電壓產生裝置製造方法
2023-05-03 23:55:31 1
電壓產生裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種電壓產生裝置。電壓產生裝置包括參考電壓生成器以及輸出電壓生成器。參考電壓生成器用於產生參考電壓，並依據控制信號決定是否產生參考電壓。輸出電壓生成器包括比較器、可變電阻以及電流源。比較器比較參考電壓與輸出電壓，由此產生校準信號。可變電阻的電阻值由校準信號決定。電流源提供輸出電流以流經可變電阻，由此產生輸出電壓。其中，參考電壓在初始周期期間產生，而參考電壓生成器在初始周期之後關閉。初始周期依據控制信號而決定。
【專利說明】電壓產生裝置
【技術領域】
[0001]本發明是有關於一種電壓產生裝置，且特別是有關於一種用於產生高度精確的輸出電壓的電壓產生裝置。
【背景技術】
[0002]在集成電路中，能隙電壓生成器(band-gap voltage generator)用於提供高度精確的輸出電壓。由能隙電壓生成器產生的輸出電壓與環境溫度的變化無關，且輸出電壓供集成電路的核心電路使用，由此維持核心電路的性能穩定。
[0003]在現有技術的能隙電壓生成器中，往往需要多個雙極性電晶體(bipolartransistor)以及高增益的運算放大器。也就是說，當能隙電壓生成器運作時，將會消耗大量電流。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種用於產生高精確輸出電壓以及低能源消耗的電壓產生裝置。
[0005]電壓產生裝置包括參考電壓生成器以及輸出電壓生成器。參考電壓生成器用於產生參考電壓，且參考電壓生成器依據控制信號決定是否產生參考電壓。輸出電壓生成器耦接於參考電壓生成器。輸出電壓生成器包括比較器、可變電阻以及電流源。比較器比較參考電壓以及輸出電壓，由此產生校準信號。可變電阻耦接於比較器，且可變電阻的電阻值由校準信號決定。電流源耦接於可變電阻，且電流源提供輸出電流以流經可變電阻，由此產生輸出電壓。其中，參考電壓在初始周期(initial timing per1d)期間產生，而參考電壓生成器在初始周期之後關閉，且初始周期依據控制信號而決定。
[0006]基於上述，本發明提供一種參考電壓生成器，用於產生高度精確的參考電壓至輸出電壓生成器。輸出電壓生成器依據參考電壓而產生輸出電壓，且當輸出電壓穩定產生時，參考電壓生成器關閉。也就是說，輸出電壓生成器會依據高度精確的參考電壓，由此產生高度精確的輸出電壓。此外，參考電壓生成器關閉是為了節省電壓產生裝置的能源消耗。用於產生高度精確的輸出電壓並具低能源消耗的電壓產生裝置可被實現。
[0007]為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是依照本發明一實施例所示出的電壓產生裝置的電路圖；
[0009]圖2是依照本發明一實施例所示出的參考電壓生成器的電路圖；
[0010]圖3是依照本發明一實施例所示出的參考電壓生成器的另一電路圖。
[0011]附圖標記說明:
[0012]100:電壓產生裝置；
[0013]110:參考電壓生成器；
[0014]111:電流生成器；
[0015]112、113:截波器;
[0016]120:輸出電壓生成器；
[0017]121:電流源；
[0018]122: 二元搜尋邏輯電路；
[0019]VREF:參考電壓；
[0020]CTRL:控制信號；
[0021]CMP:比較器；
[0022]VR:可變電阻；
[0023]Dl:二極體；
[0024]101:輸出電流；
[0025]I1、IA1、12、111、112:電流;
[0026]GND:參考接地；
[0027]VOUT:輸出電壓；
[0028]CALS:校準信號；
[0029]CK:頻率信號；
[0030]Ml ?M5、T1 ?T2、M11 ?M13:電晶體；
[0031]R1、R2 ?R5:電阻;
[0032]VDD:操作電壓；
[0033]0P1、0P2、0P11、0P12:放大器；
[0034]VB1、VB2:偏壓；
[0035]Sffl:開關。
【具體實施方式】
[0036]現將詳細參考本發明的示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例的實例。另外，凡可能之處，在附圖及實施方式中使用相同標記的組件/構件代表相同或類似部分。
[0037]請參照圖1，圖1是依照本發明一實施例所示出的電壓產生裝置的電路圖。電壓產生裝置100包括參考電壓生成器110以及輸出電壓生成器120。參考電壓生成器110產生參考電壓VREF，且參考電壓生成器110依據控制信號CTRL決定是否產生參考電壓VREF。參考電壓VREF被提供給輸出電壓生成器120，其中參考電壓VREF的電壓準位可與環境溫度無關。
