电压基准电路的制作方法_3

文档序号:9374675阅读:来源:国知局
的电路在数学上等效于通过简单的诺顿-戴维宁 变换装置示于图Ia中的电路。
[0057] 使用根据图1至4的教学提供的电路也能够提供基准电压发生器,其在一个温度 修整,以在输出提供所希望的电压基准。该输出可以被缓冲,并通过耦合电压基准发生器到 缓冲的输出可提供第二微调点。这种缓冲的输出电压的示例示于图5,其中该块参考电压 发生器可被认为包括电路元件,例如如上所述。该参考电压发生器的输出端提供参考电压 Vref,它被耦合到大器的正输入端以便提供缓冲输出。该放大器是理想的可调增益放大器, 其增益可以调整以为整个电路提供第二微调点。在该可调节增益放大器的一个配置中,放 大器的反相输入端经由在反馈环路配置中的电阻器串的RFB,Rin耦合到放大器的输出V QUT。 该反相输入端耦合到所述电阻串的点可被改变,以提供所述第二微调点的整体电压基准电 路。第一微调点和第二微调点在单一温度的微调(其由电路的CTAT组件提供)提供温度 系数和输出电压的绝对值的变化。在第二温度的微调可用于提高精度的温度系数和输出电 压的绝对值。
[0058] 图6示出在标准0. 18微米CMOS工艺制造并评价的这种电路的例子。VPTAT组件 生成器被实施为1 = 5电池堆。所述第一单元使用类似于上文描述的参考图Ib中的拓扑 结构,m = 2,n = 48, Ia = 500nA以及Ib = 500nA,和提供至200mV整体堆栈的Δ Vbe贡献。 当可用的净空减小,接下来的三个单元中使用如在图Ib呈现的拓扑,但在本实施方式中,m =1,η = 48, Ia = 500nA以及Ib = 500nA。每个这些单元提供IOOmV的Δ Vbe贡献。当进 一步净空限制,第五单元使用例如在图Ia呈现的拓扑,m = 1,η = 48, Ia = 500nA以及Ib =500nA,并提供IOOmV的AVte贡献。应当理解,这些电压值是在室温下进行。
[0059] VCTAT组件生成器使用类似于上面参照图3所述的拓扑执行,名义上m= 2以及IO =1 μ A0曲率校正单元实施和使用,以及m = 2, η = 25/4, IOl = 500nA以及102 = 500nA 标称。每两个电阻RPTAT和RCTAT实施具有值Rptat= IOOkQ和Rctat= 220kQ的多晶硅 电阻器。电路所需的输出电压被确定为2. 5V的量级。
[0060] 按照图6的实施的电路被设计和模拟。图7a示出在任何修整被实现之前VPTAT 和组合物VCTAT电压分量的变化,以将电路的实际输出匹配为所需的2. 5V输出。在明智微 调电路元件之后,可检查VPTAT和组合物VCTAT电压分量的变化。图7b示出在应用该优化 处理之后的输出电压的变化。VOUT的最大观察温度系数是在-40 - 125°C温度范围内的 7. 8ppm/°C 〇
[0061] 使用根据本教导的电路,能提供用于在单一温度下的调整。另外,也可以提供用于 在两个或两个以上的温度下调整,可有利地用于更精确的应用。使用诸如根据本教导的架 构可以提供灵活的制造成本交易性能,它可以理解,在多个温度下的修整当需要时将需要 额外的校准作为附加温度通行证。应该理解,双温度微调将在精度的形式较好,但双和单温 度微调之间的差异迄今为止没有和传统架构一样大。
[0062] 使用双温度过程,作为第一步,被测设备DUT被强制为温度Tl并进行评价。DUT然 后被迫到第二温度T2,并再次进行评价。使用来自这两个评价的结果,可能确定输出电压的 值,在该时温度系数为最小。
[0063] 通过在两个不同温度修整,电路输出的精度可以得到改善。VOUT的最大观察温度 系数是在-40 - 125°C的温度范围内的3. 7ppm/°C。
