热补偿输出电压VREF的输出。反馈路径将输出电压VREF经第三电阻元件应用到第一节点。

【技术实现步骤摘要】
带隙基准电压发生器
本专利技术涉及集成电路，更特别地，涉及带隙基准电压发生器。
技术介绍
基准电压发生器广泛用于集成电路（IC）和其他电子电路中以提供基准电压，不论制造处理条件从一批产品到另一批产品发生变化，也不论运行温度的变化，基准电压是稳定的。各种技术可用于因工艺变化而补偿基准电压，诸如在电路设计中包括调节电阻器（trimresistor），其在制造IC时可被设置或“调节”。热补偿一般通过在基准电压发生器中包括带隙模块（bandgapmodule）来获得。带隙模块包括正向偏置的半导体PN结，其可以例如由二极管或者由以二极管连接的双极结晶体管（BJT）或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）来提供。对于穿过正向偏置的半导体PN结的给定电流，跨该结的电压随着温度上升而下降，一般称为与绝对温度互补（CTAT），例如，在硅半导体中变化约-2mV/°K。带隙模块利用运行在不同电流密度下的一对匹配的正向前置PN结之间的电压差来产生随温度上升而增大的电流，一般称为与绝对温度成正比（PTAT）。该电流用于在电阻器中产生PTAT电压，其被添加到跨过半导体PN结（其可以是所述匹配的对中的一个）的CTAT电压。PTAT和CTAT电压之比可通过例如设置电阻值来设置，从而PTAT和CTAT电压的温度依赖性彼此补偿到第一级近似。典型地，在半导体器件中，所得电压为约1.2-1.3V，接近硅在0°K的理论带隙1.22eV。温度依赖性的剩余第二级近似典型地在设置PTAT和CTAT之比的温度附近的运行温度范围内是小的。调节用于带隙模块的电阻值通过设置开关或熔丝以连接或短路调节电阻器而方便地数字式执行。期望能关于中值双向地调节电阻值，在某些已知实现中不是这样的。在一些常规实现中，调节开关的接通电阻需要是小的以减小它们的接通电阻变化（例如，随着电源电压的变化的）引入的不精确性。常规实现中具有小的接通电阻的调节开关趋向于占据大的IC面积。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于提供一种带隙基准电压发生器，包括：不同电流密度的正向偏置的第一和第二PN结元件；在第一节点和第二节点之间的第一电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第三节点之间的多个第一电阻元件以及串联连接在所述第三节点和所述第二节点之间的所述第一PN结元件，其中所述第一电阻元件连接成分压器构造；抽头，通过开关元件选择性连接到所述第一电阻元件，其中所述开关元件能控制来选择所述抽头处的分压比；在所述第一和第二节点之间的第二电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第四节点之间的第二电阻元件以及串联连接在所述第四节点和所述第二节点之间的所述第二PN结元件；电压误差放大器，具有连接到所述抽头的第一输入、连接到所述第四节点的第二输入、以及用于提供热补偿输出电压的输出；以及反馈路径，用于将所述输出电压应用到与所述第一和第二节点串联连接的第三电阻元件。本专利技术的另一方面在于提供一种制造带隙基准电压发生器的方法。该带隙基准电压发生器具有：不同电流密度的正向偏置的第一和第二PN结元件；在第一节点和第二节点之间的第一电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第三节点之间的多个第一电阻元件以及串联连接在所述第三节点和所述第二节点之间的所述第一PN结元件；在所述第一节点和所述第二节点之间的第二电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第四节点之间的第二电阻元件以及串联连接在所述第四节点和所述第二节点之间的所述第二PN结元件。所述方法包括：将所述第一电阻元件连接成分压器构造，一抽头通过开关元件选择性连接到所述第一电阻元件；控制所述开关元件以选择所述抽头处的分压比；提供电压误差放大器，该电压误差放大器具有连接到所述抽头的第一输入、连接到所述第四节点的第二输入、以及用于提供热补偿输出电压的输出；以及提供反馈路径，该反馈路径用于将所述输出电压应用到与所述第一和第二节点串联连接的第三电阻元件。附图说明本专利技术以示例的方式说明且不限于附图所示的其实施例，附图中相似的附图标记表示相似的元件。为了简单和清楚而示出图中的元件，其不一定是按比例绘制的。图1是常规带隙基准电压发生器的示意性电路图；图2是图1的带隙基准电压发生器中的可变电阻器的构造的示意图；图3是图1的带隙基准电压发生器中的可变电阻器的替选构造的示意图；图4是以示例方式给出的、根据本专利技术一实施例的带隙基准电压发生器的示意性电路图；以及图5是图4的带隙基准电压发生器的误差放大器的示例的示意性电路图。具体实施方式图1是常规带隙基准电压发生器100的示意性电路图。带隙基准电压发生器100包括调节电阻器网络R7，以及除了连接成带隙电压发生器构造的正向偏置的二极管式连接的双极结晶体管（BJT）Q1和Q2之外，示为电阻器R4/R5和R6的调节电阻器网络，其中BJTQ1的发射极面积是BJTQ2的发射极面积的M倍。基极-发射极电压Vbe1和/或Vbe2在单个预定温度下测量。基于所测量的基极-发射极电压，电阻器网络R7和/或R4/R5被调节以提供在该温度下期望的带隙电压。输出电压调节程序包括在单个温度下测量跨BJTQ1的基极-发射极端子的第一电压Vbe1，使用Vbe1来确定第一调节电阻网络R7的电阻值，以及将第一调节电阻网络R7调节到该电阻值。