CN101101490A - 一种具有温度补偿的装置 - Google Patents

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CN101101490A CNA2007101046604A CN200710104660A CN101101490A CN 101101490 A CN101101490 A CN 101101490A CN A2007101046604 A CNA2007101046604 A CN A2007101046604A CN 200710104660 A CN200710104660 A CN 200710104660A CN 101101490 A CN101101490 A CN 101101490A
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Abstract

本发明揭露一种具有温度补偿的装置，该装置包括：一定电压供应器，用以提供一定电压；以及一补偿负载，耦接至定电压供应器，用以提供一阻抗负载以将定电压转换为一定电流；并且，补偿负载包括：一电阻，耦接至定电压并具有一负温度系数；以及一补偿单元，串联耦接至电阻并具有一正温度系数，用以根据一温度变异以补偿电阻的一阻抗变异。相较于现有技术技术，本发明具有温度补偿的装置具有一补偿单元，而补偿单元具有一正温度系数且通过串联耦接或并联耦接至一电阻，用来根据一温度变异以补偿电阻的阻抗变异，因此，通过补偿单元，便可以使得流经电阻的电流量保持稳定。

Description

一种具有温度补偿的装置
技术领域
本发明是有关于一种提供定电流的装置，尤指一种具有温度补偿的装置，该装置通过利用正温度系数的补偿单元以实现定电流的输出。
背景技术
在大多数的模拟集成电路(integrated circuit，IC)中，会使用一个定电压源或定电流源以供整体电路操作之用，因此，定电压源或定电流源扮演一个相当重要的角色，并且关系到系统效能的好坏。以定电流源电路而言，通常具有一个能带间隙(band-gap)电压产生器以作为一个不随温度而改变(temperature-independent)的电压产生电路而提供一定电压，然后再通过阻抗负载(resistive load)将定电压转换为电流，并且，在不考虑其他因素的情况下，转换后所产生的电流为一定电流。请参阅图1，其表示现有技术定电流源100的电路示意图，如图所示，定电流源100包括能带间隙电压产生器110、运算放大器(operational amplifier)120、电流源130以及电阻140。能带间隙电压产生器110用来提供一定电压VBP；运算放大器120耦接至能带间隙电压产生器110，用来接收定电压VBP以及作为负反馈信号的负载电压(loadvoltage)Vload，并且，通过输出至电流源130的输出电压Vout，可以让电流源130所产生的负载电压Vload与定电压VBP保持在相同数值；又，电流源130耦接至运算放大器120，用来接收输出电压Vout以提供负载电压Vload并提供所需的电流量；电阻140耦接至负载电压Vload，用来将定额的负载电压Vload转换为定电流Iconst以自电流源130向外输出。
然而，在实际操作时，电阻140的阻抗值(电阻值)会因为环境的温度产生变异而微幅改变，因此使得电流Iconst的数值会随着温度变异而有所变动，进而造成定电流源100无法提供所需的定电流。
在现有技术的另一作法中，将电阻140由一补偿负载(compensating load)所取代，而补偿负载由电阻及操作于饱和区的N型金属氧化半导体晶体管所组成。请参阅图2，其即表示现有技术补偿负载200的电路示意图，如图所示，补偿负载200包括电阻210及N型金属氧化半导体晶体管220；电阻210具有一正温度系数，因此当环境温度上升时，电阻210的阻抗值(电阻值)也会跟着上升，进而使得流经电阻210的电流量下降，并且，由于N型金属氧化半导体晶体管220的临界电压(threshold voltage)也会随着环境温度上升而下降，因此，电阻210两端的压降(voltage drop)会大于环境温度上升前电阻210两端原本的压降(voltage drop)，如此一来，将造成流经电阻210的电流量下降，但是却提高了电阻210两端的压降，使得补偿负载200可以根据温度变异值而进行电流补偿；又，除了具有正温度系数的电阻之外，往往会需要对具有负温度系数的电阻进行补偿，然而，上述现有技术技术却仅限制于对具有正温度系数的电阻进行补偿，举例而言，在超大型集成电路(verylarge scale integrated circuit，VLSI circuit)中，由多晶硅(poly silicon)所组成的阻抗装置具有负温度系数，如此一来，阻抗装置的阻抗值会随着环境温度而变动，因此当环境温度上升时，阻抗装置的阻抗值(电阻值)会随之下降，因此，为了使流经具有负温度系数的电阻的电流量保持稳定，有必要设计一种补偿机制使上述定电流需求得以满足。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种可对具有负温度系数的电阻进行温度补偿以提供定电流的装置，以解决上述问题。
