CN112306129B - 参考电压产生电路 - Google Patents

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Abstract

一种参考电压产生电路，用以产生能隙参考电压，及包含供电电压端、节点、电流源、输出端、共同电压端、能隙参考电路及反馈电路。供电电压端用以提供供电电压。电流源耦接于供电电压端及节点之间，用以接收供电电压及依据反馈信号产生电流，且输出电流以于节点建立大致上不随供电电压改变的第一电压。共同电压端用以提供共同电压。能隙参考电路耦接于节点及共同电压端之间，及用以于输出端建立大致上不随温度改变的能隙参考电压。反馈电路耦接于节点及电流源，及用以依据第一电压产生反馈信号。

Description

参考电压产生电路
技术领域
本发明关于参考电压产生电路，特别是一种大致上不受温度变化及供电电压变化影响的参考电压产生电路。
背景技术
参考电压产生电路，特别是能隙电压产生电路可提供不受温度变化影响的参考电压准位，然而当参考电压产生电路的供应电压偏移时，其所产生的参考电压准位也会随之偏移，导致无法提供稳定的参考电压。
因此，需要发展出一种参考电压产生电路，以提供不易受温度变化及供电电压变化影响的稳定电压。
发明内容
本发明实施例提供一种参考电压产生电路，用以产生能隙参考电压，包含供电电压端、第一节点、第一电流源、输出端、共同电压端、能隙参考电路及反馈电路。供电电压端用以提供一供电电压。第一电流源耦接于电压端及第一节点之间，用以依据供电电压产生第一电流，且输出第一电流以于第一节点建立第一电压。共同电压端用以提供共同电压。能隙参考电路耦接于第一节点及共同电压端之间，用以于输出端输出能隙参考电压，且包含第二电流源、第一电阻、第一双极结型晶体管、第二电阻、第二双极结型晶体管、第三电阻、第三双极结型晶体管及第四电阻。第二电流源耦接于第一节点，用以产生第二电流以于输出端建立能隙参考电压。第一电阻具有第一端及第二端，第一电阻的第一端耦接于输出端。第一双极结型晶体管具有集极、基极及射极，第一双极结型晶体管的集极耦接于第一电阻的第二端及第一双极结型晶体管的基极，且第一双极结型晶体管的射极耦接于共同电压端。第二电阻具有第一端及第二端，第二电阻的第一端耦接于输出端。第二双极结型晶体管具有集极、基极及射极，第二双极结型晶体管的集极耦接于第二电阻的第二端，且第二双极结型晶体管的基极耦接于第一双极结型晶体管的基极。第三电阻耦接于第二双极结型晶体管的射极及共同电压端之间。第三双极结型晶体管具有集极、基极及射极，第三双极结型晶体管的基极耦接于第二双极结型晶体管的集极或基极，且第三双极结型晶体管的射极耦接于共同电压端。第四电阻具有第一端及第二端，第四电阻的第一端耦接于第一节点，且第四电阻的第二端耦接于第二电流源与第三双极结型晶体管的集极。反馈电路耦接于第一节点及第一电流源，用以稳定第一电压，且包含第四双极结型晶体管及第五电阻。第四双极结型晶体管具有集极、基极及射极，第四双极结型晶体管的射极耦接于共同电压端，其中基极的电压受控于第一电压。第五电阻具有第一端及第二端，第五电阻的第一端耦接于电压端，且第五电阻的第二端耦接于第一电流源与第四双极结型晶体管的集极。
本发明实施例提供另一种参考电压产生电路，用以产生能隙参考电压，及包含供电电压端、节点、电流源、输出端、共同电压端、能隙参考电路及反馈电路。供电电压端用以提供供电电压。电流源耦接于供电电压端及节点之间，用以接收供电电压及依据反馈信号产生电流，且输出电流以于节点建立大致上不随供电电压改变的第一电压。共同电压端用以提供共同电压。能隙参考电路耦接于节点及共同电压端之间，及用以于输出端建立大致上不随温度改变的能隙参考电压。反馈电路耦接于节点及电流源，及用以依据第一电压产生反馈信号，其中第一电压的变化趋势与反馈信号的变化趋势有关。
附图说明
图1是为本发明实施例中参考电压产生电路的区块图。
图2是为图1中参考电压产生电路的电路图。
【符号说明】
1 参考电压产生电路
10 供电电压端
11、150 电流源
12 节点
13 输出端
14 共同电压端
15 能隙参考电路
16 反馈电路
160 电位转换器
F1、F2 晶体管
I1、I2 电流
Q1至Q6 双极结型晶体管
R1至R5 电阻
Sfb 反馈信号
VBG 能隙参考电压
VCC 供电电压
V1、V2 电压
GND 共同电压
具体实施方式
