能带隙参考电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种参考电路；特别涉及一种能带隙参考电路。
【背景技术】
[0002]能带隙(bandgap)参考电路用于产生准确的输出电压。能带隙参考电路所产生的输出电压不会受制造工艺、供应电源和温度变化的影响。因此，能带隙参考电路可广泛使用于各种的模拟电路和数字电路中，这些电路在操作时需要准确的参考电压。
[0003]图1例示一常见的能带隙参考电路100。参照图1，该能带隙参考电路100包含PM0S晶体管Ml、M2和M3，一运算放大器0P，电阻R1和R2以及双极性晶体管(bipolartransistor) Ql、Q2和Q3。当忽略基极电流时，该能带隙参考电路100的输出电压V0UT可以表示为:
[0004]VOUT = VEB3+VTXlnNXR2/Rl (1)
[0005]其中，VEB3为双极性晶体管Q3的发射极-基极间电压差，VT为室温时的热电压(thermal voltage)，N为双极性晶体管Q2的电流密度和双极性晶体管Q1的电流密度的比例。
[0006]如方程式(1)所示，在调整电阻R2和R1的阻值比例后，该能带隙参考电路100可以提供具有零温度系数的稳定输出电压V0UT。该电压V0UT的电压电平约为1.25V，接近于石圭能带隙(energy gap)的电子伏(electron volt),亦即，娃能带隙参考电压。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提供一种能带隙参考电路，以提供具有温度相依的斜率电流和具有零温度系数的输出电压。
[0008]依据本发明一实施例，该能带隙参考电路包含有一第一电流源、一第二电流源、一第三电流源、一运算放大器、一第一双极性晶体管、一分压电路、一第二双极性晶体管、一第三双极性晶体管及一第一电阻。该运算放大器电气连接至该第一至第三电流源。该第一双极性晶体管具有电气连接至该第一电流源的一发射极，和具有电气连接至一接地电压的一基极和一集电极。该分压电路电气连接于该第一双极性晶体管的该发射极和该基极之间，该分压电路提供比例于该第一双极性晶体管的发射极-基极间电压差的一第一电压和一第二电压。该第二双极性晶体管具有用以接收该第一电压的一基极，具有电气连接至该第二电流源的一发射极，具有电气连接至该接地电压的一集电极。该第三双极性晶体管具有用以接收该第二电压的一基极，和具有电气连接至该接地电压的一集电极。该第一电阻电气连接于该第三电流源和该第三双极性晶体管的一发射极之间。
【附图说明】
[0009]图1例示一常见的能带隙参考电路。
[0010]图2显示结合本发明一实施例的能带隙参考电路的电路图。
[0011]图3显示结合本发明另一实施例的能带隙参考电路的电路图。
[0012]图4显示结合本发明又一实施例的能带隙参考电路的电路图。
[0013]附图符号说明
[0014]100能带隙参考电路
[0015]200,200’，200”能带隙参考电路
[0016]22,22’电流源单元
[0017]24分压电路
[0018]Ml, M2, M3, M4PM0S 晶体管
[0019]0P运算放大器
[0020]Q1，Q2，Q3，Q4双极性晶体管
[0021]R1，R2，R3，R4电阻
[0022]R5
【具体实施方式】
[0023]图2显示结合本发明一实施例的能带隙参考电路200的电路图。如图2所示，该能带隙参考电路200包含一电流源单元22，一分压电路24，一运算放大器0P，一电阻R1和多个双极性晶体管Ql、Q2和Q3。在本实施例中，该电流源单元22是由三个PM0S晶体管Ml、M2和M3所组成。这些晶体管Ml、M2和M3电性连接至一供应电源VDD以提供电流I1、12和13。由于PM0S晶体管Ml、M2和M3的栅极彼此相连，流过PM0S晶体管Ml, M2,和M3的电流会正比于晶体管的宽长比(W/L rat1)。
[0024]在本实施例中，电流源单元22中的PM0S晶体管Ml、M2和M3的尺寸比例设定为2:1:1。因此，电流I1、12和13的电流值比例为2:1:1。
[0025]如图2所示，该双极性晶体管Q1具有电气连接至该PM0S晶体管Ml的漏极的一发射极，和具有电气连接至一接地端的一基极和一集电极。该双极性晶体管Q2具有电气连接至该PM0S晶体管M2的漏极的一发射极，具有电气连接至来自该分压电路24的一电压VB3的一基极，和具有电气连接至一接地端的一集电极。该双极性晶体管Q3具有电气连接至来自该分压电路24的一电压VB1的一基极，和具有电气连接至一接地端的一集电极。该电阻R1电气连接于该PM0S晶体管M3的一漏极和该双极性晶体管Q3的一发射极之间。
[0026]如图2所示，该运算放大器0P具有电气连接至该PM0S晶体管M3的该漏极的一正输入端，具有电气连接至该PM0S晶体管M2的该漏极的一负输入端，和具有电气连接至该PM0S晶体管Ml，M2和M3的栅极的一输出端。该放大器0P和该PM0S晶体管M2和M3构成一负反馈回路，使得输入端电压VD1和VD3实质上相同。因此，电压VD1和VD3可表示为:
[0027]VD1 = VD3 = VB3+VEB2 = VB1+VEB3+I3 X R1 (2)
[0028]其中，VEB2为该双极性晶体管Q2的发射极-基极间电压差，VEB3为双极性晶体管Q3的发射极-基极间电压差。
[0029]如图2所示，该分压电路24电气连接至该双极性晶体管Q1的该发射极。在本实施例中，该分压电路24是由三个串联连接的电阻R3，R4，和R5所组成。因此，该分压电路24提供的电压VB1和VB3比例于该双极性晶体管Q1的发射极-基极间电压差。因此，电压VB1和VB3可以表示为:
[0030]VB3 = VEB1XR5/(R3+R4+R5)(3)
[0031 ] VB1 = VEB1X (R4+R5) / (R3+R4+R5) (4)
[0032]其中，VEB1为该双极性晶体管Ql的发射极-基极间电压差。
[0033]据此，方程式(2)可重新整理为:
[0034]I3XR1 = VEB2-VEB3+VB3-VB1
[0035]= VT XΙηΝ-VEBlX R4/(R3+R4+R5) (5)
[0036]其中，VT为室温时的热电压(thermal voltage)，N为双极性晶体管Q2的电流密度和双极性晶体管Q1的电流密度的比例。在本实施例中，流过该双极性晶体管Q1的电流，流过该双极性晶体管Q2的电流，和流过该双极性晶体管Q3的电流会调整为实质上相同。
[0037]因此，流过该电阻R1的电流13可表示为:
[0038]13 = VTX ΙηΝ/Rl-VEBl XR4/ (R1 X (R3+R4+R5)) (6)
[0039]由于热电压VT具有值为0.085mV/°C的正温度系数，而该双极性晶体管Q1的发射极-基极间电压差具有值为_2mV/°C的负温度系数，故电流13具有温