本发明提供一种具有温度补偿的装置，该装置包括：一定电压供应器，用以提供一定电压；以及一补偿负载，耦接至所述的定电压供应器，用以提供一阻抗负载以将所述的定电压转换为一定电流；并且，所述的补偿负载包括：一电阻，耦接至所述的定电压并具有一负温度系数；以及一补偿单元，串联耦接至所述的电阻并具有一正温度系数，用以根据一温度变异以补偿所述的电阻的一阻抗变异。
本发明另外还提供一种具有温度补偿的装置，该装置包括：一定电压供应器，用以提供一定电压；以及一补偿负载，耦接至所述的定电压供应器，用以提供一阻抗负载以将所述的定电压转换为一定电流；并且，所述的补偿负载包括：一电阻，耦接至所述的定电压并具有一负温度系数；以及一补偿单元，并联耦接至所述的电阻并具有一正温度系数，用以根据一温度变异以补偿所述的电阻的一阻抗变异。
相较于现有技术技术，本发明具有温度补偿的装置具有一补偿单元，而所述的补偿单元具有一正温度系数且通过串联耦接或并联耦接至一电阻，用来根据一温度变异以补偿所述的电阻的阻抗变异，因此，通过所述的补偿单元，便可以使得流经所述的电阻的电流量保持稳定。
附图说明
图1为现有技术定电流源的电路示意图。
图2为现有技术补偿负载的电路示意图。
图3为本发明第一实施例的具有温度补偿的定电流源的电路示意图。
图4为本发明第一实施例的一设计变化例的电路示意图。
图5为本发明第二实施例的具有温度补偿的定电流源的电路示意图。
图6为本发明第二实施例的一设计变化例的电路示意图。
图7为本发明第三实施例的具有温度补偿的定电流源的电路示意图。
图8为本发明第四实施例的具有温度补偿的定电流源的电路示意图。
具体实施方式
请参阅图3，其表示本发明第一实施例的具有温度补偿的定电流源300的电路示意图。如图所示，定电流源300包括定电压供应器310以及补偿负载320，其中定电压供应器310包括电压源312及传递晶体管(pass transistor)314，而补偿负载320包括电阻322及补偿单元324，且在此实施例中补偿单元324为一N型金属氧化半导体晶体管。定电压供应器310用来提供定电压Vconst1至补偿负载320，而补偿负载320提供一整体阻抗值以将定电压Vconst1转换为定电流Iref1，其中电流Iref1不随温度而改变。更进一步而言，通过将定电压Vconst1负反馈至电压源312，电压源312可以将定电压Vconst1维持在定值，并且电压源312会输出一输出电压Vout1至传递晶体管314，在此实施例中，传递晶体管314用来传递定电流Iref1，并且可以将定电流Iref1与电压源312所输出的输出电压Vout1加以阻绝，另外，传递晶体管314可以由金属氧化半导体(MOS)晶体管、双极结型晶体管(BJT)、或任何其他具有上述功能的电路来实现。再者，在补偿负载320中，电阻322具有负温度系数且串联耦接至N型金属氧化半导体晶体管324，其中N型金属氧化半导体晶体管324的栅极耦接至定电压Vconst1，又，N型金属氧化半导体晶体管324操作于线性区(linear region)或饱和区(saturation region)，并且，N型金属氧化半导体晶体管324可以被视为具有正温度系数的补偿电阻。因此，当补偿负载320的环境温度上升时，电阻322的阻抗值会随之下降，而N型金属氧化半导体晶体管324的阻抗值会随之上升，如此一来，在补偿负载320中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值会维持在定值。另一方面，当补偿负载320的环境温度下降时，电阻322的阻抗值会随之上升，而N型金属氧化半导体晶体管324的阻抗值会随之下降，如此一来，在补偿负载320中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值也会维持在定值。
因此，若补偿负载320的温度在一预设范围内变异，则补偿负载320所提供的整体阻抗值会维持在定值，如此一来，将可产生定电流Iref1，更进一步而言，通过控制N型金属氧化半导体晶体管324的尺寸以及电阻322的阻抗值，可以将补偿负载320的整体阻抗值所对应的温度系数(temperaturecoefficient)调整至略偏正值或略偏负值，以适应不同的应用需求。
另外，请参阅图4，其表示本发明第一实施例的一设计变化例的电路示意图。如图所示，除了如上述第一实施例将N型金属氧化半导体晶体管324的栅极耦接至定电压Vconst1之外，于此定电流源300’的补偿负载320，中还可以将N型金属氧化半导体晶体管324的栅极耦接至供应电压VCC，又，电压源312可以由足以达成此一实施例的定电流源300’所需功能的任何装置而实现，再者，N型金属氧化半导体晶体管324可以由双极结型晶体管所取代而不失所应有的功能，其中双极结型晶体管的基极耦接至定电压Vconst1，或者双极结型晶体管的基极耦接至供应电压VCC。并且，在较佳的情形下，双极结型晶体管操作于饱和区。
