本申请要求于2015年12月15日向美国专利商标局提交的非临时申请No.14/970,265的优先权和权益，其全部内容通过援引纳入于此。
背景
领域
本公开的各方面一般涉及生成温度补偿参考电压，尤其涉及通过跨电阻器施加受控电压来生成温度补偿电流的温度补偿参考电压生成器。
背景技术：
带隙参考电压源生成在所定义的(非常宽的)温度范围上基本恒定的参考电压VREF。在分立电路或集成电路(IC)应用中，参考电压VREF被用于许多应用中，例如用于电压调节，其中基于参考电压来调节电源电压。
所生成的带隙参考电压通常约为1.2伏，因为电压源基于硅在零(0)开尔文度的1.22eV带隙。由于带隙参考电压VREF大约为1.2伏，因此带隙参考电压源需要大于1.2伏的电源电压(诸如1.4伏的电源电压)以容适例如用于偏置带隙参考电压的场效应晶体管(FET)的200毫伏(mV)漏源电压Vds。
当前，由于IC中所使用的FET的大小持续减小以及对降低功耗的进一步需求，因此许多电路以低于1.2伏的带隙电压的电源电压来操作。响应于这种需求，带隙参考电压源已被设计成以低于1.2伏的电源电压来操作。
概述
以下给出对一个或多个实施例的简化概述以提供对此类实施例的基本理解。此概述不是所有构想到的实施例的详尽综览，并且既非旨在标识所有实施例的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有实施例的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个实施例的一些概念以作为稍后给出的更加具体的说明之序。
本公开的一方面涉及一种被配置成生成温度补偿参考电压的装置。所述装置包括第一组电阻器和第二组电阻器；电流生成器，其被配置成生成通过第一组一个或多个电阻器的第一温度补偿电流，其中基于所述第一温度补偿电流跨所述第一组一个或多个电阻器生成第一电压；控制电路，其被配置成跨第二组一个或多个电阻器生成第二电压，其中所述第二电压基于所述第一电压，并且其中基于所述第二电压通过所述第二组电阻器生成第二温度补偿电流；以及第三组一个或多个电阻器，所述第二温度补偿电流流经所述第三组一个或多个电阻器，其中所述温度补偿参考电压是基于所述第二温度补偿电流跨所述第三组一个或多个电阻器生成的。
本公开的另一方面涉及一种用于生成温度补偿参考电压的方法。所述方法包括：生成通过第一组一个或多个电阻器的第一温度补偿电流，其中基于所述第一温度补偿电流跨所述第一组一个或多个电阻器生成第一电压；跨第二组一个或多个电阻器生成第二电压，其中所述第二电压基于所述第一电压，并且其中基于所述第二电压通过所述第二组电阻器生成第二温度补偿电流；以及使所述第二温度补偿电流通过第三组一个或多个电阻器，其中所述温度补偿参考电压是跨所述第三组一个或多个电阻器生成的。
本公开的另一方面涉及一种被配置成生成温度补偿参考电压的装备。所述装备包括：用于生成通过第一组一个或多个电阻器的第一温度补偿电流的装置，其中基于所述第一温度补偿电流跨所述第一组一个或多个电阻器生成第一电压；用于跨第二组一个或多个电阻器生成第二电压的装置，其中所述第二电压基于所述第一电压，并且其中基于所述第二电压通过所述第二组电阻器生成第二温度补偿电流；以及用于使所述第二温度补偿电流通过第三组一个或多个电阻器的装置，其中所述温度补偿参考电压是跨所述第三组一个或多个电阻器生成的。
为了实现前述以及相关目的，一个或多个实施例包括随后完整描述的以及在权利要求书中具体指出的特征。以下说明和所附插图详细阐述了这一个或多个实施例的某些解说性方面。但是，这些方面仅仅是指示了可采用各个实施例的原理的各种方式中的若干种，并且所描述的实施例旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。
附图简述
图1解说根据本公开的一方面的用于生成温度补偿参考电压的示例性装置的示意图。
图2解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压的另一示例性装置的示意图。
图3解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压的又一示例性装置的示意图。
