专利名称：参考电压产生电路及方法
技术领域：
本发明是有关于参考电压产生电路与方法，且特别是有关于一种利用能带隙参考电路的参考电压产生电路与方法。
背景技术：
因应半导体特性的缘故，在许多应用上，参考电压产生电路的输出参考电压需包含温度系数(temperature coefficient，简称TC)，以补偿温度效应。举例来说，如有一应用输出参考电压规格为1.6V+10mV/°C，此输出参考电压的绝对电压值的调整范围为1.2V 2. 0V，其温度系数可调整的范围为5mV/°C 15mV/°C。图IA显示输出参考电压的绝对电压值的调整示意图。于图IA中，曲线A1、B1与Cl 分别代表输出参考电压为1. 2V+IOmV/0CU. 6V+10mV/°C与2. 0V+10mV/°C。图IB显示输出参考电压的温度系数的调整示意图，曲线A2、B2与C2分别代表输出参考电压为1.6V+5mV/°C、 1. 6V+10mV/°C 与 1. 6V+15mV/°C。为调整绝对电压值与温度系数，于现有的参考电压产生电路中，一般会使用能带隙(Bandgap)电路来产生零温度系数电压(zero-TC voltage)与正温度系数电压 (Positive-TC voltage)，再利用具有多个缓冲器的加(减)法器来对所产生的电压进行加减，以产生具有不同温度系数的输出参考电压。然而，这类现有的架构因含有多个缓冲器而过于庞大复杂，造成耗电与电路面积都远大于不须进行温度补偿效应的设计。此外，执行电压加减的缓冲器更会造成多余偏差 (offset)，大幅影响输出参考电压及其温度系数的准确性。
发明内容
本发明的一目的是提出一种参考电压产生电路与其方法，其通过取出具温度系数电流而非电压来进行后续处理，因此不须动用到多个缓冲器，从而可具有面积小、耗电低、 结构简单、温度系数准确等优点。本发明另一目的是提出一种参考电压产生电路与其方法，其通过将电流相减以合成偏压电流，可提高偏压电流的温度系数，如此可用较小的可变电阻即能得到所需范围的输出参考电压，以及可加宽零温度系数的基准电压的输入范围。本发明的又一目的是提出一种参考电压产生电路与其方法，其通过电流路径的切换以使偏压电流于不同温度系数之间切换，输出参考电压因此可在不同温度系数之间作切换，从而可应用于种种不同的场合，可达弹性及广泛的应用。根据本发明一方面的一种参考电压产生电路，包括一能带隙参考电路，产生具有不同温度系数的多个初始电流；一基准电压产生电路，耦接至该能带隙参考电路，用以复制这些初始电流并合成为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压；一偏压电流源电路，耦接至该能带隙参考电路及该基准电压产生电路的至少一个，用以依据这些初始电流当中至少一个来产生一至多个偏压电流；以及一或多个稳压输出电路，当中每一个耦接至该基准电压产生电路以接收该一或多个基准电压当中的一对应者，以及耦接至该偏压电流源电路以接收该一或多个偏压电流当中的一对应者，用以将所接收的该偏压电流转换为一个别差量电压以与该基准电压相加成为一个别输出参考电压。根据本发明的另一方面的一种参考电压产生方法，包括产生具有不同温度系数的多个初始电流；复制这些初始电流并合成为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压；依据这些初始电流当中至少一个来分别产生一或多个偏压电流；以及将该一或多个偏压电流转换为一或多个差量电压以分别与该基准电压当中的一个相加成为一或多个输出参考电压当中的一个。本发明的有益技术效果是相较于现有技术，上述实施例通过取出能带隙参考电路的电流而非电压来进行后续处理，因此不须动用到多个缓冲器，从而可具有面积小、耗电低、结构简单、温度系数准确等优点。此外，通过电流相减以合成偏压电流，可提高偏压电流的温度系数，结果可用较小的可变电阻即能得到所需范围的输出参考电压，以及可加宽零温度系数的基准电压的输入范围。此外，通过电流路径的切换以使偏压电流于不同温度系数之间切换，输出参考电压因此可在不同温度系数之间作切换，从而可应用于种种不同的场合。为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明如下
