CN100438330C - 带隙参考电路 - Google Patents

Abstract

一种带隙参考电路，其中：一减法器连接到一P沟道带隙参考单元以及一N沟道带隙参考单元之间，该减法器包含两个NPN型晶体管，其二者连接到该P沟道带隙参考单元，以及两个PNP型晶体管，其二者连接到该N沟道带隙参考单元。该减法器将该P沟道带隙参考单元以及该N沟道带隙参考单元所产生的电流作相减，并在一输出电阻上产生一小于1伏特的曲率补偿电压，其电压对于温度敏感度极低。

Description

带隙参考电路

技术领域

本发明提供一种带隙参考电路(bandgap reference circuit)，特别指一种低电压带隙参考电路。

背景技术

参考电压产生器广泛地应用于模拟与数字电路中，如动态随机存取存储器以及速闪存储器，而带隙参考电路用来提供一稳定的输出电压，其对温度以及供电电压的敏感度极低。

传统带隙参考输出电压大约为1.25伏特，其几乎等于以电子伏特测量出的硅带隙，然而，现代的次微米技术中大约以1伏特为主，因此传统带隙参考电路便无法符合现阶段的需求。

1伏特的最小供电电压受限于两个因素，一为1.25伏特的参考电压超过1伏特，另一为比例于绝对温度(proportional-to-absolute-temperature)(PTAT)电流产生回路的低电压设计受限于放大器的输入共模电压，公知利用电阻来作分压，或利用低定限电压装置或BiCMOS制造工艺来降低这些限制因素所造成的影响，但这些解决方案道需要成本较高的制造工艺技术来完成。

带隙参考电路可分为两种类型，一种为将两个温度依存相反的元件的电压加总起来(称为A型)，另一种为将两个元件的电流加总起来(称为B型)，此两种类型皆可设计出可工作于供电电压为大于1伏特以及小于1伏特的状态下。

图1为传统A型带隙参考电路10的示意图，带隙参考电路10包含一运算放大器12，两个晶体管M1、M2，两个电阻R1、R2，以及两个二极管Q1、Q2。晶体管M1、M2的源极连接到供电电压V_DD，晶体管M1的漏极经由电阻R1连接到二极管Q1的射极，以及连接到运算放大器12的正输入端。同样地，晶体管M2的漏极经由电阻R2连接到二极管Q2的射极，以及连接到运算放大器12的负输入端。晶体管M1、M2的栅极连接到运算放大器12的输出端。在CMOS的应用中，每一个二极管Q1、Q2对称形成于如图1的结构中，二者的集电极与基极连接到接地端，如图1所示。

忽略基极的电流，在正向工作状态下的二极管的射极-基极电压为下列运算式：

$V_{\mathrm{EB}}=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln \left(\frac{I_C}{I_S}\right),---\left(1\right)$

其中

k为波兹曼常数(1.38×10^-23J/K)，

q为1电子库伦(1.6×10^-19C)，

T为温度，

I_C为集电极的电流，以及

I_S为饱和电流。

当运算放大器12的输入端电压皆相同，以及二极管Q1的大小为二极管Q2大小的N倍时，二极管Q1与Q2之间射极-基极电压差异ΔV_EB为以下的运算式：

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{EB}}=V_{\mathrm{EB}2}-V_{\mathrm{EB}1}=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N,---\left(2\right)$

其中

V_EB1为二极管Q1的射极-基极电压，以及

V_EB2为二极管Q2的射极-基极电压。

当流经电阻R1的电流等同于流经电阻R2的电流，以及流经电阻R1的电流设为PTAT时，可得输出参考电压V_REF如下：

$V_{\mathrm{REF}}=V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_2}{R_1}{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{EB}}\≡V_{\mathrm{REF}-\mathrm{CONV}},---\left(3\right)$