图1是为本发明实施例中参考电压产生电路1的区块图，包含供电电压端10、电流源11、节点12、输出端13、共同电压端14、能隙参考电路15及反馈电路16。参考电压产生电路1可于输出端13产生能隙参考电压VBG。供电电压端10可提供供电电压VCC，且共同电压端14可提供共同电压GND。电流源11耦接于供电电压端10及节点12之间，能隙参考电路15耦接于节点12及共同电压端14之间，反馈电路16耦接于节点12及电流源11。参考电压产生电路1藉由在节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1，而产生不受温度变化及供电电压变化影响的能隙参考电压VBG。
反馈电路16可由节点12接收电压V1，及依据电压V1产生反馈信号Sfb，其中电压V1的变化趋势与反馈信号Sfb的变化趋势有关，例如是相反。电流源11可接收供电电压VCC及依据反馈信号Sfb产生电流I1，且输出电流I1以于节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。能隙参考电路15可接收电压V1以于输出端13建立大致上不随温度改变的能隙参考电压VBG。当供电电压VCC增加时电压V1会随之增加，反馈电路16依据电压V1的增加而降低反馈信号Sfb，电流源11依据降低的反馈信号Sfb降低电流I1以于节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。当供电电压VCC降低时电压V1会随之降低，反馈电路16依据电压V1的降低而升高反馈信号Sfb，电流源11依据升高的反馈信号Sfb升高电流I1以于节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。由于电压V1不随供电电压VCC改变，能隙参考电路15可产生不随供电电压VCC改变的能隙参考电压VBG。能隙参考电路15可为卫德勒(Widlar)能隙参考电路，如图2所示。
在另一实施例中，亦可选择具有不同特性的电流源11与反馈电路16，使得当供电电压VCC增加时电压V1会随之增加，反馈电路16依据电压V1的增加而增加反馈信号Sfb，电流源11依据增加的反馈信号Sfb降低电流I1以于节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。当供电电压VCC降低时电压V1会随之降低，反馈电路16依据电压V1的降低而降低反馈信号Sfb，电流源11依据降低的反馈信号Sfb升高电流I1以于节点12建立大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。
图2是为图1中参考电压产生电路1的电路图。电流源11包含晶体管F2，晶体管F2包含第一端耦接于供电电压端10、第二端耦接于节点12、及控制端耦接于反馈电路16。电流源11受控于反馈信号Sfb而输出电流I1，以于节点12建立与反馈信号Sfb有关的电压V1。能隙参考电路15包含电流源150、电阻R1～R4及双极结型晶体管Q1～Q3。电流源150耦接于节点12。电流源150包含晶体管F1，晶体管F1包含第一端耦接于节点12、第二端耦接于输出端13、及控制端耦接于电阻R4的第二端。电阻R1具有第一端及第二端，电阻R1的第一端耦接于输出端13。双极结型晶体管Q1具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q1的集极耦接于电阻R1的第二端及双极结型晶体管Q1的基极，且双极结型晶体管Q1的射极耦接于共同电压端14。电阻R2具有第一端及第二端，电阻R2的第一端耦接于输出端13。双极结型晶体管Q2具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q2的集极耦接于电阻R2的第二端，且双极结型晶体管Q2的基极耦接于双极结型晶体管Q1的基极。电阻R3耦接于双极结型晶体管Q2的射极及共同电压端14之间。双极结型晶体管Q3具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q3的基极耦接于双极结型晶体管Q2的集极，且双极结型晶体管Q3的射极耦接于共同电压端14。在另一实施例中，双极结型晶体管Q3的基极亦可耦接于双极结型晶体管Q2的基极。电阻R4具有第一端及第二端，电阻R4的第一端耦接于节点12，且电阻R4的第二端耦接于电流源150与双极结型晶体管Q3的集极。反馈电路16耦接于节点12及电流源11，且包含双极结型晶体管Q4及电阻R5。