图IA显示输出参考电压的绝对电压值的调整示意图。图IB显示输出参考电压的温度系数的调整示意图。图2显示根据本发明第一实施例的参考电压产生电路的示意图。图3显示电流的温度系数概念。图4显示根据本发明第二实施例的参考电压产生电路的示意图。图5A及图5B显示根据本发明第三实施例的参考电压产生电路于不同态样下的示意图。图6显示根据本发明第四实施例的参考电压产生方法的流程图。
具体实施例方式在此所揭露的参考电压产生电路中，是将不同温度系数的初始电流(譬如为一正温度系数电流与一负温度系数电流)加总成为一合成电流并转换为一基准电压，以及依据这些初始电流来产生一或多个偏压电流，再依据该一或多个偏压电流与该基准电压来分别产生一或多个正/负/零温度系数输出参考电压。下列特举数个实施例加以说明。第一实施例请参考图2，其显示根据本发明第一实施例的参考电压产生电路的电路示意图。如图2所示，参考电压产生电路200包括能带隙参考电路210、基准电压产生电路220、偏压电流源电路230与一至多个稳压输出电路(在此以两个稳压输出电路MOA及MOB为例)。 以下的说明可轻易类推至更多数目的稳压输出电路。能带隙参考电路210经配置以产生不同温度系数的初始电流。于较佳的情况下，这些初始电流包括具有正温度系数的第一电流Il及具有负温度系数的第二电流12。基准电压产生电路220耦接至能带隙参考电路210，并经配置以复制能带隙参考电路210所产生的初始电流、进行合成，从而产生一合成电流，并继而将该合成电流转换为一或多个基准电压。于图2所示的较佳实施例中，基准电压产生电路220复制第一电流Il 及第二电流12并合成为具有零温度系数的第三电流13，以及将第三电流13转换为具有零温度系数的基准电压Vl及V2。偏压电流源电路230耦接至能带隙参考电路210及基准电压产生电路220当中至少一个。偏压电流源电路230依据第一电流Il及第二电流12当中至少一个来产生一至多个偏压电流。于此图中，是以两个偏压电流分别等于第一与第二电流Il及12为例来说明。稳压输出电路MOA及MOB皆耦接至基准电压产生电路220，以分别接收对应的基准电压Vl及V2。此外，稳压输出电路MOA及MOB并分别耦接至偏压电流源电路230， 以接收对应的偏压电流(以下将以接收第二电流12与第一电流Il为例)。稳压输出电路 240A及MOB继而分别可将所接收的偏压电流转换为个别的差量电压(即电阻R4与R5的个别跨压)，以分别与基准电压Vl及V2相加成为个别的输出参考电压Voutl与Vout2。图2亦显示能带隙参考电路210、基准电压产生电路220、偏压电流源电路230与稳压输出电路MOA及MOB分别的范例细部电路结构。须注意，图2的范例细部结构仅作说明之用，有种种不同结构的电路结构皆可用实施能带隙参考电路210、基准电压产生电路 220、偏压电流源电路230与稳压输出电路MOA及Μ0Β，只要能达到上述功能即可。于图2所示的范例中，能带隙参考电路210譬如可包括正比于绝对温度(PTAT， proportional to absolute temperature)电流产生电路210A，其经配置以产生具有正温度系数的第一电流Il ；以及电压至电流转换电路210B，耦接至正比于绝对温度电流产生电路210A的一节点，用以将该节点的电压VEBl转换为具有负温度系数的第二电流12。使用此电压转电流(voltage-to-current)的电路将负温度系数电压(如节点电压VEB1)转换为负温度系数的第二电流12的优点在于可减少元件数目以降低电路面积。具体而言，于此范例的PTAT电流产生电路210A中，是设置有一对接面晶体管T25 及T26，譬如是PNP双载子接面晶体管(BJT)，且两者的集极及基极皆耦接至一参考电压 (譬如接地GND)。接面晶体管T25及D6两者具有不同的电流面积密度，譬如是接面晶体管 T25的面积(譬如A)小于接面晶体管D6的面积(譬如nA，其中η为大于1的正整数)。另一方面，PTAT电流产生电路210Α还设置有一对场效应晶体管Τ23及Τ24，譬如是N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)，两者的栅极相接，漏极则分别耦接至接面晶体管Τ25及 Τ26的射极，且场效晶体管Τ23的栅极与源极相接。