其中

R₁为电阻R1的电阻值，

R₂为电阻R2的电阻值，以及

V_REF-CONV为传统参考电压。

射极-基极电压V_EB的负温度系数为-2mV/℃，而射极-基极电压差异ΔV_EB的正温度系数为0.085mV/℃，假如慎选电阻R1、R2的电阻值比例，输出参考电压V_REF对于温度的敏感度会较低。一般来说，供电电压V_DD大约为3至5伏特，而输出参考电压V_REF大约为1.25伏特，因此传统带隙电路10无法工作于供电电压小于1伏特的状态下。

图2为传统B型带隙参考电路20的示意图，图2中代号与图1中代号相同者，其元件亦相同，带隙参考电路20包含一运算放大器22，三个晶体管M1、M2、M3，四个电阻R1、R2、R3、R4，以及两个二极管Q1，Q2，其各元件连接方式如图2所示。

与带隙参考电路10相比较，带隙参考电路20更适合工作于低的供电电压，其不需叠加成两个互补的电压，B型带隙参考电路20将两个温度依存相反的电流作相加，在图2的带隙参考电路20中，流经电阻R3的电流为PTAT，假如电阻R1与R2的电阻值相同，流经与晶体管M1、M2相同的MOS晶体管M3的电流为以下运算式：

$I_{M3}=\frac{1}{R_1}(V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_1}{R_3}\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N),---\left(4\right)$

而参考电压如下：

$V_{\mathrm{REF}}=\frac{R_4}{R_1}(V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_1}{R_3}\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N)=\frac{R_4}{R_1}\·V_{\mathrm{REF}-\mathrm{CONV}}---\left(5\right)$

因此，图2的带隙参考电路20中，以电阻的比例为主要关键，各电阻因制造工艺时的差异将不会对参考电压有很大的影响，一般来说，供电电压V_DD大约为1.5伏特，而输出参考电压V_REF大约为1.2伏特。

图3为可工作于供电电压小于1伏特的传统B型带隙参考电路30，图3中代号与图2中代号相同者，其元件亦相同，带隙参考电路30包含一运算放大器32，三个晶体管M1、M2、M3，六个电阻R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4，以及两个二极管Q1，Q2，其各元件连接方式如图3所示，供电电压受限于运算放大器32的输入共模电压，其电压必须相当小以确保两个输入端可工作于饱和区域。

低供电电压的改进，如带隙参考电路30，其关系于运算放大器32的两输入端，反馈回路在电阻R3产生PTAT电压，而电阻R1a与R2a的比例可使供电电压与运算放大器32的输入共模电压之间的电压增大，以使得P沟道的两输入端即使在供电电压小于1伏特时仍可工作于饱和区域，带隙参考电路30所提供小于1伏特的电压如下：

$V_{\mathrm{REF}-\mathrm{SUBIV}}=\frac{R_4}{R_1}(V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_1}{R_3}\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N)=\frac{R_4}{R_1}\·V_{\mathrm{REF}-\mathrm{CONV}},---\left(6\right)$

其电压与图2中的带隙参考电路20所提供的电压的运算式相似，在带隙参考电路30的工作中，供电电压V_DD大约为1.0至1.9伏特，而输出参考电压V_REF大约为0.6伏特。

由上述的公知带隙参考电路10、20以及30的详述可知，急需一种改良且成本低廉的低电压参考电路来改进公知的问题。

发明内容

本发明提供一种带隙参考电路，以解决上述的问题。

本发明公开一种带隙参考电路，其包含一P沟道带隙参考单元，其包含一输出端连接到一第一节点(n1)，一N沟道带隙参考单元，其包含一输出端连接到一第二节点(n2)，以及一减法器。该减法器包含一第一晶体管(M4)，其包含一源极连接到一第一电压，一漏极以及一栅极，其二者连接到该第二节点(n2)，一第二晶体管(M5)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极连接到一第三节点(n3)，以及一栅极连接到该第一晶体管(M4)的栅极，一第三晶体管(M6)，其包含一源极连接到一第二电压，一漏极以及一栅极，其二者连接到该第一节点(n1)，一第四晶体管(M7)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极连接到该第三节点(n3)，以及一栅极连接到该第三晶体管(M6)的栅极，以及一输出电阻(RREF)连接到该第三节点(n3)以及该第二电压之间。