[0038]參考電壓生成器110受控於控制信號CTRL，且在初始周期期間，參考電壓生成器110提供參考電壓VREF至輸出電壓生成器120。此外，參考電壓生成器110在初始周期之後關閉，其中，初始周期是由控制信號CTRL決定。
[0039]在本實施例中，輸出電壓生成器120耦接於參考電壓生成器110。輸出電壓生成器120包括比較器CMP、電流源121、二元搜尋邏輯電路(binary search logic circuit)122、可變電阻VR以及二極體Dl。電流源121耦接於可變電阻VR，並提供輸出電流1l至可變電阻VR。可變電阻VR與二極體Dl串接在電流源121與參考接地GND之間。當輸出電流1l流經可變電阻VR以及二極體Dl時，可在電流源121與可變電阻VR的耦接端點上產生輸出電壓VOUT。
[0040]在此請注意，輸出電壓VOUT的電壓準位可由可變電阻VR的電阻值決定。在圖1中，可變電阻VR的電阻值受控於校準信號CALS。校準信號CALS是由二元搜尋邏輯電路122產生。在此，二元搜尋邏輯電路122耦接於比較器CMP與可變電阻VR之間。比較器CMP用於比較來自參考電壓生成器110的參考電壓VREF，並傳送比較結果至二元搜尋邏輯電路122。二元搜尋邏輯電路122依據比較器的輸出，並通過根據頻率信號CK的二元搜尋算法而產生校準信號CALS。
[0041]二元搜尋算法為本領域技術人員所熟知，故二元搜尋算法的細節在此不再贅述。
[0042]電流源121包括電晶體Ml?M5以及電阻Rl。電晶體Ml?M3的第一端耦接於操作電壓VDD，且電晶體Ml?M3的控制端共接。電晶體M3的控制端還耦接於電晶體M3的第二端。電晶體Ml的第二端耦接於可變電阻VR，由此提供輸出電流1l。電晶體M2和M3的第二端分別耦接於電晶體M4和M5的第一端。電晶體M4的控制端耦接於電晶體M2的第二端與電晶體M5的控制端。電晶體M4的第二端耦接於參考接地GND。電阻Rl耦接於電晶體M5的第二端與參考接地GND之間。
[0043]對於電壓產生裝置100的詳細操作，首先，在初始周期期間，參考電壓生成器110產生並提供參考電壓VREF至輸出電壓生成器120。接著，輸出電壓生成器120通過參照參考電壓VREF而產生輸出電壓V0UT，且參考電壓生成器110在初始周期之後關閉。
[0044]輸出電壓VOUT通過參照高度準確的參考電壓生成器110而可具有高準確度，並由於參考電壓生成器110在初始周期之後關閉而可減少能源消耗。也就是說，通過電壓產生裝置100可實現具有低能源消耗的輸出電壓V0UT。
[0045]請參照圖2，圖2是依照本發明一實施例所示出的參考電壓生成器的電路圖。在圖2中，參考電壓生成器110包括電流生成器111、電阻R2?R5、電晶體Tl?T2以及放大器OPl和0P2。電流生成器111依據偏壓VBl和VB2而產生電流IUIAl以及12。其中，電流Il和IAl形成電流生成器111的第一電流，而電流12則為電流生成器111的第二電流。電阻R2的第一端接收電流Il的一部分(111)，而電阻R2的第二端則耦接於電晶體Tl的第一端。電晶體Tl的第二端與控制端耦接至參考接地GND。電阻R3和R4串接在電流生成器111和電晶體T2之間。電阻R3的第一端接收電流Il的另一部分(112)，而電阻R3的第二端則耦接於電阻R4的第一端。電阻R4的第二端耦接於電晶體T2的第一端，而電晶體T2的弟~■端和控制端稱接至參考接地GND。
[0046]放大器OPl的兩個輸入端分別耦接於電阻R2和R3的第二端。放大器OPl的輸出端產生偏壓VB1。放大器0P2的兩個輸入端分別耦接於電阻R4和R5的第一端。放大器0P2的輸出端產生偏壓VB2。此外，電阻R5的第二端耦接至參考接地GND，而電阻R5的第一端接收來自電流生成器111的電流12。
[0047]在本實施例中，電流生成器111包括電晶體Mll?M13。電晶體Mll?M13的第一端耦接至操作電壓VDD，電晶體Ml I和M12的第二端耦接於電阻R2和R3的第一端以提供電流II，且M13的第二端耦接於電阻R5的第一端以提供電流12。電晶體Mll的控制端耦接於放大器OPl的輸出端，用於接收偏壓VB1。電晶體M12和M13的控制端耦接於放大器0P2的輸出端，用於接收偏壓VB2。
[0048]另外，電流Il的溫度係數和電流12的溫度係數為互補。電流12的溫度係數和電流IAl的溫度係數為相同。舉例來說，電流Il的溫度係數為正溫度係數，而電流IAl的溫度係數為負溫度係數。據此，電阻R2所接收的電流Ill與環境溫度無關，參考電壓VREF也因此而與環境溫度無關。