此外，PTAT电流产生电路210Α还设置有另一对场效应晶体管Τ21及Τ22，譬如是P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PM0Q，两者的栅极相接，源极皆耦接至另一参考电压(譬如为VDD)，漏极则分别耦接至场效晶体管Τ25 及Τ26的源极。在场效晶体管Τ21至Τ24的这种连接配置下，场效晶体管Τ23及Τ24的漏极电压可相等，即皆等于接面晶体管Τ25的基极-射极端跨压VEBl。因此可导出第一电阻 Rl的跨压Vl = VEB1-VEB2 = KTln(η)，即流过第一电阻元件Rl的第一电流Il = KTln(η)/ Rl0换言之，第一电流Il的温度系数为正值。另一方面，于图2所示的电压至电流转换电路210Β的范例细部结构中，包括有一操作放大器OPl及一电阻R2。操作放大器OPl的两输入端因虚短路而锁定在同一电压，即PTAT电流产生电路210A的节点电压VEBl。通过电阻R2的电阻特性，此节点电压可转换为第二电流12 12 = VEB1/R2。由于VEBl为负温度系数电压，所以第二电流12的温度系数亦为负值。此外，电压至电流转换电路210B设置有一场效应晶体管T27，其栅极电压可反应出第二电流的大小。另一方面，于图2所示的基准电压产生电路220的范例细部结构中，基准电压产生电路220可包括一镜射电路，其具有第一及第二镜射用晶体管D8与T29，其栅极分别耦接至能带隙参考电路210，用以分别复制第一电流Il及该第二电流12。此外，基准电压产生电路220亦包括一电阻R3，其耦接至第一镜射用晶体管T28的源极与第二镜射用晶体管 T29的源极，用以汇流第一电流Il及第二电流Il成为第三电流13，并利用其电阻特性而将第三电流13转换为一或多个基准电压(在此譬如为Vl及V2)。选择性地，第三电阻R3可为一可变电阻。举例而言，借着设置一或多个多路转换器(在此譬如为多路转换器MUXl及 MUX2)分别耦接至电阻R3，可利用控制信号Cl及C2来选择电阻R3的电阻值而调整基准电压Vl及V2的电压电平。值得注意的是，在此仅以设置单一个电阻R3为例，实际上亦可设置多个电阻，分别转换出一或多个基准电压。图3显示第一至第三电流Il 13随温度变化的示意图。于较佳的情况下，通过适当的电路设计，第一电流与第二电流的加总，即流经电阻R3的第三电流13，可为零温度系数电流。比如，假设第一电流Il的温度系数为+10μ A/°C，而第二电流12的温度系数为-10 μ A/°C，则第三电流13的温度系数为+10 μ A/°C+(-10 μ A/°C) =0μΑ/ 。由于第三电流13为零温度系数电流，故跨压于电阻R3上的电压亦为零温度系数电压。在控制信号Cl与C2的控制下，多路转换器MUXl与MUX2从电阻R3上取出适当电压成为基准电压Vl 与V2，其中电压Vl与V2亦为零温度系数电压。继续参考图2。于图2所示的偏压电流源电路230的范例细部结构中，偏压电流源电路230可包括镜射用晶体管Τ30 Τ32与Τ35。在栅极适当的连接下，通过对晶体管Τ21、 Τ22与D8的电流镜射，晶体管Τ30、Τ31与Τ35可复制出正温度系数的第一电流II。相似地，在栅极适当的连接下，通过对晶体管Τ27与Τ32的电流镜射，晶体管Τ32可复制出负温度系数的第二电流12。另一方面，于图2所示的范例细部结构中，是以两个稳压输出电路MOA与MOB为例来说明。于本范例中，稳压输出电路MOA与MOB可为A类(Class Α)稳压输出电路。详细地说，于稳压输出电路MOA中，是配置有一电阻元件(譬如为可变电阻R4)，其具有第一端耦接至输出节点Voutl，第二端则接收镜射用晶体管T32所复制出的第二电流12。此外， 稳压输出电路MOA亦包括一输出晶体管T33耦接于输出节点Voutl与一参考电平(譬如为接地GND)之间，以及一操作放大器0P2，具有第一输入端接收基准电压VI，第二输入端耦接至可变电阻R4，以及一输出端耦接至至输出晶体管T33的栅极。相似地，稳压输出电路MOB 中，亦配置有一电阻元件(譬如为可变电阻R5)、输出晶体管T34，以及操作放大器0P3，其连接方式与稳压输出电路MOA相似，差别在于可变电阻R5改为接收镜射用晶体管T35所复制出的第二电流II，以及可变电阻R5与输出晶体管T34两者耦接至输出节点Vout2。