本发明的优点在于当适当地提供该第一与第二电压时，即可在该第三节点得到一小于1伏特的参考电压，其电压对于温度的敏感度极低。

本发明的另一优点在于该带隙参考电路适合CMOS制造工艺。

本发明的另一优点在于无须低低限电压装置或BiCMOS制造工艺即可实现本发明。

附图说明

图1为传统带隙参考电路的示意图。

图2为传统低电压带隙参考电路的示意图。

图3为传统低电压带隙参考电路的示意图。

图4为两个二极管的基极-射极电压相对于温度的示意图。

图5为图4中两个二极管的基极-射极电压差异相对于温度的示意图。

图6为输出参考电压曲线图。

图7为第一实施例的低电压曲率补偿参考电路的示意图。

图8为图7电路的电流与参考电压的示意图。

图9为NPN型CMOS BJT的示意图。

图10为为第二实施例的低电压曲率补偿参考电路的示意图。

图11为第三实施例的低电压曲率补偿参考电路的示意图。

图12为图11电路的参考电压相对于温度的示意图。

图13为图11电路的最小供电电压的示意图。

图符号说明

76减法器

10、20、30、70、100、200带隙参考电路

12、22、32、112、114运算放大器

72、74、102、104、202、204带隙参考单元

n1、n2、n3节点

Q1、Q2、Q1’、Q2’二极管

M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M1’、M2’、M3’晶体管

R1、R2、R3、R4、R1a、R1b、R2a、R2b电阻

R1a’、R1b’、R2a’、R2b’电阻

具体实施方式

为阐明本发明，请参考图4与图5，图4为二极管Q1、Q2的基极-射极电压相对于温度的关系图，图5为两个二极管基极-射极电压差异相对于温度的关系图。当基极-射极电压V_EB＝0.55V且温度T＝300K时，基极-射极电压V_EB的负温度系数大约为-2mV/℃，而两个二极管的基极-射极电压差异ΔV_EB相对于温度，如图5所示，在本发明中用来产生PTAT以减少负温度系数的影响。

假设传统带隙电路的输出参考电压V_REF如下：

$V_{\mathrm{REF}}=E_G+V_T(\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})(1+\ln \frac{T_0}{T}),---\left(7\right)$

其中

γ为基极的平均电洞迁移律μ＝CT^γ-4中的γ，

α为I_C＝GT^α中的α，

E_G为硅的带隙电压，

T₀为V_REF的温度系数为零时的开式温度，以及

T为开式温度。

忽略硅的带隙电压E_G的温度依存，将运算式(7)以温度微分一次以及微分两次如下：

$\frac{{\∂V}_{\mathrm{REF}}}{\∂T}=\frac{k}{q}(\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})\ln \frac{T_0}{T}---\left(8\right)$

以及

$\frac{\∂}{\∂T}\left(\frac{{\∂V}_{\mathrm{REF}}}{\∂T}\right)=-\frac{k}{q}\frac{(\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})}{T}---\left(9\right)$

注意的是，运算式(9)中的(γ-α)控制运算式(7)中V_REF的曲率，换句话说，若(γ-α)为正数，V_REF的凹口向下；而若(γ-α)为负数，V_REF的凹口向上。

请参考图6，图6为根据运算式(7)的凹口向下的输出参考电压的示意图，图6显示数个不同参考温度T₀的模拟曲线，其根据TSMC 0.25μm 1P5M制造工艺的PNP两极晶体管的带隙电路的模拟，该制造工艺为接近室温的纯P型硅，其γ＝1.8以及α＝0。

请参考图7，图7为本发明第一实施例的低电压曲率补偿带隙参考电路70，带隙参考电路70为一CMOS电路，其亦可利用其他方式来实现。带隙参考电路70包含一第一带隙参考单元72，其输出端连接到一第一节点n1，一第二带隙参考单元74，其输出端连接到一第二节点n2，以及一减法器76，连接到第一带隙参考单元72与第二带隙参考单元74之间。第一带隙参考单元72为一P沟道材料(device)，其输出一电流I₁，而第二带隙参考单元74为一N沟道材料，其输出一电流I₂。

