电压基准电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及一种用于产生电压基准的方法和装置。更具体地，本公开内容涉 及被配置为提供输出信号的方法和电路，所述输出信号组合绝对温度分量的比例量和绝对 温度分量的互补，以产生不依赖于温度的稳定输出。
【背景技术】
[0002] 公知的是温度影响电路的性能，以及重要的是提供提供了不依赖于温度波动的输 出，即电压基准，的电路。应该理解，电压基准可以被转换为电流基准，对于如下解释，将参 照描述本教导以在电路的输出端提供电压基准，但是应当理解，本教导应被解释为不限于 这样的电压基准。
[0003] 在提供电压基准的情况下，已知的是使用带隙型的电压基准，其基于具有相反和 平衡温度系数（TCS)的两个电压分量的总和。通常，第一电压部分涉及双极型晶体管的基 极-发射极电压，其本身具有互补于绝对温度的形式，表示为CTAT电压。第二电压部分从 在不同的集电极电流密度操作的两个双极晶体管的基极-发射极电压差获得，A VBE。该电 压正比于绝对温度并被表示为PTAT电压。很经常的，基极-发射极电压差反映在产生相应 PTAT电流的电阻器上。使用相同类型（相同TC)的第二电阻器，基极-发射极电压差被增 益到所期望的水平，以平衡CTAT电压分量。
[0004] 真正的电压基准受到许多错误影响，诸如温度漂移和温度系数（TC)。响应相对 于操作温度的该变化可被认为是第一阶变化，但所得的误差也可能具有高阶误差分量的贡 献。该高阶错误可能由抛物线或二阶形式与绝对温度得到很好的近似。为了补偿这些误差， 总是需要一种微调电路和方法以保证目标规格独立于电路如何设计或它的体系结构。
[0005] 总之，持续需要可提供精确的基准电路的电路。
【发明内容】
[0006] 这些和其它问题通过根据本发明教导提供的电压基准电路解决。通过明智地组合 电路元件，也能够在电路的输出节点产生与温度无关的电压或电流。电路元件包括第一组 组件，其被相对彼此配置以提供形式成正比于绝对温度的输出，PTAT。理想地，该第一组组 件包含双极晶体管，以及组件被配置成在两个双极晶体管的基极发射极电压生成正比于差 分的信号，AV be。
[0007] 第二组组件被耦合到该第一组组件。第二组组件可操作地提供在形式互补于绝对 温度的输出，CTAT。
[0008] 本教导提供用于以方式耦合第一组和第二组组件，从而在单一温度微调所述第二 组部件可用于补偿由工艺参数和失配引入的误差。当第一组电路元件产生自引用的输出 时，该PTAT由内部电路部件的比率产生，这种单一微调步骤足以在电路的输出提供第一阶 温度不敏感的电压基准。
【附图说明】
[0009] 通过举例的方式，现在将参考附图描述提供其以协助本教导的理解的实施例，其 中：
[0010] 图Ia是表示根据本发明教导提供的示例性电路的组件的示意图；
[0011] 图Ib是表示根据本发明教导提供的示例性电路的组件的示意图；
[0012] 图Ic是表示根据本发明教导提供的示例性电路的组件的示意图；
[0013] 图2a是表示按照本发明教导经配置以产生PTAT输出的电路部件的细节的示意 图；
[0014] 图2b是表示按照本发明教导经配置以产生PTAT输出的电路部件的细节的示意 图；
[0015] 图3是表示按照本发明教导经配置以产生CTAT输出的电路部件的细节的示意 图；
[0016] 图4是表示按照本发明教导电路组件可以如何被组合以提供曲率校正单元的示 意图；
[0017] 图5是表示在根据本发明教导提供的电路中可有效使用的电路元件的示意图；
[0018] 图6是多个PTAT单元可以如何彼此相对堆叠以增加对根据本教导提供的电路的 PTAT贡献的示例性图示；和