请参阅图5，其表示本发明第二实施例的具有温度补偿的定电流源400的电路示意图。与图3所示的定电流源300相类似，定电流源400包括定电压供应器410以及补偿负载420，其中定电压供应器410包括电压源412及传递晶体管414，由于定电压供应器410的操作原理与图3中定电压供应器310的操作原理基本上相类似，故在此不予赘述；又，补偿负载420包括电阻422及补偿单元424，且在此实施例中补偿单元424为一N型金属氧化半导体晶体管。在补偿负载420中，电阻422具有负温度系数且并联耦接至N型金属氧化半导体晶体管424，其中N型金属氧化半导体晶体管424的栅极及漏极均耦接至定电压Vconst2，又，N型金属氧化半导体晶体管424操作于饱和区，并且，N型金属氧化半导体晶体管424可以被视为具有正温度系数的补偿电阻。因此，当补偿负载420的环境温度上升时，电阻422的阻抗值会随之下降，而N型金属氧化半导体晶体管424的阻抗值会随之上升，如此一来，在补偿负载420中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值会维持在定值，另一方面，当补偿负载420的环境温度下降时，电阻422的阻抗值会随之上升，而N型金属氧化半导体晶体管424的阻抗值会随之下降，如此一来，在补偿负载420中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值也会维持在定值。
因此，若补偿负载420的温度在一预设范围内变异，则补偿负载420所提供的整体阻抗值会维持在定值，如此一来，将可产生定电流Iref2，更进一步而言，通过控制N型金属氧化半导体晶体管424的尺寸以及电阻422的阻抗值，可以将补偿负载420的整体阻抗值所对应的温度系数调整至略偏正值或略偏负值，以适应不同的应用需求。
另外，请参阅图6，其表示本发明第二实施例的一设计变化例的电路示意图。如图所示，除了如上述第二实施例将N型金属氧化半导体晶体管424的栅极耦接至定电压Vconst2之外，于此定电流源400’的补偿负载420’中还可以将N型金属氧化半导体晶体管424的栅极耦接至供应电压VCC，又，电压源412可以由足以达成此一实施例的定电流源400’所需功能的任何装置而实现，再者，N型金属氧化半导体晶体管424可以由双极结型晶体管所取代而不失所应有的功能，其中双极结型晶体管的基极耦接至定电压Vconst2，或者双极结型晶体管的基极耦接至供应电压VCC。并且，在较佳的情形下，双极结型晶体管操作于饱和区。
请参阅图7，其表示本发明第三实施例的具有温度补偿的定电流源500的电路示意图。与图3所示的定电流源300相类似，定电流源500包括定电压供应器510以及补偿负载520，其中定电压供应器510包括电压源512及传递晶体管514，由于定电压供应器510的操作原理与图3中定电压供应器310的操作原理基本上相类似，故在此不予赘述；又，补偿负载520包括电阻522及补偿单元524，且在此实施例中补偿单元524为一P型金属氧化半导体晶体管。在补偿负载520中，电阻522具有负温度系数且串联耦接至P型金属氧化半导体晶体管524，其中P型金属氧化半导体晶体管524的栅极耦接至一接地端，又，P型金属氧化半导体晶体管524操作于线性区或饱和区，并且，P型金属氧化半导体晶体管524可以被视为具有正温度系数的补偿电阻。因此，当补偿负载520的环境温度上升时，电阻522的阻抗值会随之下降，而P型金属氧化半导体晶体管524的阻抗值会随之上升，如此一来，在补偿负载520中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值会维持在定值，另一方面，当补偿负载520的环境温度下降时，电阻522的阻抗值会随之上升，而P型金属氧化半导体晶体管524的阻抗值会随之下降，如此一来，在补偿负载520中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值也会维持在定值。
因此，若补偿负载520的温度在一预设范围内变异，则补偿负载520所提供的整体阻抗值会维持在定值，如此一来，将可产生定电流Iref3，更进一步而言，通过控制P型金属氧化半导体晶体管524的尺寸以及电阻522的阻抗值，可以将补偿负载520的整体阻抗值所对应的温度系数调整至略偏正值或略偏负值，以适应不同的应用需求。请注意，P型金属氧化半导体晶体管524可以由双极结型晶体管所取代而不失所应有的功能，并且，在较佳的情形下，双极结型晶体管操作于饱和区。
请参阅图8，其表示本发明第四实施例的具有温度补偿的定电流源600的电路示意图。与图3所示的定电流源300相类似，定电流源600包括定电压供应器610以及补偿负载620，其中定电压供应器610包括电压源612及传递晶体管614，由于定电压供应器610的操作原理与图3中定电压供应器310的操作原理基本上相类似，故在此不予赘述；又，补偿负载620包括电阻622及补偿单元624，且在此实施例中补偿单元624为一P型金属氧化半导体晶体管。在补偿负载620中，电阻622具有负温度系数且并联耦接至P型金属氧化半导体晶体管624，其中P型金属氧化半导体晶体管624的栅极耦接至一接地端，又，P型金属氧化半导体晶体管624操作于饱和区，并且，P型金属氧化半导体晶体管624可以被视为具有正温度系数的补偿电阻。因此，当补偿负载620的环境温度上升时，电阻622的阻抗值会随之下降，而P型金属氧化半导体晶体管624的阻抗值会随之上升，如此一来，在补偿负载620中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值会维持在定值，另一方面，当补偿负载620的环境温度下降时，电阻622的阻抗值会随之上升，而P型金属氧化半导体晶体管624的阻抗值会随之下降，如此一来，在补偿负载620中，上述两个阻抗值经过消长相抵后所形成的整体阻抗值也会维持在定值。