图4解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压的又一示例性装置的示意图。
图5解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压的示例性方法的流程图。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出了众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。
图1解说根据本公开的一方面的用于生成温度补偿参考电压VREF的示例性装置100的示意图。
装置100包括用于生成与绝对温度互补的(CTAT)电流ICTAT(例如，负温度系数电流)的子电路110。子电路110包括场效应晶体管(FET)M1、电阻器R4、以及二极管D1。FET M1(其可以用p沟道金属氧化物半导体(PMOS)FET来实现)与电阻器R4和二极管D1的并联耦合相串联地耦合在第一电压轨(例如，Vdd)与第二电压轨(例如，接地)之间。用作电流源的FET M1被配置成生成电流I1，该电流I1在电阻器R4与二极管D1之间被拆分。跨二极管D1形成的电压VA具有负温度系数，例如，CTAT电压。电压VA还跨电阻器R4。由此，通过电阻器R4形成ICTAT电流。
装置100包括用于生成与绝对温度成比例的(PTAT)电流的子电路120。子电路120包括电阻器R5和R6、N个并联二极管D21至D2N的二极管组125、运算放大器(Op Amp)130、以及FET M2。FET M2、电阻器R5和二极管组125串联耦合在Vdd与接地之间。FET M2(其可以用PMOS FET来实现)还与电阻器R6串联耦合在Vdd与接地之间。Op Amp 130包括被配置成接收跨二极管D1的电压VA的负输入端子、被配置成接收跨电阻器R5和二极管组125的串联连接的电压VB的正输入端子、以及耦合到FET M1和M2的栅极的输出端子。
通过负反馈控制，Op Amp 130经由FET M1和M2的相应栅极电压来控制通过FET M1和M2的电流I1和I2，以使得电压VB基于电压VA(例如，彼此基本相等，VB＝VA)。由于FET M1和M2被配置成具有相同的大小并且它们的栅极耦合在一起以形成电流镜，因此电流I1和I2也基本相同。由于电压VA和VB相同，并且电阻器R4和R6被配置成具有基本相同的电阻，因此通过电阻器R6的电流也是ICTAT电流，例如，与通过电阻器R4的电流ICTAT基本相同。
因此，通过二极管D1的电流与通过二极管组125的N个并联二极管D21至D2N的组合电流基本相同。二极管组125的二极管D21和D2N各自被配置成与二极管D1基本相同。由此，由于通过二极管D1的同一电流在二极管组125的N个二极管之间被拆分，因此通过二极管组125中的每个二极管的电流密度是通过二极管D1的电流密度的1/N。由于电流密度的不同，二极管组125产生与跨二极管D1的CTAT电压不同的CTAT电压。结果，跨电阻器R5产生具有正温度系数的电压(例如，PTAT电压)。这产生通过电阻器R5的电流IPTAT。
由FET M2产生的电流I2是电流IPTAT和ICTAT的组合(例如，总和)。由此，通过恰当选择R4、R5和R6的电阻，电流I2可以被配置成在所定义的温度范围上基本恒定。
装置100进一步包括子电路140，该子电路140被配置成基于通过M2的温度补偿电流I2来生成温度补偿参考电压VREF。子电路140包括FET M3和电阻器R1。温度补偿电流I2经由FET M2和M3的电流镜配置被镜像(例如，这些FET被配置成具有基本相同的大小和相同的栅源电压Vgs)以形成温度补偿电流I3。FET M3(其也可以用PMOS FET来实现)与电阻器R7串联耦合在Vdd与接地之间，这引起温度补偿电流I3流经电阻器R7以形成温度补偿参考电压VREF。
由此，为了使装置100恰当地操作，由电流源M1、M2和M3生成的电流I1、I2和I2应当基本相同。然而，因为电源电压Vdd相对低(例如，1V以下)，因此由于电压VA和VB随着温度降低而增加，FET M1和M2的漏源电压Vds可能变得相对小。在这种情形中，FET M1和M2的Vds可能显著小于FET M3的Vds；并且因此，FET M1和M2可以具有与FET M3的输出阻抗不同的输出阻抗。这产生电流I3与电流I1和I2之间的电流失配，从而在参考电压VREF中产生误差。
