帶隙參考電壓發生電路的製作方法

2023-07-22 10:55:56 1

專利名稱：帶隙參考電壓發生電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，更具體地，涉及一種用來補償工藝偏差的帶隙參考 電壓發生電路(band-g即reference voltagegeneration circuit)。
背景技術：
通常，在半導體存儲器件中，電晶體的電流輸出可能隨著溫度的變化而改變。在這 種情況下，由電晶體組成的電路的性能可能發生變化。 例如，在溫度升高的情況下，電晶體在其強反型(stronginversion)之後表現出
遷移率下降。在這種情況下，電晶體的電流輸出減小，因此電路的工作速度降低。 為了補償這種由於溫度改變導致的半導體器件的性能改變，已經研究了一種根據
溫度變化來改變參考電壓的技術。 即，在這種技術中，在高溫下參考電壓增大以提高電流，而在低溫下參考電壓減小 以降低電流。因此，每個電晶體的電流輸出可以維持在期望值而不考慮溫度的改變。
因此，使用上述方法，可以確保半導體器件的期望的性能而不考慮溫度的變化。
在根據溫度變化改變參考電壓的方法中，採用了一種帶隙參考電壓發生電路。圖 l是示出了相關的帶隙參考電壓發生電路的電路圖。參考電壓V^被設置為用於產生內部 電源電壓的電路的參考電壓。
電流IpTM在由圖1中的虛線框表示的電路中產生。產生的電流Ip^被反射
(mirrored)到電晶體M3中，以及然後提供給電阻器結果，產生了正溫度係數(TC)電 壓。在節點Z，由電流IPTAT產生的正TC電壓被加至電晶體Q3的基極_發射極電壓，即負TC 電壓。結果，產生了帶隙參考電壓。 在相關的帶隙參考電壓發生電路中，由於在晶片製造中出現的工藝偏差(process variation)，而可能存在運算放大器OP-AMP的輸入補償。當假定在這種情況下產生的補償 電壓是"Vos"時，所得的帶隙參考電壓具有對應於大約20xVos的誤差。
因此，需要提供一種在工藝偏差的情況下仍可以穩定的帶隙參考電壓發生電路。

發明內容
因此，本發明針對一種帶隙參考電壓發生電路，其基本上避免了由於相關技術的 局限和缺點導致的一個或多個問題。 本發明的一個目的在於提供一種能夠補償工藝偏差的帶隙參考電壓發生電路。
本發明的其他優點、目的和特徵一部分將在下文中闡述，一部分對於本領域的普 通技術人員而言通過下文的實驗將變得顯而易見或者可以從本發明的實踐中獲得。通過所 寫的說明書及其權利要求以及附圖中特別指出的結構，可以了解和獲知本發明的這些目的
3和其他優點。 為了實現這些目的和其他優點以及根據本發明的目的，如在本文中所體現和概括
描述的，一種帶隙參考電壓發生電路包括電流發生器，用來產生第一電流和第二電流；電
流控制器，該電流控制器包括第一電流流過其中的第一電阻器、發射極連接到第一電阻器
以及基極連接到節點的第一雙極性電晶體、以及基極連接到所述節點的第二雙極性晶體
管，該電流控制器在第一電阻中產生正比於絕對溫度(PTAT)的電流；反饋單元，用來將第
一和第二電流控制為相等；以及帶隙電壓輸出單元，用來產生對應PTAT電流的參考電壓 在本發明的另一方面中，一種帶隙參考電壓發生電路包括基極彼此連接的第一
和第二雙極性電晶體，第一雙極性電晶體的發射極面積是第二雙極性電晶體的發射極面積
的n倍；第一電阻器，第一電流流過第一電阻器，該第一電阻器連接第一雙極性電晶體的發
射極；以及反饋單元，連接到第二雙極性電晶體，以控制流過第二雙極性電晶體的集電極的
第二電流，從而使得第二電流等於第一電流。 可以理解的是，本發明的上述總體描述和以下的具體描述都是示例性的和說明性 的，並且旨在提供對所要求的本發明的進一步解釋。