减法器76包含一第一晶体管M4，其源极连接到一第一电压V_DD，其漏极与栅极皆连接到第二节点n2，以及一第二晶体管M5，其源极亦连接到第一电压V_DD，其漏极连接到一第三节点n3，其栅极连接到第一晶体管M4的栅极，晶体管M4以及M5皆为PNP型材料。减法器76另包含一第三晶体管M6，其源极连接到接地端，其漏极连接到第三节点n3，其栅极连接到第一节点n1，以及一第四晶体管M7，其源极连接到接地端，其漏极连接到第一节点n1，其栅极连接到第三晶体管M6的栅极，晶体管M4以及M5皆为NPN型材料。一输出电阻RREF连接到第三节点与接地端之间。

请参考图8，图8为图7中带隙参考电路70的电流与参考电压的曲线图，电流I₁以及I₂皆为向上凹的曲线，当第一带隙参考单元72与第二带隙参考单元74的参考温度T₀相近，电流I₁以及I₂的曲线相似。如图8所示，减法器76的基本操作为自第二带隙参考单元74所产生的大电流I₂中减去第一带隙参考单元72所产生的小电流I₁，其操作可使温度的灵敏度降低以及在电阻RREF上产生曲率补偿电压V_REF。另参考图9，图9为NPN型BJT的示意图，其为深N型井的标准CMOS制造工艺，其可为实施本发明的一种材料。

请参考图10，图10为本发明第二实施例的低电压曲率补偿带隙参考电路100，带隙参考电路100包含一P沟道带隙参考单元102(与参考单元72相似)以及一N沟道带隙参考单元104(与参考单元74相似)，其二者经由减法器76相连接。带隙参考电路100可视为带隙参考电路70的最佳实施例，带隙参考电路70亦可应用于带隙参考电路100中。

P沟道带隙参考单元102与图2的带隙参考电路20相似，因此，具有相同代号者，其元件亦相同，P沟道带隙参考单元102包含一第一运算放大器112，一第五晶体管M1，其源极连接到第一电压V_DD，其漏极连接到第一运算放大器112的正输入端，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端，以及一第六晶体管M2，其源极连接到第一电压V_DD，其漏极连接到第一运算放大器112的负输入端，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端。N沟道带隙参考单元104另包含一第一电阻R1，连接到接地端与第一运算放大器112的正输入端之间，一第二电阻R2，连接到接地端与第一运算放大器112的负输入端之间，一第一二极管Q1，其集电极与基极皆连接到接地端，其射极经由一第三电阻R3连接到第一运算放大器112的正输入端，以及一第二二极管Q2，其集电极与基极皆连接到接地端，其射极连接到第一运算放大器112的负输入端。P沟道带隙参考单元102另包含一第七晶体管M3，其源极连接到第一电压V_DD，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端，其漏极连接到第一节点n1，其中晶体管M1、M2以及M3与二极管Q1以及Q2皆为PNP型材料。

N沟道带隙参考单元104与N沟道材料的图2的带隙参考电路20相似，N沟道带隙参考单元104包含一第二运算放大器114，一第八晶体管M1’，其源极连接到接地端，其漏极连接到第二运算放大器114的正输入端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端，以及一第九晶体管M2’，其源极连接到接地端，其漏极连接到第二运算放大器114的负输入端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端。带隙参考电路104另包含一第四电阻R1’，连接到第一电压V_DD与第二运算放大器114的正输入端之间，一第五电阻R2’，连接到第一电压V_DD与第二运算放大器114的负输入端之间，一第三二极管Q1’，其集电极与基极皆连接到第一电压V_DD，其射极经由一第六电阻R3’连接到第二运算放大器114的正输入端，以及一第四二极管Q2’，其集电极与基极皆连接到第一电压V_DD，其射极连接到第二运算放大器114的负输入端。N沟道带隙参考单元104另包含一第十晶体管M3’，其源极连接到接地端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端，其漏极连接到第二节点n2，其中晶体管M1’、M2’以及M3’与二极管Q1’以及Q2’皆为NPN型材料。

