參考電壓發生器、集成電路以及操作參考電壓發生器的方法
2023-04-23 13:52:41
專利名稱：參考電壓發生器、集成電路以及操作參考電壓發生器的方法
參考電壓發生器、集成電路以及操作參考電壓發生器的方法
相關申請的交叉參考
本申請要求於2009年9月M日提交的美國臨時專利申請序列號為61/245，476 的優先權，其全部內容結合於此作為參考。技術領域
本發明總的來說涉及半導體電路領域，更具體地，涉及參考電壓發生器、集成電路 以及操作參考電壓發生器的方法。
背景技術：
無線通信設備和服務在近些年激增。對個人通信業務(包括蜂窩電話(模擬和數 字)、尋呼以及出現的所謂個人通信業務(PCS))的可購性和方便訪問推動了全球移動通信 工業的持續發展。眾多其他無線應用和領域都顯示了對包括無線電頻率識別(RFID)、各種 基於衛星的通信、個人助理、區域網、設備便攜性等的持續增長的希望。
RFID已經被用於各種應用，例如，自動運輸系統、身份證、銀行卡等。還通過結合到 動物或人體中進行應用，以用於跟蹤和/或識別。跟蹤和/或識別可以通過射頻波來完成。 RFID通常由與天線連接的集成電路構成。天線可以發送和接收信號。集成電路可以儲存和 /或處理信號承載的信息。發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種參考電壓發生器，包括正比於絕對溫度 (PTAT)的電流源，PTAT電流源能夠提供與溫度成正比的第一電流；以及分壓器，分壓器能 夠接收與第一電流成正比的第二電流，分壓器能夠輸出參考電壓，參考電壓基本與溫度的 變化無關。
優選地，參考電壓包括第一電壓和第二電壓，第一電壓包括第二電流作為第一因 子，第二電壓包括分壓器的第一電晶體的閾值電壓作為第二因子，並且第一電壓響應於溫 度變化的變化能夠基本上由第二電壓響應於溫度變化的變化來補償。
優選地，分壓器包括第二電晶體，並且第二電晶體的柵極與第一電晶體的柵極和 分壓器的輸出端相連。
優選地，第一電晶體是NMOS電晶體，第二電晶體是PMOS電晶體，並且PMOS電晶體 兩端的壓降約為NMOS電晶體兩端的壓降的兩倍。
此外，該參考電壓發生器還包括第三電晶體，其中，第三電晶體與電流鏡電路相 連，並且第三電晶體的柵極與PTAT電流源相連。
優選地，第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠基本上跟隨電流鏡電路的輸入端上 的電壓轉換。
優選地，第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠導通用於觸發第一電流的電晶體。
優選地，PTAT電流源能夠向第三電晶體的柵極提供負電壓反饋，以下拉第三晶體 管的柵極上的電壓狀態。
根據本發明的另一方面，提供了一種集成電路，包括電壓調節器；以及參考電壓 發生器，與電壓調節器相連，參考電壓發生器包括正比於絕對溫度(PTAT)的電流源，PTAT 電流源能夠提供與溫度成正比的第一電流；和分壓器，分壓器能夠接收與第一電流成正比 的第二電流，分壓器能夠輸出參考電壓，參考電壓基本上與溫度的變化無關。
優選地，參考電壓包括第一電壓和第二電壓，第一電壓包括第二電流作為第一因 子，第二電壓包括分壓器的第一電晶體的閾值電壓作為第二因子，並且第一電壓響應於溫 度變化的變化能夠基本上由第二電壓響應於溫度變化的變化來補償。
優選地，分壓器包括第二電晶體，第二電晶體的柵極與第一電晶體的柵極和分壓 器的輸出端相連。
優選地，第一電晶體是NMOS電晶體，第二電晶體是PMOS電晶體，並且PMOS晶體 管兩端的壓降約為NMOS電晶體兩端的壓降的兩倍。