由于工艺变化引起的FET M1、M2和M3中的失配会造成电流I1、I2和I3之间的附加失配。
图2解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压VREF的另一示例性装置200的示意图。装置200被配置成解决与FET M1、M2和M3具有不同的漏源电压Vds、并且因此具有在电流I1、I2和I3之间产生电流失配的不同输出阻抗相关联的问题。装置200类似于装置100，但包括经修改的参考电压VREF生成子电路240，该子电路240具有附加的控制电路以确保跨电流源FET M1、M2和M3的电压基本相同。
具体而言，除了FET M3和电阻器R7之外，子电路240还包括Op Amp 245和FET M4。Op Amp 245包括被配置成接收电压VB的正输入端、耦合到FET M3的漏极的负输入端、以及耦合到FET M4的栅极的输出端。FET M4(其可以用PMOS FET来实现)耦合在FET M3与电阻器R7之间。参考电压VREF在FET M4的漏极处生成。
由于负反馈，因此Op Amp 245控制FET M4的栅极以使得电压VC与电压VB基本相同。由此，跨电流源FET M1、M2和M3的电压基本相同。
尽管这相对于图1中所示的装置100是一种改进，但由于电流源FET M1、M2和M3之间的失配，参考电压VREF中仍然存在误差。即，尽管可以通过由Op Amp 130和245以及FET M4提供的负反馈控制而使跨FET M1、M2和M3的电压基本相同，但分别通过FET M1、M2和M3的电流I1、I2和I3由于工艺变化引起的FET跨导增益不同而可能不同。这得到不同的电流I1、I2和I3，从而在参考电压VREF中产生误差。该误差随着电源电压Vdd降低而变得更普遍。
图3解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压VREF的又一示例性装置300的示意图。装置300背后的概念源于以下事实：可以使电阻器比FET更加一致；并且由此，与FET相比可以达成各电阻器之间的更好匹配。因此，装置300背后的概念是用相应的电阻器R1、R2和R3(具有基本相等的电阻)来替代电流源M1、M2和M3，并使用Op Amp 130和245来应用负反馈控制以跨电阻器R1、R2和R3施加基本相同的电压。这确保分别通过电阻器R1、R2和R3生成的电流I1、I2和I3基本相同，这引起参考电压VREF中的误差显著减小。
具体而言，装置300包括被配置成生成ICTAT电流的子电路310、被配置成生成IPTAT电流的子电路320、以及被配置成生成温度补偿参考电压VREF的子电路340。子电路310、320和340分别类似于装置200的子电路110、120和240，不同之处在于电阻器R1、R2和R3分别替代电流源FET M1、M2和M3。另外，装置300进一步包括耦合在电源电压轨Vdd与电阻器R1、R2和R3之间的FET M10(其可以用PMOS FET来实现)。Op Amp 130的输出耦合到FET M10的栅极以控制在电阻器R1、R2和R3的共同节点处的电压VSB。这被称为单点偏置，其中负反馈对单个节点处的偏置电压(例如，VSB)进行操作。
因此，由Op Amp 130提供的负反馈控制迫使电压VA和VB基本相同。由此，跨电阻器R1和R2的电压降彼此相等(VSB-VA＝VSB-VB，因为VA＝VB)。类似地，由Op Amp 245提供的负反馈控制迫使电压VB和VC基本相同。由此，跨电阻器R2和R3的电压降彼此相等(VSB-VB＝VSB-VC，因为VB＝VC)。
由于跨电阻器R1、R2和R3的电压基本相同，并且电阻器R1、R2和R3可以被制造成具有基本相同的电阻，因此温度补偿电流I1、I2和I3基本相同。这引起生成参考电压VREF时的误差显著减小。