双极结型晶体管Q4具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q4的射极耦接于共同电压端14，双极结型晶体管Q4的基极的电压受控于电压V2及/或电压V1。电阻R5具有第一端及第二端，电阻R5的第一端耦接于供电电压端10，且电阻R5的第二端耦接于电流源11与双极结型晶体管Q4的集极。反馈电路16可更包含电位转换器160。电位转换器160耦接于节点12、双极结型晶体管Q4的基极及共同电压端14。电位转换器160包含双极结型晶体管Q5及Q6。双极结型晶体管Q5以二极管形式连接，以提供电位转换(level shifting)，具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q5的集极耦接于节点12，且双极结型晶体管Q5的射极耦接于双极结型晶体管Q4的基极。双极结型晶体管Q6可作为电流流入(current sink)，具有集极、基极及射极，双极结型晶体管Q6的集极耦接于双极结型晶体管Q5的射极，双极结型晶体管Q6的基极耦接于双极结型晶体管Q1的基极，且双极结型晶体管Q6的射极耦接于共同电压端14。
电流源11可依据供电电压VCC产生电流I1，且输出电流I1以于节点12建立电压V1，电流源150可依据电压V1产生电流I2以于输出端13建立能隙参考电压VBG。晶体管F1及F2形成源极跟随器(source follower)或射极跟随器(emitter follower)。能隙参考电路15可以具有负温度系数的双极结型晶体管Q3的PN接面顺向导通电压结合具有正温度系数的热电压(thermal voltage)，以产生具有零温度系数特性的能隙参考电压VBG。双极结型晶体管Q1及双极结型晶体管Q2的截面积可以不同，电阻R1及R2的电阻值可以调整，藉以将能隙参考电压VBG维持大致固定。反馈电路16可对电流源11提供反馈循环以稳定电压V1。在反馈电路16中，电位转换器160可将电压V1转换电位至双极结型晶体管Q4的基极的电压V2，双极结型晶体管Q4及电阻R5形成反馈放大器且可提供反馈信号Sfb，其中反馈信号Sfb受控于双极结型晶体管Q4的基极的电压V2。在反馈循环中，电位转换器160中的双极结型晶体管Q6对双极结型晶体管Q5进行偏压，双极结型晶体管Q5形成二极管以将电压V1下转换为电压(V1-VBE)作为双极结型晶体管Q4的基极的电压V2，VBE系为二极管的基极-射极电压(Base-Emitter Voltage)，双极结型晶体管Q4的基极的电压V2控制双极结型晶体管Q4的集极电流，集极电流流经电阻R5以产生反馈信号Sfb，最后电流源11可接收反馈信号Sfb以控制电压V1。
当供电电压VCC增加时电压V1会随之增加，双极结型晶体管Q5依据电压V1增加电压V2，双极结型晶体管Q4的集极电流随之增加，集极电流流经电阻R5以降低反馈信号Sfb上的电压，电流源11接收反馈信号Sfb上降低的电压以压制电压V1以产生大致上不随供电电压VCC改变的电压V1。相反地当供电电压VCC降低时电压V1会随之降低，双极结型晶体管Q5依据电压V1降低电压V2，双极结型晶体管Q4的集极电流随之降低，集极电流流经电阻R5以增加反馈信号Sfb上的电压，电流源11接收反馈信号Sfb上增加的电压以提升电压V1以产生大致上不随供电电压VCC改变的电压V1，进而使参考电压产生电路1于输出端13产生的能隙参考电压VBG大致上亦不随供电电压VCC改变。在本实施例中，藉由电流源11与反馈电路16的反馈控制，可将电压V1与能隙参考电压VBG随供电电压VCC改变的改变率控制在约±3％内。例如当供电电压VCC在3.3V～5.5V间变化时，电压V1会在约1.74V～1.75V之间变化，使得电压V1与能隙参考电压VBG随供电电压VCC改变的改变率约在±0.5％内。相较于不使用电流源11与反馈电路16的设计，也就是将供电电压VCC直接提供给能隙参考电路15中的电流源150与电阻R4的第一端，省略电流源11与反馈电路16将会使能隙参考电压VBG随供电电压VCC改变的改变率大幅提升至约7％。
双极结型晶体管Q1-Q6皆可包含NPN型异质双极结型晶体管(heterojunctionbipolar transistor,HBT)。双极结型晶体管皆可以是NPN型双极型晶体管。晶体管F2及晶体管F1皆可包含双极结型晶体管或场效应晶体管，特别是包含NPN型双极结型晶体管、N型金属半导体场效应晶体管(metal semiconductor field effect transistor,MESFET)或假晶高电子迁移率晶体管(pseudomorphic high electron mobility transistor,pHEMT)。