由运算式(4)可得P沟道带隙参考单元102在第一节点n1所产生的电流如下：

$I_1=\frac{1}{R_1}(V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_1}{R_3}\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N_{\mathrm{PNP}})=\frac{V_{\mathrm{REF}\_\mathrm{PNP}}}{R_1}---\left(10\right)$

其中

R₁为电阻R1的电阻值，

R₃为电阻R3的电阻值，

V_EB2为二极管Q2的射极-基极电压，

N_PNP为二极管Q1与Q2的大小比例值，以及

V_REF-PNP为在第一节点n1的电压值。

相同地，N沟道带隙参考单元104在第二节点n2所产生的电流如下：

$I_2=\frac{1}{R_1^{\′}}(V_{\mathrm{EB}2}+\frac{R_1^{\′}}{R_3^{\′}}\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N_{\mathrm{NPN}})=\frac{V_{\mathrm{REF}\_\mathrm{NPN}}}{R_1^{\′}}---\left(11\right)$

其中

R_1’为电阻R1’的电阻值，

R_3’为电阻R3’的电阻值，

V_BE2为二极管Q2’的基极-射极电压，

N_NPN为二极管Q1’与Q2’的大小比例值，以及

V_{REF_NPN}为在第二节点n2的电压值。

然后应用运算式(7)以算出电流差异ΔI＝I₂-I₁如下：

$\mathrm{\ΔI}=E_G(\frac{1}{R_1^{\′}}-\frac{1}{R_1})+V_T(1+\ln \frac{T_0}{T})(\frac{{(\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})}_{\mathrm{NPN}}}{R_1^{\′}}-\frac{{(\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})}_{\mathrm{PNP}}}{R_1})---\left(12\right)$

其中

NPN单元104中的γ等于1.58，其为硅在室温下的状态，以及

PNP单元102中的γ等于1.8，其为硅在室温下的状态。

当选择适当的电阻R1与R1’时，运算式(12)的最后一可被省略，忽略E_G的温度依存，ΔI便为与温度无关的电流，因此，在电阻RREF产生一与温度无关的电流，其相对应所产生的输出参考电压如下：

$V_{\mathrm{REF}}=R_{\mathrm{REF}}(I_2-I_1)=\frac{R_{\mathrm{REF}}}{R_1}((V_{\mathrm{BE}2}-V_{\mathrm{EB}2})+(\frac{1}{R_3^{\′}}-\frac{1}{R_3})R_1\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln N)---\left(13\right)$

其中

R_REF为电阻RREF的电阻值，

R₁’等于R₁，以及

N_NPN等于N_PMP。

经由调整电阻以使P沟道带隙参考单元102以及N沟道带隙参考单元104的参考温度T₀相近，因此参考单元102以及104分别产生不同大小的电流I₁以及I₂，但其参考温度T₀相近，以使减法器76得以在第三节点n3产生一对于温度敏感度极低的电压V_REF。

在第二实施例的带隙参考电路100，最小的供电电压V_DD(min)如下：

V_DD(min)＝Max[(V_{EB2_PNP}+|V_TP|+2·|V_DSsat|)，(V_{BE2_NPN}+V_TN+2V_DSsat)]   (14)

其中

V_{EB2_PNP}为二极管Q2的射极-基极电压，

V_{BE2_NPN}为二极管Q2’的基极-射极电压，

V_TP为PNP型的定限电压，is the PNP threshold voltage，

V_TN为NPN型的定限电压，以及

V_DSsat为漏极-源极饱和电压。

请参考图11，图11为为本发明第三实施例的低电压曲率补偿带隙参考电路200，带隙参考电路200包含一P沟道带隙参考单元202(与参考单元72、102相似)以及一N沟道带隙参考单元204(与参考单元74、104相似)，其二者经由减法器76相连接。带隙参考电路200可视为带隙参考电路70的最佳实施例，带隙参考电路70亦可应用于带隙参考电路200中。