于稳压输出电路MOA中，通过操作放大器0P2的虚短路作用，可变电阻R4的第二端的电压可等于基准电压VI。此外，通过可变电阻R4的电阻特性，可产生横跨于可变电阻R4的差量电压_I2*R4。因此，输出参考电压Voutl等于基准电压Vl加上差量电压(_I2*R4)，亦即可表示为Voutl=Vl-I2*R4。在基准电压Vl为零温度系数电压且第二电流 12为负温度系数电流的较佳情况下，输出参考电压Voutl因此可为正温度系数电压，并可通过可变电阻R4来调整温度系数。相似地，通过操作放大器0P3与可变电阻R5的操作，输出参考电压Vout2等于基准电压V2加上差量电压I1*R5，即可表示为Voutl = V2+I1*R5。 在基准电压V2为零温度系数电压且第一电流Il为正温度系数电流的较佳情况下，输出参考电压Vout2同样可为正温度系数电压，且同样可通过可变电阻R5来调整温度系数。综上所述，参考电压产生电路200可先通过能带隙参考电路210来产生不同温度系数的第一与第二电流Il与12，并以基准电压产生电路220进行电流镜射与转换以产生零温度系数的基准电压，以及以偏压电流源电路230进行电流镜射而复制出一至多个偏压电流，再以稳压输出电路M0A-240B将基准电压与该一至多个偏压电流转换为一至多个可具有不同温度系数的输出参考电压。相较于结构复杂及面积庞大的现有的技术，参考电压产生电路200并未利用多个缓冲器来对能带隙参考电路的电压作加减，反而是取出能带隙参考电路所产生的电流(在此称为初始电流)并利用面积较小且结构较为简单的偏压电流源电路230、基准电压产生电路220与稳压输出电路M0A-240B来进行后续处理，最后可获得一至多个不同温度系数的输出参考电压，故可具有面积小、耗电低、结构简单、温度系数准确的优点。值得注意的是，于其它实施例中，可设计不同的电流镜射路径，以使流经可变电阻 R4的电流改为正温度系数电流II，藉以使得输出参考电压Voutl变为负温度系数电压。额外或另外地，可设计不同的电流镜射路径，以使流经可变电阻R5的电流为负温度系数电流 12，藉以使得输出参考电压Vout2变为负温度系数电压。换言之，输出参考电压Voutl与 Vout2的温度系数的正负值组合有种种不同的可能性，且可再通过可变电阻R4与R5来调整大小。再者，于其它实施例中，可实施较多或较少数目的偏压电流与稳压输出电路，以提供较多或较少数目的相同或不同温度系数的输出参考电压。更甚者，基准电压产生电路220 所产生的合成电流与基准电压并不限于零温度系数，而可具有非零的温度系数。故此处所揭露的技术可达相当广泛且弹性的应用。第二实施例请参考图4，其显示根据本发明第二实施例的参考电压产生电路的电路示意图。与图2的参考电压产生电路200类似，图4的参考电压产生电路400包括能带隙参考电路 410、基准电压产生电路420、偏压电流源电路430与一至多个稳压输出电路(在此亦以两个稳压输出电路440A及440B为例来说明)。于图4所示的范例中，能带隙参考电路410亦可包含正比于绝对温度电流产生电路410A与电压至电流转换电路410B。然而，相较于图2所示的参考电压产生电路200，图 4所示的参考电压产生电路400的差异是在于偏压电流源电路430不将第一与第二电流11 与12简单复制成为偏压电流，而是额外增加电流合成功能，以提供不同温度系数的偏压电流，从而稳压输出电路440A及440B可产生不同温度系数的输出参考电压。以下仅就参考电压产生电路200与400的差异来作说明，其余部份可参考第一实施例的描述。于此图所示的范例中，是用电流相减来举例说明此电流合成功能，其可提高输出参考电压的温度系数。为达此电流相减功能，偏压电流源电路430是额外增设了镜射用晶体管T41 T50。通过对于晶体管T27的电流镜射，镜射用晶体管T41、T42与T43可复制出第二电流12(负温度系数电流)。此外，与图2类似，镜射用晶体管T30可复制出第一电流12。故而，流经镜射用晶体管T31的偏压电流14 = 11-12，其为一正温度系数电流。最后，经过对于镜射用晶体管T31的电流镜射，镜射用晶体管T35同样可复制出偏压电流14以提供给稳压输出电路440B使用。相似地，通过对于晶体管T21与T22的电流镜射，镜射用晶体管T44、T45与Τ46可复制出第一电流Il (正温度系数电流)。