图1和图2中的参考电压产生电路1可提供大致上不受温度变化及供电电压变化影响的稳定能隙参考电压VBG，低功耗，且可适用于双极型晶体管技术、互补金氧半导体技术、双极互补金氧半导体(bipolar-complementary metal-oxide-semiconductor，BiCMOS)技术或异质双极结型晶体管暨假晶高电子迁移率晶体管(bipolar high electron mobilitytransistor，BiHEMT)技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种参考电压产生电路，其特征在于，用以产生一能隙参考电压，包含：
一供电电压端，用以提供一供电电压；
一第一节点；
一第一电流源，耦接于该供电电压端及该第一节点之间，用以依据该供电电压产生一第一电流，且输出该第一电流以于该第一节点建立一第一电压；
一输出端；
一共同电压端，用以提供一共同电压；
一能隙参考电路，耦接于该第一节点及该共同电压端之间，用以于该输出端输出该能隙参考电压，且包含：
一第二电流源，耦接于该第一节点，且用以产生一第二电流以于该输出端建立该能隙参考电压；
一第一电阻，具有一第一端及一第二端，该第一电阻的该第一端耦接于该输出端；
一第一双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第一双极结型晶体管的该集极耦接于该第一电阻的该第二端及该第一双极结型晶体管的该基极，且该第一双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端；
一第二电阻，具有一第一端及一第二端，该第二电阻的该第一端耦接于该输出端；
一第二双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第二双极结型晶体管的该集极耦接于该第二电阻的该第二端，且该第二双极结型晶体管的该基极耦接于该第一双极结型晶体管的该基极；
一第三电阻，耦接于该第二双极结型晶体管的该射极及该共同电压端之间；
一第三双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第三双极结型晶体管的该基极耦接于该第二双极结型晶体管的该集极或该基极，且该第三双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端；及
一第四电阻，具有一第一端及一第二端，该第四电阻的该第一端耦接于该第一节点，且该第四电阻的该第二端耦接于该第二电流源与该第三双极结型晶体管的该集极；及
一反馈电路，耦接于该第一节点及该第一电流源，用以稳定该第一电压，且包含：
一第四双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第四双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端，其中该基极的电压受控于该第一电压；及
一第五电阻，具有一第一端及一第二端，该第五电阻的该第一端耦接于该供电电压端，且该第五电阻的该第二端耦接于该第一电流源与该第四双极结型晶体管的该集极。
2.如权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该反馈电路包含：一电位转换器，耦接于该第一节点、该第四双极结型晶体管的该基极及该共同电压端，用以将该第一电压转换电位至该基极的电压。
3.如权利要求2所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该电位转换器包含：
一第五双极结型晶体管，以二极管形式连接，具有一集极、一基极及一射极，该第五双极结型晶体管的该集极耦接于该第一节点，且该第五双极结型晶体管的该射极耦接于该第四双极结型晶体管的该基极。
4.如权利要求3所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该电位转换器包含：
一第六双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第六双极结型晶体管的该集极耦接于该第五双极结型晶体管的该射极，该第六双极结型晶体管的该基极耦接于该第一双极结型晶体管的该基极，且该第六双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端。