優選地，參考電壓發生器還包括電流鏡電路，與PTAT電流源和分壓器相連。
此外，該參考電壓發生器還包括第三電晶體，第三電晶體與電流鏡電路相連，第 三電晶體的柵極與PTAT電流源相連。
優選地，第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠基本上跟隨電流鏡電路的輸入端的 電壓轉換，用於導通觸發第一電流的第三電晶體。
優選地，PTAT電流源能夠向第三電晶體的柵極提供負電壓反饋，以下拉第三晶體 管的柵極上的電壓狀態。
根據本發明的再一方面，提供了一種操作用於提供參考電壓的參考電壓發生器的 方法，該方法包括通過分壓器提供正比於溫度的電流；以及從分壓器提供參考電壓，參考 電壓基本上與溫度的變化無關。
優選地，參考電壓包括第一電壓和第二電壓，第一電壓包括電流作為第一因子，第 二電壓包括分壓器的第一電晶體的閾值電壓作為第二因子，並且第一電壓響應於溫度變化 的變化能夠基本上由第二電壓響應於溫度變化的變化來補償。
此外，該方法還包括通過基本上跟隨用於觸發電流的電流鏡電路的輸入端上的 電壓狀態的升高來升高電晶體的柵極上的電壓狀態，其中，電晶體與參考電壓發生器的電 流鏡電路相連；以及提供負電壓反饋給電晶體的柵極，以下拉電晶體的柵極上的電壓狀態， 使得參考電壓發生器在穩定狀態下操作。
通過本發明的技術方案，使得參考電壓基本上與溫度的變化無關。
根據以下結合附圖的詳細描述可以最好地理解本發明。需要強調的是，根據工業 中的標準作法，各種部件沒有按比例繪製並且僅用於說明目的。實際上，為了使論述清楚， 可以任意增加或減小各種部件的數量和尺寸。
圖1是示出了示例性參考電壓發生器的示意圖。
圖2是示出了處於不同工藝角(process corner)的參考電壓Vref相對於溫度T 的仿真結果的示圖。
圖3是示出了參考電壓Vref、電晶體柵極上的電壓狀態Vb以及響應於施加在電流 鏡電路的輸入端上的DC電壓的電流I」 Iptati和Iptat3的仿真結果的示圖。
圖4是示出了包括電壓調節器和參考電壓發生器的集成電路的示圖。
具體實施方式
傳統的RFID具有用於提供與溫度變化無關的帶隙參考電壓的帶隙電壓參考電 路。傳統的帶隙電壓參考電路具有正比於絕對溫度(PTAT)的電流源。PTAT電流源可向串 聯連接的電阻器R和雙極電晶體提供PTAT電流。由帶隙電壓參考電路輸出的帶隙參考電 壓是電阻器R兩端的壓降\和雙極電晶體的發射極和基極之間的壓降Vbe的總和。壓降Vk 響應於溫度T變化的變化(S卩，dVE/dT)是正的。壓降Vbe響應於溫度T的變化(S卩，dVBE/ dT)是負的。dVK/dT可以基本上通過dVBE/dT來補償，並且帶隙參考電壓與溫度T的變化無 關。
發現PTAT電流應該足夠大，使得dVK/dT可通過dVBE/dT被理想地補償。傳統地， PTAT電流至少為若干微安的量級，以提供電阻器R兩端的理想壓降VK。
對於傳統的帶隙電壓參考電路，啟動電路與PTAT電流源相連接，以適當地設置 PTAT電流的初始條件。另外，運算放大器(OP-AMP)用於在穩態操作期間確保穩定性。啟動 電路和OP-AMP佔用帶隙電壓參考電路的晶片區域的一部分。
基於上述，期望用於提供參考電壓的參考電壓發生器、集成電路、系統和方法。