通过对于晶体管Τ27的电流镜射与对于晶体管之间的适当尺寸设计，镜射用晶体管Τ41与Τ47可复制出12’(负温度系数电流)，其为第二电流12的倍数，且电流大小关系为12’ >11 >12。故而，流经镜射用晶体管Τ48的偏压电流15 = 12’ -11，其为一负温度系数电流。最后，经过对于镜射用晶体管Τ48的电流镜射， 镜射用晶体管Τ50、Τ49、Τ32同样可复制出偏压电流15以提供给稳压输出电路440Α使用。请转回参考图3，其显示出偏压电流14与15的温度系数。由图3可知，虽然电流Il与14皆为正温度系数电流，但电流14的温度系数的绝对值大于偏压电流Il的温度系数的绝对值。此外，虽然偏压电流12、12’与15皆为负温度系数电流，但偏压电流15的温度系数的绝对值大于第二电流12的温度系数的绝对值。举例而言，假设电流Il的温度系数为+10 μ A/°C，电流12的温度系数为-10μΑ/ ，则电流14的温度系数为+10μΑ/ -(-ΙΟμΑ/Γ ) = +20 μ A/以及电流15的温度系数为-10 μ A/°C - (+10 μ A/°C ) = -20 μ A/°C ο请继续参考图4。于稳压输出电路440A中，输出参考电压Voutl = V1_I5*R4。于基准电压Vl为零温度系数电压且偏压电流15为负温度系数电流的较佳情况下，输出参考电压Voutl为正温度系数电压。相似地，于稳压输出电路440B中，输出参考电压Vout2 = V2+I4*R5。于基准电压V2为零温度系数电压且偏压电流14为正温度系数电流的较佳情况下，输出参考电压Vout2为正温度系数电压。如图3的相关说明所述，由于偏压电流14与 15的温度系数拥有较大绝对值，因此输出参考电压Voutl与Vout2的温度系数亦有所提升。综合上述，通过将正温度系数的第一电流Il减去负温度系数的第二电流12来产生偏压电流14，或者将负温度系数的第一电流12’减去正温度系数的第二电流Il来产生偏压电流14，可提高偏压电流14与15的温度系数，甚至达数倍的多。故而，此实施例可产生多种优点。举例而言，可用较小的可变电阻R4与R5即能得到所需范围的输出参考电压 Vout2与Voutl，有助于减少电路面积。此外，电流相减所得到的偏压电流14与15亦可大幅下降，因此可降低可变电阻R4与R5所造成的压降，结果可加宽零温度系数的基准电压Vl 与V2的输入范围。值得注意的是，与图2类似，于其它实施例中，可设计不同的电流镜射路径，以使流经可变电阻R4的电流改为正温度系数电流14，藉以使得输出参考电压Voutl变为负温度系数电压。额外或另外地，可设计不同的电流镜射路径，以使流经可变电阻R5的电流为负温度系数电流15，藉以使得输出参考电压Vout2变为负温度系数电压。换言的，输出参考电压Voutl与Vout2的温度系数的正负值组合有种种不同的可能性，且可再通过可变电阻R4 与R5来调整大小。再者，于其它实施例中，可实施较多或较少数目的偏压电流与稳压输出电路，以提供较多或较少数目的相同或不同温度系数的输出参考电压。更甚者，基准电压产生电路420 所产生的合成电流与基准电压并不限于零温度系数，而可具有非零的温度系数。此外，亦值得注意的是，于图4所示的范例中，是用电流相减来举例说明此电流合成功能，其可提高输出参考电压的温度系数。然而于其它实施例中，偏压电流源电路430可实施其它不同类型的电流合成，譬如是第一与第二电流Il与12不同权重的相加与相减，藉以产生不同温度系数的输出参考电压。更甚者，在能带隙参考电路410产生更多数目的初始电流下，亦可依据这些初始电流实施更多类型的电流合成，从而产生不同温度系数的输出参考电压。此处所揭露的技术可达相当广泛且弹性的应用。第三实施例请参考图5A与图5B，其显示根据本发明第三实施例的参考电压产生电路500的电路示意图。与图4的参考电压产生电路400类似，图5A与图5B的参考电压产生电路500 包括能带隙参考电路510、基准电压产生电路520、偏压电流源电路530与一至多个稳压输出电路(在此亦以两个稳压输出电路MOA及MOB为例来说明)。于图5A与图5B所示的范例中，能带隙参考电路510亦可包含正比于绝对温度电流产生电路510A与电压至电流转换电路510B。