附圖被包括用來提供對本發明的進一步理解，並結合於此而構成本申請的一部 分。本發明的示例性實施例連同描述都用來解釋本發明的原理。在附圖中
圖1是示出了相關的帶隙參考電壓發生電路的電路圖。
圖2是示出了根據本發明的示例性實施例的帶隙參考電壓發生電路的電路圖。
具體實施例方式
現在將詳細地參照本發明的優選實施方式，附圖中示出了多個示例性實施例。
在下文中，將參照圖2描述根據本發明的示例性實施例的帶隙參考電壓發生電 路。 圖2是用於說明根據本發明示出的實施例的帶隙參考電壓發生電路的電路圖。
如圖2所示，帶隙參考電壓生成電路包括電流發生器110、反饋單元120、電流控 制器130以及帶隙電壓輸出單元140。 電流發生器110包括PMOS電晶體M3以及雙極性電晶體Q工和Q2。 PMOS電晶體M3 在其源極處接收電源電壓VDD。 PMOS電晶體M3的漏極連接到雙極性電晶體Q工和Q2的發射 極。 雙極性電晶體Q工和Q2的基極彼此連接。雙極性電晶體Q工的基極和集電極彼此連 接。 電流發生器110產生第一電流IQ1和第二電流IQ2。這裡，第一電流IQ1是正比於絕 對溫度(PTAT)的電流，其流過第一電阻R" 第一電流IQ1流過雙極性電晶體Q工的集電極，而第二電流IQ2流過雙極性電晶體Q2 的集電極。 反饋單元120可以包括電容器Cl、雙極性電晶體Q7以及PMOS電晶體M2。
反饋單元120控制電壓Vfb以使得第一電流IQ1等於第二電流IQ2。即，反饋單元
4120利用負反饋使得第一電流IQ1等於第二電流IQ2。 反饋單元120包括PMOS電晶體M2，該PMOS電晶體M2具有隨第二電流IQ2改變的柵極電壓。 電流控制器130可以包括雙極性電晶體93、94和95。電流控制器130還可以包括第一電阻雙極性電晶體Q5的基極和集電極連接到PMOS電晶體M2的漏極。雙極性電晶體Q3和Q4的基極連接PMOS電晶體M2的漏極。 S卩，雙極性電晶體Q3和Q4的基極連接相同的節點，以便相同的電流施加到它們的基極。第一電阻&連接到雙極性電晶體Q3的發射極。 由於雙極性電晶體93和94的基極電壓相等，所以從電流控制器130輸出的電流IPTAT對應於"(Vbe2-V腦)/V，，並且等於第一和第二電流IQ1和IQ2(IQ1 = IQ2 = I簡=(Vbe2-W/R》。 帶隙參考電壓輸出單元140以與相關方法同樣的方式通過反射上述產生的第一電流IQ1，即PTAT電流，來輸出帶隙參考電壓Vband—gap。 BP ，產生的PTAT電流IPTAT通過PMOS電晶體M2和M4反射，然後施加到第二電阻R2。
從而，產生了正溫度係數(TC)電壓。在節點Z處，由電流Ipm產生的正TC電壓被加到電晶體Q8的基極_集電極電壓，即，負TC電壓。從而產生了帶隙參考電壓Vband—gap。
根據本發明，當產生PTAT電流時沒有產生補償，這與相關情況不同。這是因為雙極性電晶體Q3和Q4的基極連接到相同的節點，從而確立"V^ = Ip^*!^ = VBE1"的條件成 由根據本發明示出的實施例的帶隙參考電壓發生電路產生的帶隙參考電壓
Vband-gap可以表示如下在無失配情況下IqI — Iq2...VBE2_VBE1 = VT*In(n)vx = vY.'.VBE2 = IQ1*R1+VBE1Iqi = IpTAT = VT*In(n)/Rl...Vz = VBE4+(R2/Rl)*VT*In(n)在失配情況下當假定Imi,t。h和a由失配產生時。/ ,一/ 一f 一/,￡2/& 乂22 一"122Jmtona,c/) 一Js^IQ1'= (1.02)*IQ2'(例如，I邁ismatch二...VBE2_VBE1 = VT*[In(n+a)-In(1.02)]vx = vY.'.VBE2 = IQ1*R1+VBE1