P沟道带隙参考单元202与图3的带隙参考电路30相似，因此，具有相同代号者，其元件亦相同，P沟道带隙参考单元202包含一第一运算放大器112，一第五晶体管M1，其源极连接到第一电压V_DD，其漏极经由一第七电阻R1a连接到第一运算放大器112的正输入端，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端，以及一第六晶体管M2，其源极连接到第一电压V_DD，其漏极经由一第八电阻R2a连接到第一运算放大器112的负输入端，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端。P沟道带隙参考单元202另包含一第九电阻R1b，连接到接地端与第一运算放大器112的正输入端之间，一第十电阻R2b连接到接地端与第一运算放大器112的负输入端之间，一第一二极管Q1，其集电极与基极皆连接到接地端，其射极经由一第三电阻R3连接到晶体管M1的漏极，以及一第二二极管Q2，其集电极与基极皆连接到接地端，其射极连接到晶体管M2的漏极。P沟道带隙参考单元202另包含一第七晶体管M3，其源极连接到第一电压V_DD，其栅极连接到第一运算放大器112的输出端，其漏极连接到第一节点n1，P沟道带隙参考单元202中，如带隙参考单元102，晶体管M1、M2以及M3与二极管Q1以及Q2皆为PNP型材料。

N沟道带隙参考单元204与N沟道材料的图3的带隙参考电路30相似，N沟道带隙参考单元204包含一第二运算放大器114，一第八晶体管M1’，其源极连接到接地端，其漏极经由一第十一电阻R1a’连接到第二运算放大器114的正输入端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端，以及一第九晶体管M2’，其源极连接到接地端，其漏极经由一第十二电阻R2a’连接到第二运算放大器114的负输入端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端，一第十三电阻R1b’，连接到第一电压V_DD与第二运算放大器114的正输入端之间，以及一第十四电阻R2b’，连接到第一电压V_DD与第二运算放大器114的负输入端之间。N沟道带隙参考单元204另包含一第三二极管Q1’，其集电极与基极皆连接到第一电压V_DD，其射极经由一第六电阻R3’连接到晶体管M1’的漏极，以及一第四二极管Q2’，其集电极与基极皆连接到第一电压V_DD，其射极连接到晶体管M2’的漏极。N沟道带隙参考单元204另包含一第十晶体管M3’，其源极连接到接地端，其栅极连接到第二运算放大器114的输出端，其漏极连接到第二节点n2，N沟道带隙参考单元204中，如带隙参考单元104，其中晶体管M1’、M2’以及M3’与二极管Q1’以及Q2’皆为NPN型材料。

在第三实施例的带隙参考电路200，最小的供电电压V_DD(min)如下：

$V_{\mathrm{DD}\left(\min \right)}=\mathrm{Max}\left[\begin{array}{c}(\frac{R_{1b}}{R_{1a}+R_{1b}}{V}_{\mathrm{EB}2\_\mathrm{PNP}}+|V_{\mathrm{TP}}|+2\·|V_{\mathrm{DSsat}}\left|\right),\\ (\frac{R_{1b}^{\′}}{R_{1a}^{\′}+R_{1b}^{\′}}{V}_{\mathrm{BE}2\_\mathrm{NPN}}+V_{\mathrm{TN}}+2V_{\mathrm{DSsat}})\end{array}\right]---\left(15\right)$

其中

R_1a、R_1b、R_1a’以及R_1b’分别为电阻R1a、R1b、R1a’以及R1b’的电阻值。

第一、第二以及第三实施例中的电路70、100以及200的工作与结果是相似的，在第三实施例中，仍需应用运算式(13)，而电阻值R₁等于R_1a’+R_1b’＝R_1a+R_1b，一般来说，第二实施例的电路100需要较精确的供电电压V_DD＝1.5V，而第三实施例的电路200的供电电压仅需V_DD＝0.9V。