然而，相较于图4所示的参考电压产生电路400，图5A与图5B所示的参考电压产生电路500的差异是在于偏压电流源电路530额外增加一电流路径切换功能，以使偏压电流可弹性地于不同温度系数之间切换，从而稳压输出电路MOA及MOB的输出参考电压亦可弹性地于不同温度系数之间切换。以下仅就参考电压产生电路400与500的差异来作说明，其余部份可参考第一与第二实施例的描述。为达此电流路径切换功能，偏压电流源电路530是额外增设了开关SWl SW4，其开关组合总共可有四种样态，分别为态样一 (Sffl导通SW3切断；SW2导通SW4切断)、态样二 (Sffl导通SW3切断；SW2切断SW4导通)、态样三(Sffl切断SW3导通；SW2导通SW4切断)、及态样四(SWl切断SW3导通；SW2切断SW4导通)。图5A与图5B分别显示态样一和态样三，可轻易类推其余态样。于实际应用上，可设计开关SWl SW4操作于上述态样一至四当中的一至多个，譬如为态样一与态样三。参考图5A，于态样一中，开关SWl及SW2导通而开关SW3及SW4切断，因此参考电压产生电路500的操作基本上相同于图4的参考电压产生电路400的操作。亦即，此时的偏压电流源530所产生的偏压电流14与15分别具有正温度系数及负温度系数，因此稳压输出电路MOA及MOB的输出参考电压Voutl与Vout2皆为正温度系数电压。转为参考图5B，于态样三中，由于开关SW2切断而开关SW4切断，因此流经镜射用晶体管T48的电流为11+12，其在适当设计下具有零温度系数。镜射用晶体管T50、T49与 T32的电流镜射亦可复制出偏压电流11+12供稳压输出电路MOA使用。类似地，由于开关 SWl切断而开关SW3切断，因此流经镜射用晶体管T31的电流为11+12，其在适当设计下具有零温度系数。镜射用晶体管T31与T35亦可复制出偏压电流11+12供稳压输出电路MOB 使用。综合上述，通过开关SWl SW4的切换作用，使得偏压电流源所产生的偏压电流可在不同温度系数的组合之间作切换。譬如处于态样三时，偏压电流皆具有零温度系数；而处于态样一时，偏压电流分别具有正及负温度系数。结果，输出参考电压Voutl与Vout2的温度系数的组合亦可在不同温度系数的组合之间作切换。因此，参考电压产生电路500可应用于需要切换有/无温度系数的场合，或可同时符合不同应用的种种需求。。值得注意的是，与图4类似，于其它实施例中，可设计不同的电流镜射路径，以产生不同温度系数的偏压电流与输出参考电压。譬如稳压输出电路MOA及MOB在态样一下可改为接收偏压电流14与15，以使得态样一下的输出参考电压Voutl与Vout2皆变为负温度系数电压。换言之，输出参考电压Voutl与Vout2的温度系数的正负值组合有种种不同的可能性，且可再通过可变电阻R4与R5来调整大小。再者，于其它实施例中，可实施较多或较少数目的稳压输出电路，以提供较多或较少数目的相同或不同温度系数的输出参考电压。更甚者，基准电压产生电路520所产生的合成电流与基准电压并不限于零温度系数，而可具有非零的温度系数。此外，亦值得注意的是，于图5A与图5B所示的范例中，是用电流加减与相加来举例说明不同态样下的电流合成与切换功能。然而于其它实施例中，偏压电流源电路530可实施其它种种不同类型的电流合成及/或电流路径切换，譬如是第一与第二电流Il与12 以不同权重相加与相减，藉以产生不同温度系数的输出参考电压。更甚者，在能带隙参考电路510产生更多数目的初始电流下，亦可依据这些初始电流实施更多类型的电流合成与切换，从而产生不同温度系数的输出参考电压。故此处所揭露的技术可达相当广泛且弹性的应用。值得注意的是，上述第一至第三实施例可彼此选择性结合，以形成其它可能实施例。举例但不限于，于其它可能实施例中，偏压电流源电路可包括第2、4、及图5A-5B的偏压电流源电路230、430与530的任意数目的组合，并搭配对应数目的稳压输出电路，以产生各种不同的偏压电流与输出参考电压。本发明第四实施例揭露一种参考电压产生方法。图6显示根据本发明第四实施例的参考电压产生方法的流程图。如图6所示，于步骤610中，产生具有不同温度系数的多个初始电流，其细节比如可参考上述第一至第三实施例的能带隙参考电路如何产生电流 Il与12，于此不重述。