formula see original document page 6 當由於工藝偏差而導致失配發生時，第一和第二電流可能互不相同(IQ1# 1。2)，或
者雙極性電晶體Q3的發射極的尺寸(nA)可能不等於雙極性電晶體Q4的發射極的尺寸的n
倍。然而，這種由於失配導致的誤差低到相關結構產生的誤差的1/10或者更小。 從以上描述顯而易見的是，根據本發明示出的實施例的帶隙參考電壓發生電路利
用反饋電路防止了補償的產生。因此，可以降低由工藝偏差導致的電壓分散。 在不脫離本發明的精神和範圍內可以作各種修改及變形，這對於本領域的技術人
員而言是顯而易見的。因此，本發明意在涵蓋在所附權利要求及其等同替換的範圍內的對
本發明的修改和變形。
權利要求
一種帶隙參考電壓發生電路，包括電流發生器，用來產生第一電流和第二電流；電流控制器，所述電流控制器包括所述第一電流流過其中的第一電阻器、發射極連接到所述第一電阻器以及基極連接到節點的第一雙極性電晶體、以及基極連接到所述節點的第二雙極性電晶體，所述電流控制器在所述第一電阻器中產生正比於絕對溫度(PTAT)的電流；反饋單元，用來將所述第一和所述第二電流控制為相等；以及帶隙電壓輸出單元，用來產生對應所述PTAT電流的參考電壓。
2. 根據權利要求l所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述第一電流對應於所述 PTAT電流。
3. 根據權利要求1所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述帶隙參考電壓發生電路 產生恆定的參考電壓而不考慮工藝偏差。
4. 根據權利要求1所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述第一電晶體的所述發射 極的面積是所述第二電晶體的發射極面積的n倍或更大。
5. 根據權利要求1所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述反饋單元採用負反饋。
6. —種帶隙參考電壓發生電路，包括第一和第二雙極性電晶體，所述第一和所述第二雙極性電晶體的基極之間彼此連接， 所述第一雙極性電晶體的發射極面積是所述第二雙極性電晶體的發射極面積的n倍；第一電阻器，第一電流流過所述第一電阻器，所述第一電阻器連接到所述第一雙極性 電晶體的所述發射極；以及反饋單元，連接到所述第二雙極性電晶體，以控制流過所述第二雙極性電晶體的集電 極的第二電流，從而使得所述第二電流等於所述第一電流。
7. 根據權利要求6所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述反饋單元採用負反饋。
8. 根據權利要求6所述的帶隙參考電壓發生電路，其中，所述反饋單元設置有參考電 壓輸出單元，所述參考電壓輸出單元用來產生對應於所述第一電流的恆定的參考電壓而不 考慮工藝偏差。
全文摘要
本發明披露了一種帶隙參考電壓發生電路。該帶隙參考電壓發生電路包括電流發生器，用來產生第一電流和第二電流；電流控制器，該電流控制器包括第一電流流過其中的第一電阻器、發射極連接到第一電阻器以及基極連接到節點的第一雙極性電晶體、以及基極連接到節點的第二雙極性電晶體，該電流控制器在第一電阻器中產生正比於絕對溫度(PTAT)的電流；反饋單元，用來將第一和第二電流控制為相等；以及帶隙電壓輸出單元，用來產生對應PTAT電流的參考電壓。
文檔編號G05F3/16GK101782789SQ20091024708
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月25日 優先權日2008年12月26日
發明者洪升勳 申請人:東部高科股份有限公司