應該理解，以下公開提供了許多用於實施本公開的不同部件的不同實施例或實 例。以下描述組件和配置的具體實例以簡化本公開。當然，這些僅是實例並且不用於限制本 發明。另外，本公開可以在不同實例中重複參考標號和/或字母。這種重複是為了簡化和 清楚的目的，並且本質上不表示各個實施例和/或所討論的配置之間的關係。此外，在以下 本公開中，一個部件形成在另一部件上、一個部件連接至另一部件、和/或耦合至另一部 件可以包括部件以直接接觸方式形成的實施例，並且還可以包括形成插入部件之間的附加 部件(諸如，部件可以不直接接觸)的實施例。另外，空間相對術語，例如「下方」、「上方」、 「水平」、「垂直」、「在· · ·之上」、「在· · ·之下」、「向上」、「向下」、「頂部」、「底部」等及其派生 詞(例如，「水平地」、「向下地」、「向上地」等)用於使本披露中的一個部件與另一個部件的 關係變得簡明。空間相對術語旨在覆蓋包括多個部件的設備的不同定向。
圖1是示出了示例性參考電壓發生器的示意圖。參考電壓發生器100可包括正比 於絕對溫度(PTAT)的電流源110。PTAT電流源110可以提供與溫度(例如，絕對溫度T)成 正比的第一電流(例如，電流Iptati)。參考電壓發生器100可包括分壓器120。分壓器120 可以接收第二電流，例如，電流IPTAT2。電流Iptat2可以與電流Iptati成正比。在各種實施例中， 電流Iptat2可以與溫度T成正比。分壓器120可以輸出參考電壓VMf。參考電壓Vref可以基 本上與溫度T的變化無關。在各種實施例中，dV,ef/dT 0。由PTAT電流源110產生的電 流可以被鏡像，流過MOSFET專用分壓器120，以產生理想的參考電壓VMf。參考電壓VMf基 本上與溫度變化無關。
參照圖1，PTAT電流源110可包括電晶體111(例如，npn雙極電晶體)、電晶體 113(例如，npn雙極電晶體)以及電阻器115。電晶體111的發射極可以與電壓源(例如 VSS)相連。電晶體111和113的基極可彼此相連。電晶體113的集電極可與電晶體113的基極相連。電阻器115可與電晶體113的發射極相連。電阻器115可具有電阻禮。應該注 意，上述PTAT電流源110僅是示例性的。MOS電晶體(例如，PMOS和/或NMOS電晶體)和 /或Pnp雙極電晶體可用於形成理想的PTAT電流源110。
注意，電流Iptat2可以與溫度T成正比。在各種實施例中，Iptat2可以表示為下面所 示的等式(1)。
權利要求
1.一種參考電壓發生器，包括正比於絕對溫度(PTAT)的電流源，所述PTAT電流源能夠提供與溫度成正比的第一電 流；以及分壓器，所述分壓器能夠接收與所述第一電流成正比的第二電流，所述分壓器能夠輸 出參考電壓，所述參考電壓基本與溫度的變化無關。
2.根據權利要求1所述的參考電壓發生器，其中，所述參考電壓包括第一電壓和第二 電壓，所述第一電壓包括所述第二電流作為第一因子，所述第二電壓包括所述分壓器的第 一電晶體的閾值電壓作為第二因子，並且所述第一電壓響應於溫度變化的變化能夠基本上 由所述第二電壓響應於溫度變化的變化來補償，其中，所述分壓器包括第二電晶體，並且所述第二電晶體的柵極與所述第一電晶體的 柵極和所述分壓器的輸出端相連，其中，所述第一電晶體是NMOS電晶體，所述第二電晶體是PMOS電晶體，並且PMOS晶體 管兩端的壓降約為所述NMOS電晶體兩端的壓降的兩倍。
3.根據權利要求1所述的參考電壓發生器，還包括電流鏡電路，與所述PTAT電流源 和所述分壓器相連，其中，所述參考電壓發生器還包括第三電晶體，其中，所述第三電晶體與所述電流鏡 電路相連，並且所述第三電晶體的柵極與所述PTAT電流源相連，其中，所述第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠基本上跟隨所述電流鏡電路的輸入端 上的電壓轉換，其中，所述第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠導通用於觸發所述第一電流的電晶體，其中，所述PTAT電流源能夠向所述第三電晶體的柵極提供負電壓反饋，以下拉所述第 三電晶體的柵極上的電壓狀態。