接着，于步骤620中，复制这些初始电流并合成为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压，其细节比如可参考上述第一至第三实施例中，基准电压产生电路如何进行电流镜射与转换以产生零温度系数的基准电压，于此不重述。接着，于步骤630中，依据这些初始电流当中至少一个来分别产生一或多个偏压电流，其细节比如可参考上述第一至第三实施例中，偏压电流源电路如何进行电流镜射而复制出一至多各偏压电流，于此不重述。接着，于步骤640中，将该一或多个偏压电流转换为一或多个差量电压以分别与该基准电压当中的一个相加成为一或多个输出参考电压当中的一个，其细节比如可参考上述第一至第三实施例中，稳压输出电路如何将基准电压与该一至多个偏压电流转换为一至多个不同温度系数的输出参考电压，于此不重述。综合上述，相较于现有技术，上述实施例通过取出能带隙参考电路的电流而非电压来进行后续处理，因此不须动用到多个缓冲器，从而可具有面积小、耗电低、结构简单、温度系数准确等优点。此外，通过电流相减以合成偏压电流，可提高偏压电流的温度系数，结果可用较小的可变电阻即能得到所需范围的输出参考电压，以及可加宽零温度系数的基准电压的输入范围。此外，通过电流路径的切换以使偏压电流于不同温度系数之间切换，输出参考电压因此可在不同温度系数之间作切换，从而可应用于种种不同的场合。综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改变或替换。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种参考电压产生电路，其特征在于，包括一能带隙参考电路，产生具有不同温度系数的多个初始电流；一基准电压产生电路，耦接至该能带隙参考电路，用以复制这些初始电流并合成为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压；一偏压电流源电路，耦接至该能带隙参考电路及该基准电压产生电路的至少一个，用以依据这些初始电流当中至少一个来产生一至多个偏压电流；以及一或多个稳压输出电路，当中每一个耦接至该基准电压产生电路以接收该一或多个基准电压当中的一对应者，以及耦接至该偏压电流源电路以接收该一或多个偏压电流当中的一对应者，用以将所接收的该偏压电流转换为一个别差量电压以与该基准电压相加成为一个别输出参考电压。
2.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，这些初始电流包括具有正温度系数的第一电流及具有负温度系数的第二电流。
3.根据权利要求2所述的参考电压产生电路，其特征在于，该能带隙参考电路包括一正比于绝对温度电流产生电路，用以产生该第一电流；以及一电压至电流转换电路，耦接至该正比于绝对温度电流产生电路的一节点，用以将该节点的一电压转换为该第二电流。
4.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，该偏压电流源电路包括一或多个镜射用晶体管，耦接至该能带隙参考电路及该基准电压产生电路当中至少一个，用以复制这些初始电流当中至少一个来分别作为该一至多个偏压电流当中至少一个。
5.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，该偏压电流源电路包括一电流合成电路，耦接至该能带隙参考电路及该基准电压产生电路当中至少一个，用以复制这些初始电流当中至少的两者并将其合成为该一至多个偏压电流当中至少一个。
6.根据权利要求3所述的参考电压产生电路，其特征在于，该电流合成电路还包括多个开关元件，用以于该电流合成电路的不同电流路径上进行切换来合成不同电流成分，以切换该偏压电流的温度系数。
7.根据权利要求2所述的参考电压产生电路，其特征在于，该偏压电流源电路所产生的该一或多个偏压电流是分别等于该第一电流、该第二电流、该第一电流与该第二电流的相加值、及该第一电流与该第二电流的相减值当中的一个。
8.根据权利要求2所述的参考电压产生电路，其特征在于，该基准电压产生电路是将所复制的该第一电流及该第二电流相加成为具有实质上为零温度系数的该第三电流，以及将该合成电流转换为具有实质上为零温度系数的该一或多个基准电压。