[0019] 图7a和图7b是示出根据本发明教导提供的电路的仿真数据。
【具体实施方式】
[0020] 本教导提供一种组合第一组电路元件的输出和第二组电路元件的输出的基准电 路。第一组电路元件提供成正比于绝对温度的至少一个比例数PTAT，被配置为产生电压的 电路依赖于温度并具体会随环境温度升高增加。第二组电路元件提供绝对温度的至少一个 互补CTAT，被配置为生成电压的单元是温度依赖的并具体地会随环境温度升高降低。通过 组合第一和第二组电路元件的PTAT和CTAT电压，电路的整体输出可以提供不具有温度敏 感，也就是说，它既不增加也不降低环境温度的变化。以这种方式，电路提供电压基准。
[0021] 本教导现在将参照示例性安排进行说明。根据本教导的电路的精确实现可以变 化，但变化共享共同的结构，由此当进行修整或校准机制的必要调整时，提供电路的PTAT 组件的电路元件集没有改变。可在本教导的范围内采用的体系结构的基本块结构示于每个 图la、图Ib和图lc。图Ia不出被配置在电压模式中的一组电路兀件，图Ib不出配置成在 CTAT电流模式的一组电路元件，和图Ic示出配置在PTAT电流模式的一组电路元件。如上 面提到的，在所有情况下，任何调整都以这样的方式进行，不改变经设计以稳定过程参数的 变化的PTAT组件。
[0022] 图Ia的电路提供两个电压组件，一个PTAT和一个CTAT。每两个组件经由两个电 阻器R ptaJPRctat被耦合到公共节点Vraf。尽管以方框示意图的形式示出，即作为本PTAT电 压组件的底层结构被选择，使得PTAT电压组件是非常一致的，具有到工艺变化和它的各种 电路元件的局部不匹配的最小灵敏度。例如，如果是由两个双极型晶体管之间的基极发射 极电压差产生PTAT组件，则实际电压是自我补偿各个元件的差异的相对项，其用于生成单 个基极发射极电压。在这种方式中，PTAT电压组件可以被认为是基准电路的总体架构内的 内部基准。
[0023] 正如上面提到的，根据本教导提供的电路耦合PTAT组件和CTAT组件，以便产生 温度无关的电压，V raf。如将在下面更详细地描述，所述电路被配置为使得所述PTAT组件由 配置成产生绝对温度的比例数PTAT的第一组电路元件提供，依赖于在不同的电流密度操 作的第一和第二双极晶体管之间的基极发射极电压差的信号。该PTAT信号可以是电压或 电流信号。该CTAT组件由经配置成生成绝对温度的互补的第二组电路元件提供CTAT，信 号再次可以是CTAT电流或电压。通过安排PTAT分量与CTAT分量，可将CTAT信号分量耦 合到PTAT信号以在电路的输出提供一阶温度不敏感的输出电压。该耦合典型地通过布置 PTAT和CTAT分量在桥配置中提供。在本教导的上下文中，术语"桥配置"的目的是定义相 对于共享抽头点的电路的第一和第二分支，使得在任两个分支的改变影响在共用抽头点的 信号。PTAT组件限定第一分支，以及CTAT组件限定第二分支，所述共享抽头点是电路的输 出 Vref。
[0024] 通过在桥配置中提供PTAT和CTAT分量，PTAT分量可以提供用于该电路的内部基 准。此外，单独使用CTAT组件可足以提供电路的校准。这种校准可以通过审慎地选择那些 在CTAT分支中使用的电路元件的值的先验来完成，以制造电路。在这种方式中，CTAT分量 的值是硬编码或硬接线到线路。在另一种配置中，可微调或以其它方式调整由CTAT组件的 电路部件所提供的值，以改变其对在共用成抽头点的整体感测信号的贡献。
[0025] 如果电路被设计成使得所述PTAT分量将不会改变作为修整工作的部分以提供所 需的电压参考，则该