[0064] 从上面应当理解,本教导提供在技术上的多个变化,其结合PTAT和CTAT单元以在 电路的输出提供电压基准。该电路使用PTAT单元以提供内部电压基准,其精度由该事实提 供:该PTAT组件由单元的两个组件或元件之间的差分产生,其固有地补偿变化彼此。由于 过程变化和不匹配,PTAT单元的输出PTAT电压(其与绝对温度电压成正比的形式)与降 低的可变性非常一致。如果在堆叠排列,每个单元的各个基极发射极差分可堆叠以增加贡 献PTAT组分的总价值,而不增加错误。该堆叠的较大输出电压然后可以与CTAT组件合并, 以消除任何温度依赖性影响并提供具有至少第一阶温度不敏感的电压基准。
[0065] 输出所需的任何修整使用不贡献于PTAT单元的元件进行。该电路的输出可以用 修整技术进行修改,其可以以简单的形式通过在第一温度修整第一组或甚至多组组件实 现。通过在多个温度下提供修整也能够提高电路的准确性。
[0066] 应当理解,根据本教导提供的电路提供了许多优点,包括:
[0067] -绝对值和温度系数的高精确度;
[0068] -低噪音;
[0069] -在低净空环境操作;
[0070] -在低功耗的环境操作;和
[0071] -可以使用比所需的常规或已知的装置更小的硅来实现;和
[0072] -根据所需要的精度,电路可能会在一个或两个温度进行修整。
[0073] 然而,不意图将本教导限制于任何一组优点或特征,可以作出修改而不脱离本教 导的精神和或范围。
[0074] 上文参考特定实施例描述提供与温度无关的电压输出的该系统、装置和方法。通 过明智地组合电路元件成两个或更多单元,可以使用PTAT组件作为整个电路的内部基准, 并通过提供CTAT组件的修整修改输出。以这种方式,PTAT组件的固有精确形式被保持,以 及CTAT组件被修整。
[0075] 但是,所属领域的技术人员应当理解:所述实施例的原理和优点可用于需要温度 敏感输出的任何其他系统、装置或方法。
[0076] 例如虽然参照电压输出描述,本教导可同样被认为适于提供电流基准。使用已知 的方法,应当理解,在需要时,PTAT电压可以改变为PTAT电流。例如,PTAT电流可以通过 电阻两端复制在不同集电极电流密度运行两个双极晶体管的基极-发射极电压差来产生。 当在小芯片面积中的小电流要产生时,可以使用在其三极管区工作的MOS晶体管。应该理 解,在三极管区中工作的MOS晶体管的"打开"电阻不能很好地控制,使得如果需要精度,则 利用电阻是优选的。
[0077] 此外,尽管基极-发射极电压已参照使用特定类型的双极晶体管就那些描述,任 何其它合适的晶体管或能够提供基极-发射极电压的晶体管可同样在本教导的范围内使 用。可以设想,每个单描述晶体管可以被实现为多个晶体管的基极-发射器,其可并行连 接。应当进一步理解,本文中所描述的晶体管都具有可用的3端子,并因为现代CMOS工艺 具有深N阱的能力,可使用这些方法制造质量低但功能垂直的npn双极晶体管。
[0078] 这样的系统、装置和/或方法可以在各种电子设备中实现。电子设备的示例可以 包括(但不限于)消费电子产品、消费者电子产品、电子测试设备、无线通信基础设施等。电 子设备的例子还可以包括光网络或其它通信的电路部分网络,和磁盘驱动器电路。所述消 费类电子产品可包括(但不限于)测量仪器、医疗设备、无线设备、移动电话(例如,智能电 话)、蜂窝基站、电话、电视机、计算机监视器、计算机、手持式计算机、平板计算机、个人数字 助理(PDA)、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、DVD播放器、⑶播放器、 数字视频录像机(DVR)器、VCR、MP3播放器、收音机、摄像机、照相机、数码相机、便携式存储 器芯
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