4.一種集成電路，包括電壓調節器；以及參考電壓發生器，與所述電壓調節器相連，所述參考電壓發生器包括正比於絕對溫度(PTAT)的電流源，所述PTAT電流源能夠提供與溫度成正比的第一電 流；和分壓器，所述分壓器能夠接收與所述第一電流成正比的第二電流，所述分壓器能夠輸 出參考電壓，所述參考電壓基本上與溫度的變化無關。
5.根據權利要求4所述的集成電路，其中，所述參考電壓包括第一電壓和第二電壓，所 述第一電壓包括所述第二電流作為第一因子，所述第二電壓包括所述分壓器的第一電晶體 的閾值電壓作為第二因子，並且所述第一電壓響應於溫度變化的變化能夠基本上由所述第 二電壓響應於溫度變化的變化來補償。
6.根據權利要求4所述的集成電路，其中，所述分壓器包括第二電晶體，所述第二晶體 管的柵極與所述第一電晶體的柵極和所述分壓器的輸出端相連，其中，所述第一電晶體是NMOS電晶體，所述第二電晶體是PMOS電晶體，並且所述PMOS 電晶體兩端的壓降約為所述NMOS電晶體兩端的壓降的兩倍。
7.根據權利要求4所述的集成電路，其中，所述參考電壓發生器還包括電流鏡電路，與所述PTAT電流源和所述分壓器相連，其中，所述參考電壓發生器還包括第三電晶體，所述第三電晶體與所述電流鏡電路相 連，所述第三電晶體的柵極與所述PTAT電流源相連，其中，所述第三電晶體的柵極上的電壓轉換能夠基本上跟隨所述電流鏡電路的輸入端 的電壓轉換，用於導通觸發所述第一電流的所述第三電晶體，其中，所述PTAT電流源能夠向所述第三電晶體的柵極提供負電壓反饋，以下拉所述第 三電晶體的柵極上的電壓狀態。
8.一種操作用於提供參考電壓的參考電壓發生器的方法，所述方法包括通過分壓器提供正比於溫度的電流；以及從所述分壓器提供參考電壓，所述參考電壓基本上與溫度的變化無關。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述參考電壓包括第一電壓和第二電壓，所述第 一電壓包括所述電流作為第一因子，所述第二電壓包括所述分壓器的第一電晶體的閾值電 壓作為第二因子，並且所述第一電壓響應於溫度變化的變化能夠基本上由所述第二電壓響 應於所述溫度變化的變化來補償。
10.根據權利要求8所述的方法，還包括通過基本上跟隨用於觸發所述電流的所述電流鏡電路的輸入端上的電壓狀態的升高 來升高電晶體的柵極上的電壓狀態，其中，所述電晶體與所述參考電壓發生器的所述電流 鏡電路相連；以及提供負電壓反饋給所述電晶體的柵極，以下拉所述電晶體的柵極上的所述電壓狀態， 使得所述參考電壓發生器在穩定狀態下操作。
全文摘要
本發明公開了參考電壓發生器、集成電路以及操作參考電壓發生器的方法，其中，該參考電壓發生器包括正比於絕對溫度(PTAT)的電流源和分壓器。PTAT電流源能夠提供與溫度成正比的第一電流。分壓器能夠接收與第一電流成正比的第二電流。分壓器能夠輸出參考電壓。參考電壓基本上與溫度的變化無關。
文檔編號G05F1/56GK102033558SQ20101027529
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月24日
發明者周淳樸, 迪潘卡·奈格 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司