图12为参考电压相对于温度的示意图，而图13为图11的电路200的最小供电电压的示意图，图12与十三皆为模拟电路200的结果，其为TSMC 0.25μm的制造工艺，图12显示10.7ppm/℃的带隙参考电压，其温度介于-10度至120度之间，而图13的最小供电电压为0.9V。

此前已描述带隙参考电路70、100以及200为CMOS电路，其亦可利用其他制造工艺技术来实现，如离散组件、BiCMOS，或半导体制造工艺。此外，适当地组合电流或新技术亦可用于实现本发明。

与公知技术相比较，本发明提供一曲率补偿低电压带隙参考电路，其在第三节点n3产生一小于1伏特的参考电压，其电压对于温度的敏感度极低，本发明的电路已可利用CMOS制造工艺所制造，而无须利用低定限电压装置或BiCMOS制造工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种带隙参考电路，其包含：

一P沟道带隙参考单元，其包含一输出端连接到一第一节点(n1)；

一N沟道带隙参考单元，其包含一输出端连接到一第二节点(n2)；以及

一减法器，其包含：

一第一晶体管(M4)，其包含一源极连接到一第一电压，一漏极以及一栅极，其二者连接到该第二节点(n2)；

一第二晶体管(M5)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极连接到一第三节点(n3)，以及一栅极连接到该第一晶体管(M4)的栅极；

一第三晶体管(M6)，其包含一源极连接到一第二电压，一漏极以及一栅极，其二者连接到该第一节点(n1)；

一第四晶体管(M7)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极连接到该第三节点(n3)，以及一栅极连接到该第三晶体管(M6)的栅极；以及

一输出电阻(RREF)连接到该第三节点(n3)以及该第二电压之间。

2.如权利要求1所述的带隙参考电路，其中该第一晶体管(M4)以及该第二晶体管(M5)为PNP型晶体管，该第三晶体管(M6)以及该第四晶体管(M7)为NPN型晶体管，该第二电压为接地端，以及该第一电压高于接地端。

3.如权利要求2所述的带隙参考电路，其中该P沟道带隙参考单元为一CMOS P沟道带隙参考，以及该N沟道带隙参考单元为一CMOS N沟道带隙参考。

4.如权利要求3所述的带隙参考电路，其中该P沟道带隙参考单元以及该N沟道带隙参考单元分别产生一低于1伏特的输出参考电压并分别输入于该第一节点(n1)以及该第二节点(n2)。

5.如权利要求1所述的带隙参考电路，其中当第二电压为接地端时，该第一电压近似为0.9伏特，以使一第三节点的输出参考电压介于550至570毫伏特之间。

6.如权利要求1所述的带隙参考电路，其中该P沟道带隙参考单元包含：

一第一运算放大器(112)，其包含一正输入端、一负输入端以及一输出端；

一第五晶体管(M1)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极连接到该正输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第六晶体管(M2)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极连接到该负输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第一电阻(R1)连接到该第二电压以及该正输入端之间；

一第二电阻(R2)连接到该第二电压以及该负输入端之间；

一第一二极管(Q1)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第二电压，以及一射极经由一第三电阻(R3)连接到该正输入端；

一第二二极管(Q2)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第二电压，以及一射极连接到该正输入端；以及

一第七晶体管(M3)，其包含一其包含一源极连接到该第一电压，一栅极连接到该输出端，以及一漏极连接到该第一节点(n1)。

7.如权利要求6所述的带隙参考电路，其中该第二电压为接地端，该第一电压高于接地端，该第三晶体管(M6)以及该第四晶体管(M7)为NPN型晶体管，该第五晶体管(M1)、该第六晶体管(M2)以及该第七晶体管(M3)为PNP型晶体管，以及该第一二极管(Q1)以及该第二二极管(Q2)为PNP型二极管。