9.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，该基准电压产生电路包括一镜射电路，包括多个镜射用晶体管，这些镜射用晶体管彼此并联耦接，且当中每一个的栅极耦接至该能带隙参考电路，以分别复制这些初始电流并汇流成为该合成电流；以及一电阻元件，用以将该合成电流转换为该一或多个基准电压。
10.根据权利要求9所述的参考电压产生电路，其特征在于，还包括一或多个多路转换器，当中每一个耦接至该电阻元件，用以选择该电阻元件的电阻值以调整该一或多个基准电压当中的一个。
11.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，该一或多个稳压输出电路当中每一个包括一电阻元件，耦接于该偏压电流源电路及一输出节点之间； 一输出晶体管，耦接至该输出节点；以及一操作放大器，具有一第一输入端耦接至该基准电压产生电路的该一或多个基准电压当中的一个，一第二输入端耦接至该电阻元件，以及一输出端耦接至至该输出晶体管的一栅极。
12.—种参考电压产生方法，其特征在于，包括 产生具有不同温度系数的多个初始电流；复制这些初始电流并合成为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压；依据这些初始电流当中至少一个来分别产生一或多个偏压电流；以及将该一或多个偏压电流转换为一或多个差量电压以分别与该基准电压当中的一个相加成为一或多个输出参考电压当中的一个。
13.根据权利要求12所述的参考电压产生方法，其特征在于，这些初始电流包括具有正温度系数的第一电流及具有负温度系数的第二电流。
14.根据权利要求13所述的参考电压产生方法，其特征在于，产生具有不同温度系数的多个初始电流的步骤包括产生该第一电流；以及将产生该第一电流的过程中所产生的一节点电压转换为该第二电流。
15.根据权利要求12所述的参考电压产生方法，其特征在于，产生该一或多个偏压电流的步骤包括复制这些初始电流当中的至少一个来分别作为该一或多个偏压电流当中至少一个。
16.根据权利要求12所述的参考电压产生方法，其特征在于，产生该一或多个偏压电流的步骤包括复制这些初始电流当中至少的两者并将其合成为该一或多个偏压电流当中至少一个。
17.根据权利要求14所述的参考电压产生方法，其特征在于，将所复制的这些初始电流合成为该一或多个偏压电流当中的一个的步骤包括于不同电流路径上进行切换来合成不同电流成分，以切换该偏压电流的温度系数。
18.根据权利要求13所述的参考电压产生方法，其特征在于，该一或多个偏压电流当中的每一个是分别等于该第一电流、该第二电流、该第一电流与该第二电流的相加值、及该第一电流与该第二电流的相减值当中的一个。
19.根据权利要求13所述的参考电压产生方法，其特征在于，产生该一或多个基准电压的步骤包括将所复制的该第一电流及该第二电流相加成为具有实质上为零温度系数的该第三电流，以及将该合成电流转换为具有实质上为零温度系数的该一或多个基准电压。
20.根据权利要求12所述的参考电压产生方法，其特征在于，产生该一或多个基准电压的步骤包括复制这些初始电流并汇流成为该合成电流；以及利用一电阻特性而将该合成电流转换为该一或多个基准电压。
21.根据权利要求18所述的参考电压产生方法，其特征在于，利用该电阻特性而将该合成电流转换为该一或多个基准电压的步骤包括进行一或多个多路转换处理以选择该电阻特性的电阻值而调整该该一或多个基准电压的电压电平。
全文摘要
本发明是一种参考电压产生电路及方法。参考电压产生电路包括一能带隙参考电路，产生具有不同温度系数的多个初始电流；一基准电压产生电路用以合成这些初始电流为一合成电流，以及将该合成电流转换为一或多个基准电压；一偏压电流源电路，用以依据这些初始电流当中至少一个来产生一或多个偏压电流；以及一或多个稳压输出电路，当中每一个用以将一或多个偏压电流当中的一个转换为一个别差量电压以与该基准电压相加成为一个别输出参考电压。每一输出参考电压具有各自的温度系数，故此参考电压产生电路可达弹性及广泛的应用。
文档编号G05F3/26GK102478876SQ20101057389
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者丁振国, 吴振聪, 胡敏弘, 苏品翰 申请人:联咏科技股份有限公司