5.如权利要求4所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该第一至第六双极结型晶体管是NPN型双极型晶体管。
6.一种参考电压产生电路，其特征在于，用以产生一能隙参考电压，包含：
一供电电压端，用以提供一供电电压；
一第一节点；
一第一电流源，耦接于该供电电压端及该第一节点之间，用以接收该供电电压及依据一反馈信号产生一第一电流，且输出该第一电流以于该第一节点建立一大致上不随该供电电压改变的第一电压；
一输出端；
一共同电压端，用以提供一共同电压；
一能隙参考电路，耦接于该第一节点及该共同电压端之间，用以于该输出端建立大致上不随温度改变的该能隙参考电压；及
一反馈电路，耦接于该第一节点及该第一电流源，用以依据该第一电压产生该反馈信号，其中该第一电压的变化趋势与该反馈信号的变化趋势有关，
其中该反馈电路包含：
一第四双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第四双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端，其中该基极的电压受控于该第一电压；及
一第五电阻，具有一第一端及一第二端，该第五电阻的该第一端耦接于该供电电压端，且该第五电阻的该第二端耦接于该第一电流源与该第四双极结型晶体管的该集极，用以提供该反馈信号，其中该反馈信号受控于该第四双极结型晶体管的该基极的电压。
7.如权利要求6所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该能隙参考电路包含：
一第二电流源，耦接于该第一节点，且用以产生一第二电流以于该输出端建立该能隙参考电压；
一第一电阻，具有一第一端及一第二端，该第一电阻的该第一端耦接于该输出端；
一第一双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第一双极结型晶体管的该集极耦接于该第一电阻的该第二端及该第一双极结型晶体管的该基极，且该第一双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端；
一第二电阻，具有一第一端及一第二端，该第二电阻的该第一端耦接于该输出端；
一第二双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第二双极结型晶体管的该集极耦接于该第二电阻的该第二端，且该第二双极结型晶体管的该基极耦接于该第一双极结型晶体管的该基极；
一第三电阻，耦接于该第二双极结型晶体管的该射极及该共同电压端之间；
一第三双极结型晶体管，具有一集极、一基极及一射极，该第三双极结型晶体管的该基极耦接于该第二双极结型晶体管的该集极，且该第三双极结型晶体管的该射极耦接于该共同电压端；及
一第四电阻，具有一第一端及一第二端，该第四电阻的该第一端耦接于该第一节点，且该第四电阻的该第二端耦接于该第二电流源与该第三双极结型晶体管的该集极。
8.如权利要求1或6所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该第一至第四双极结型晶体管及该第一电流源及该第二电流源皆包含NPN型异质双极结型晶体管。
9.如权利要求1或7所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中：
该第一电流源包含一第一晶体管，包含一第一端耦接于该供电电压端、一第二端耦接于该第一节点、及一控制端耦接于该反馈电路；及
该第二电流源包含一第二晶体管，包含一第一端耦接于该第一节点、一第二端耦接于该输出端、及一控制端耦接于该第四电阻的第二端。
10.如权利要求9所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该第一晶体管及该第二晶体管皆包含双极结型晶体管、场效应晶体管、NPN型双极结型晶体管、N型金属半导体场效应晶体管或假晶高电子迁移率晶体管。
11.如权利要求1或6所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该第一双极结型晶体管及该第二双极结型晶体管的截面积不同。
12.如权利要求6所述的参考电压产生电路，其特征在于，其中该第一电压的变化趋势与该反馈信号的变化趋势相反。
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