[0049]在此請注意，電流生成器111也接收控制信號CTRL。當控制信號CTRL指示電流生成器111是處於初始周期時，電流生成器111正常產生電流IUIAl以及12。相對而言，當控制信號CTRL指示電流生成器111不是處於初始周期時，電流生成器111停止產生電流I1、IAl以及12。電流生成器111可通過關閉電晶體Mll?M13接收操作電壓VDD的路徑而關閉。
[0050]請參照圖3，圖3是依照本發明一實施例所示出的參考電壓生成器的另一電路圖。在圖3中，參考電壓生成器110包括電流源111、電阻R2?R5、電晶體TI?T2、放大器OP11和0P12、開關SWl以及截波器(ch0pper)112和113。與圖2的參考電壓生成器110不同的是，圖3的參考電壓生成器110包括兩個截波器112和113，截波器112耦接於放大器OPll和電阻R2?R4之間，且截波器113耦接於放大器0P12和電阻R3?R5之間。詳細來說，截波器112的兩個輸入端分別耦接於電阻R2和R3的第二端，而其兩個輸出端分別耦接於放大器OPll的輸入端。截波器113的兩個輸入端分別耦接於電阻R4和R5的第一端，而其兩個輸出端分別耦接於放大器0P12的輸入端。此外，放大器OPll和0P12各具有截波輸出級(chopper output stage)。截波器112和113以及截波輸出級根據頻率信號CK而運作，且截波器112和113以及截波輸出級用於消除放大器OPll和0P12的偏移電壓(offsetvoltage)。
[0051]在圖3中，受控於控制信號CTRL的開關SWl可被放置在電晶體Mll?M13以及操作電壓VDD之間。開關SWl根據控制信號CTRL在初始周期期間可被開啟，並在初始周期之後可被關閉。
[0052]綜上所述，電壓產生裝置提供用於產生具有高度準確的參考電壓的參考電壓生成器。電壓產生裝置也提供通過參照參考電壓而產生輸出電壓的輸出電壓生成器。當輸出電壓已產生，參考電壓生成器關閉以節省能源消耗。也就是說，通過本發明實施例，可以產生高度準確的輸出電壓，並可節省能源消耗。
[0053]最後應說明的是:以上各實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種電壓產生裝置，其特徵在於，包括: 一參考電壓生成器，用於產生一參考電壓，該參考電壓生成器依據一控制信號決定是否產生該參考電壓；以及 一輸出電壓生成器，I禹接於該參考電壓生成器，該輸出電壓生成器包括: 一比較器，用於比較該參考電壓以及一輸出電壓，由此產生一校準信號； 一可變電阻，耦接於該比較器，該可變電阻的一電阻值由該校準信號決定；以及一電流源，耦接於該可變電阻，該電流源提供一輸出電流以流經該可變電阻，由此產生該輸出電壓， 其中該參考電壓在一初始周期期間產生，而該參考電壓生成器在該初始周期之後關閉，且該初始周期依據該控制信號而決定。
2.根據權利要求1所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該輸出電壓器還包括: 一二元搜尋邏輯電路，耦接於該比較器與該可變電阻之間，該二元搜尋邏輯電路依據基於二元搜尋算法的該比較器的一輸出而產生該校準信號；以及 一二極體，該二極體的陰極耦接於一參考接地，而該二極體的陽極耦接於該可變電阻。
3.根據權利要求1所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該電流源包括: 一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第一電晶體的第一端耦接於一操作電壓，該第一電晶體的第二端稱接於該可變電阻，而該輸出電壓產生於該第一電晶體的第~-丄山一觸； 一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第二電晶體的第一端耦接於該操作電壓，該第二電晶體的控制端耦接於該第一電晶體的控制端； 一第三電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第三電晶體的第一端耦接於該操作電壓，該第三電晶體的控制端耦接於該第二電晶體的控制端與該第三電晶體的第二端；一第四電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第四電晶體的第一端耦接於該第二電晶體的第二端與該第四電晶體的控制端，該第四電晶體的第二端耦接於一參考接地；一第五電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第五電晶體的第一端耦接於該第三電晶體的第二端，該第五電晶體的控制端耦接於該第四電晶體的控制端；以及一電阻，耦接於該第五電晶體的第二端與該參考接地之間。