图4解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压VREF的又一示例性装置400的示意图。装置400可以是参考电压源300的更详细实现的示例。装置400包括被配置成生成ICTAT电流的子电路410、被配置成生成IPTAT电流的子电路420、以及被配置成生成温度补偿参考电压VREF的子电路440。子电路410、420和440分别类似于装置300的子电路310、320和340，具有如下提及的一些差异。装置400的其余电路系统(即，Op Amp 130和245以及FET M10)与装置300的其余电路系统基本相同。
装置400与300之间的差异如下：(1)电阻器R1由串联耦合的电阻器R11和R12替代；(2)电阻器R2由串联耦合的电阻器R21和R22替代；(3)电阻器R3由串联耦合的电阻器R31和R32替代；(4)电阻器R4由串联耦合的电阻器R41-R48替代；(5)电阻器R5由彼此并联耦合的一对串联耦合电阻器R51-R52和R53-R54替代；(6)电阻器R6由串联耦合的电阻器R61-R68替代；(7)电阻器R7由串联耦合的电阻器R71-R74替代；(8)二极管D1由二极管式连接的双极晶体管Q1替代；以及(9)并联二极管D21-D2N的二极管组125由并联二极管式连接的双极晶体管Q21-Q2N的二极管组425替代。
装置400的操作原理与装置300的操作原理基本相同。装置400中的多个电阻器替代装置300中的单个电阻器的原因有两层：(1)由于工艺要求(例如，对电阻器的长宽比的限制)，多个电阻器(各自遵循工艺要求)可能需要串联或并联连接以达成期望的电阻；以及(2)多个电阻器允许工艺变化在统计上被平均掉，以更好地控制每组电阻器的总电阻。要注意，替代每一单个电阻器的电阻器的数目和/或组合在其他实现中可以变化。对于本领域技术人员而言应当明显的是，本文所公开的概念不限于图4中所解说的特定实现。
图5解说根据本公开的另一方面的用于生成温度补偿参考电压VREF的示例性方法500的流程图。方法500包括生成通过第一组一个或多个电阻器的第一温度补偿电流，其中基于第一温度补偿电流跨第一组一个或多个电阻器生成第一电压(框502)。
参照图3-4，用于生成第一温度补偿电流I2的装置的示例包括具有以下各项的电路系统：(1)电阻器R1(或R11-R12)、R2(或R21-R22)、R4(或R41-R48)、R5(或R51-R54)、以及R6(或R61-R68)；(2)二极管D1或二极管式连接的晶体管Q1；(3)并联耦合的二极管D21-D2N的二极管组125或者二极管式连接的晶体管Q21-Q2N的二极管组425；以及(4)包括Op Amp 130和晶体管(例如，FET)M10的控制电路。第一温度补偿电流I2流经第一组一个或多个电阻器R2或R21-R22，其中基于第一温度补偿电流I2跨第一组一个或多个电阻器R2或R21-R22生成第一电压(VSB-VB)。
方法500包括跨第二组一个或多个电阻器生成第二电压，其中第二电压基于第一电压，并且其中基于第二电压通过第二组电阻器生成第二温度补偿电流(框504)。
参照图3-4，用于生成第二电压的装置的示例包括Op Amp 245和晶体管(例如，FET)M4。由此，跨第二组一个或多个电阻器R3或R31-R32生成第二电压(VSB-VC)，其中第二电压(VSB-VC)基于(例如，基本等于)第一电压(VSB-VB)，并且其中基于第二电压(VSB-VC)通过第二组电阻器R3或R31-R32生成第二温度补偿电流I3。
方法500包括使第二电流通过第三组一个或多个电阻器，其中跨第三组一个或多个电阻器生成温度补偿参考电压(框506)。
参照图3-4，用于使第二电流通过第三组一个或多个电阻器的装置的示例包括电阻器R3或R31-R32、FET M4以及电阻器R7或R71-R74的串联连接。由此，使第二电流I3通过第三组一个或多个电阻器R7或R71-R74以跨第三组一个或多个电阻器R7或R71-R74生成温度补偿参考电压VREF。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员而言将容易是显而易见的，并且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变型而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。