调节步骤包括在相同温度下测量跨第二BJTQ2的基极-发射极端子的第二电压Vbe2。在执行带隙电压Vbg的调节程序以减小温度系数之后，可以执行用于最小化输出电压的绝对值的电压补偿调节。补偿调节步骤包括：调节第二和第三调节电阻网络R4/R5和R6，从而获得所期望的输出基准电压Vref。调节电阻器网络R7、R4/R5和R6承载电流，该电流产生跨过电阻网络的所需电压。常规电阻网络的示例示于图2和3中且包括梯级电阻器元件200和一组开关元件202，或者并联连接的一组电阻器300，其每个与各自的开关元件302串联。开关元件202或302选择性接通或切断以将对应的电阻元件200短路或包括在网络的电流路径中，或者将对应的电阻元件300包括或排除在网络的电流路径中。当开关元件202或302接通时，它们承载穿过网络的电流，开关元件202或302的接通电阻的变化将影响输出基准电压Vref的精度。如果开关元件202或302是例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），那么接通电阻是电源电压的函数，为了使输出基准电压Vref的变化减小到可接受的值，开关元件202或302的接通电阻必须低，其消耗大的IC面积。如果开关元件202或302是熔丝，那么可以用较小的每熔丝IC面积获得低的短路电阻，但是需要对应数量的专用电接触焊盘以在制造期间选择性吹断熔丝，这又导致大的IC面积消耗。此外，使用熔丝是低灵活性的，因为调整是单向的。现在参照图4，示出根据本专利技术一实施例的示例的带隙基准电压发生器400。带隙基准电压发生器400包括不同电流密度的第一和第二正向偏置PN结元件Q1和Q2。第一节点404和第二节点406之间的第一电流传导路径402包括串联连接在第一节点404和第三节点410之间的多个第一电阻元件408以及串联连接在第三节点410和第二节点406之间的第一PN结元件Q1。第一电阻元件408连接成分压器构造，抽头412通过开关元件414选择性连接到第一电阻元件4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙基准电压发生器，包括：不同电流密度的正向偏置的第一和第二PN结元件；在第一节点和第二节点之间的第一电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第三节点之间的多个第一电阻元件以及串联连接在所述第三节点和所述第二节点之间的所述第一PN结元件，其中所述第一电阻元件连接成分压器构造；抽头，通过开关元件选择性连接到所述第一电阻元件，其中所述开关元件能控制来选择所述抽头处的分压比；在所述第一和第二节点之间的第二电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第四节点之间的第二电阻元件以及串联连接在所述第四节点和所述第二节点之间的所述第二PN结元件；电压误差放大器，具有连接到所述抽头的第一输入、连接到所述第四节点的第二输入、以及用于提供热补偿输出电压的输出；以及反馈路径，用于将所述输出电压应用到与所述第一和第二节点串联连接的第三电阻元件。

【技术特征摘要】
1.一种带隙基准电压发生器，包括：不同电流密度的正向偏置的第一和第二PN结元件；在第一节点和第二节点之间的第一电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第三节点之间的多个第一电阻元件以及串联连接在所述第三节点和所述第二节点之间的所述第一PN结元件，其中所述第一电阻元件连接成分压器构造，所述多个第一电阻元件包括：包括电阻值为R的2n个梯级调节电阻器的多个电阻调节元件、串联连接所述多个电阻调节元件的多个连接器元件、串联连接在所述第一节点和所述多个电阻调节元件之间的具有电阻R1-nR的第一电阻器、以及串联连接在所述第三节点和所述多个电阻调节元件之间的具有电阻R2-nR的第二电阻器，其中所述多个电阻调节元件的编号k的值能够关于标称值零在-n和+n之间变化；抽头，通过开关元件选择性连接到所述第一电阻元件，其中所述开关元件能控制来选择所述抽头处的分压比；在所述第一和第二节点之间的第二电流传导路径，包括串联连接在所述第一节点和第四节点之间的第二电阻元件以及串联连接在所述第四节点和所述第二节点之间的所述第二PN结元件；电压误差放大器，具有连接到所述抽头的第一输入、连接到所述第四节点的第二输入、以及用于提供热补偿输出电压的输出；以及反馈路径，用于将所述输出电压应用到与所述第一和第二节点串联连接的第三电阻元件。2.如权利要求1所述的带隙基准电压发生器，其中，所述PN结元件包括具有发射极、基极和集电极区域的双极结晶体管，所述基极区域连接到所述集电极区域，相应的正向偏置的基极-发射极结与所述第一和第二电流传导路径串联连接。3.如权利要求1所述的带隙基准电压发生器，其中所述开关元件能控制来将所述抽头与相应的连接器元件选择性连接并选择所述抽头处所述分压比的值，该值能关于中值双向设置。4.如权利要求1所述的带隙基准电压发生器，还包括控制器，用于控制所述开关元件以选择和设置所述抽头处的所述分压比。5.如权利要求4所述的带隙基准电压发生器，其中，所述控制器包括调节寄存器和连接到该调节寄存器的解码器。6.如权利要求1所述的带隙基准电压发生器，其中，正向偏置的所述第一PN结元件具有比正向偏置的所述第二PN结元件更小的电流密度，所述多个第一电阻元件给出比所述第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建舟，王洋，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US