4.根據權利要求1所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該參考電壓生成器包括: 一電流生成器，接收該控制信號、一第一偏壓以及一第二偏壓，在該初始周期期間，該電流生成器依據該第一偏壓和該第二偏壓產生一第一電流和一第二電流； 一第一電阻，該第一電阻的第一端稱接於該電流生成器以接收該第一電流的一第一部分； 一第二電阻，具有用於接收該第一電流的一第二部分的第一端； 一第三電阻，具有耦接於該第二電阻的第二端的第一端； 一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第一電晶體的第一端耦接於該第一電阻的第二端，該第一電晶體的第二端和控制端耦接至一參考接地； 一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第二電晶體的第一端耦接於該第三電阻的第二端，該第二電晶體的第二端和控制端耦接至該參考接地； 一第四電阻，該第四電阻的第一端耦接於該電流生成器以接收該第二電流，該第四電阻的第二端耦接至該參考接地； 一第一放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第一放大器的第一輸入端率禹接於該第一電阻的第二端，該第一放大器的第二輸入端I禹接於該第二電阻的第二端，且該第一放大器的輸出端產生該第一偏壓；以及 一第二放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該第二放大器的第一輸入端耦接於該第二電阻的第二端，該第二放大器的第二輸入端耦接於該第四電阻的第一端，且該第二放大器的輸出端產生該第二偏壓。
5.根據權利要求4所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該初始周期由該控制信號決定。
6.根據權利要求4所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該電流生成器包括: 一第三電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第三電晶體的第一端耦接至一操作電壓，該第三電晶體的控制端接收該第一偏壓，該第三電晶體的第二端提供該第一電流； 一第四電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第四電晶體的第一端耦接至該操作電壓，該第四電晶體的控制端接收該第二偏壓，該第四電晶體的第二端耦接於該第三電晶體的第二端；以及 一第五電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第五電晶體的第一端耦接至該操作電壓，該第五電晶體的控制端接收該第二偏壓，該第五電晶體的第二端提供該第二電流。
7.根據權利要求4所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該電流生成器還包括: 一第一截波器，具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，該第一截波器的第一輸入端和第二輸入端分別稱接於該第一電阻與該第二電阻的第二端，該第一截波器的第一輸出端和第二輸出端分別I禹接於該第一放大器的第一輸入端和第二輸入端。
8.根據權利要求4所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該電流生成器還包括: 一第二截波器，具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，該第二截波器的第一輸入端和第二輸入端分別稱接於該第三電阻與該第四電阻的第一端，該第二截波器的第一輸出端和第二輸出端分別I禹接於該第二放大器的第一輸入端和第二輸入端。
9.根據權利要求4所述的電壓產生裝置，其特徵在於，該第一放大器與該第二放大器各具有一截波輸出級。
【文檔編號】G05F1/56GK104345762SQ201310484950
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】陳宜隆 申請人:創傑科技股份有限公司