因此，若补偿负载620的温度在一预设范围内变异，则补偿负载620所提供的整体阻抗值会维持在定值，如此一来，将可产生定电流Iref4，更进一步而言，通过控制P型金属氧化半导体晶体管624的尺寸以及电阻622的阻抗值，可以将补偿负载620的整体阻抗值所对应的温度系数调整至略偏正值或略偏负值，以适应不同的应用需求。请注意，P型金属氧化半导体晶体管624可以由双极结型晶体管所取代而不失所应有的功能，并且，在较佳的情形下，双极结型晶体管操作于饱和区。
相较于现有技术技术，本发明具有温度补偿的装置具有一补偿单元，而所述的补偿单元具有一正温度系数且通过串联耦接或并联耦接至一电阻，用来根据一温度变异以补偿所述的电阻的阻抗变异，因此，通过所述的补偿单元，便可以使得流经所述的电阻的电流量保持稳定。
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均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种具有温度补偿的装置，该装置包括：
一定电压供应器，用以提供一定电压；以及
一补偿负载，耦接至所述的定电压供应器，用以提供一阻抗负载以将所述的定电压转换为一定电流，且所述的补偿负载包括：
一电阻，耦接至所述的定电压并具有一负温度系数；以及
一补偿单元，串联耦接至所述的电阻并具有一正温度系数，用以根据一温度变异以补偿所述的电阻的一阻抗变异。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的定电压供应器包括：
一电压源，用以接收作为一负反馈信号的所述的定电压以产生一输出电压；以及
一传递晶体管，耦接至所述的输出电压及所述的定电压，用以传递所述的定电流并将所述的定电流与所述的电压源彼此隔离。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一P型金属氧化半导体晶体管，操作于一线性区或一饱和区。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一N型金属氧化半导体晶体管，操作于一线性区或一饱和区。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的N型金属氧化半导体晶体管的一栅极耦接至所述的定电压。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的N型金属氧化半导体晶体管的一栅极耦接至一供应电压。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一双极结型晶体管，操作于一饱和区。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的双极结型晶体管的一基极耦接至所述的定电压。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的双极结型晶体管的一基极耦接至一供应电压。
10.一种具有温度补偿的装置，该装置包括：
一定电压供应器，用以提供一定电压；以及
一补偿负载，耦接至所述的定电压供应器，用以提供一阻抗负载以将所述的定电压转换为一定电流，且所述的补偿负载包括：
一电阻，耦接至所述的定电压并具有一负温度系数；以及
一补偿单元，并联耦接至所述的电阻并具有一正温度系数，用以根据一温度变异以补偿所述的电阻的一阻抗变异。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的定电压供应器包括：
一电压源，用以接收作为一负反馈信号的所述的定电压以产生一输出电压；以及
一传递晶体管，耦接至所述的输出电压及所述的定电压，用以传递所述的定电流并将所述的定电流与所述的电压源彼此隔离。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一P型金属氧化半导体晶体管，操作于一线性区或一饱和区。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一N型金属氧化半导体晶体管，操作于一线性区或一饱和区。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的N型金属氧化半导体晶体管的一栅极耦接至所述的定电压。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的N型金属氧化半导体晶体管的一栅极耦接至一供应电压。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的补偿单元为一双极结型晶体管，操作于一饱和区。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述的双极结型晶体管的一基极耦接至所述的定电压。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述的双极结型晶体管的一基极耦接至一供应电压。
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