8.如权利要求1所述的带隙参考电路，其中该N沟道带隙参考单元包含：

一第二运算放大器(114)，其包含一正输入端、一负输入端以及一输出端；

一第八晶体管(M1’)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极连接到该正输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第九晶体管(M2’)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极连接到该负输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第四电阻(R1’)连接到该第一电压以及该正输入端之间；

一第五电阻(R2’)连接到该第一电压以及该负输入端之间；

一第三二极管(Q1’)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第一电压，以及一射极经由一第六电阻(R3’)连接到该正输入端；

一第四二极管(Q2’)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第一电压，以及一射极连接到该正输入端；以及

一第十晶体管(M3’)，其包含一其包含一源极连接到该第二电压，一栅极连接到该输出端，以及一漏极连接到该第二节点(n2)。

9.如权利要求8所述的带隙参考电路，其中该第二电压为接地端，该第一电压高于接地端，该第一晶体管(M4)以及该第二晶体管(M5)为PNP型晶体管，该第八晶体管(M1’)、该第九晶体管(M2’)以及该第十晶体管(M3’)为NPN型晶体管，以及该第三二极管(Q1’)以及该第四二极管(Q2’)为NPN型二极管。

10.如权利要求1所述的带隙参考电路，其中该P沟道带隙参考单元包含：

一第一运算放大器(112)，其包含一正输入端、一负输入端以及一输出端；

一第五晶体管(M1)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极经由一第七电阻(R1a)连接到该正输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第六晶体管(M2)，其包含一源极连接到该第一电压，一漏极经由一第八电阻(R2a)连接到该负输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第九电阻(R1b)连接到该第二电压以及该正输入端之间；

一第十电阻(R2b)连接到该第二电压以及该负输入端之间；

一第一二极管(Q1)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第二电压，以及一射极经由一第三电阻(R3)连接到该第五晶体管(M1)的漏极；

一第二二极管(Q2)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第二电压，以及一射极连接到该第六晶体管(M2)的漏极；以及

一第七晶体管(M3)，其包含一其包含一源极连接到该第一电压，一栅极连接到该输出端，以及一漏极连接到该第一节点(n1)。

11.如权利要求10所述的带隙参考电路，其中该第二电压为接地端，该第一电压高于接地端，该第三晶体管(M6)以及该第四晶体管(M7)为NPN型晶体管，该第五晶体管(M1)、该第六晶体管(M2)以及该第七晶体管(M3)为PNP型晶体管，以及该第一二极管(Q1)以及该第二二极管(Q2)为PNP型二极管。

12.如权利要求1所述的带隙参考电路，该N沟道带隙参考单元包含：

一第二运算放大器(114)，其包含一正输入端、一负输入端以及一输出端；

一第八晶体管(M1’)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极经由一第十一电阻(R1a’)连接到该正输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第九晶体管(M2’)，其包含一源极连接到该第二电压，一漏极经由一第十二电阻(R2a’)连接到该负输入端，以及一栅极连接到该输出端；

一第十三电阻(R1’b)连接到该第一电压以及该正输入端之间；

一第十四电阻(R2’b)连接到该第一电压以及该负输入端之间；

一第三二极管(Q1’)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第一电压，以及一射极经由一第六电阻(R3’)连接到该第八晶体管(M1’)的漏极；

一第四二极管(Q2’)，其包含一集电极、一基极，其二者连接到该第一电压，以及一射极连接到该该第九晶体管(M2’)的漏极；以及

一第十晶体管(M3’)，其包含一其包含一源极连接到该第二电压，一栅极连接到该输出端，以及一漏极连接到该第二节点(n2)。

13.如权利要求12所述的带隙参考电路，该第二电压为接地端，该第一电压高于接地端，该第一晶体管(M4)以及该第二晶体管(M5)为PNP型晶体管，该第八晶体管(M1’)、该第九晶体管(M2’)以及该第十晶体管(M3’)为NPN型晶体管，以及该第三二极管(Q1’)以及该第四二极管(Q2’)为NPN型二极管。

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