CN101782789A - 带隙参考电压发生电路 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种带隙参考电压发生电路。该带隙参考电压发生电路包括：电流发生器，用来产生第一电流和第二电流；电流控制器，该电流控制器包括第一电流流过其中的第一电阻器、发射极连接到第一电阻器以及基极连接到节点的第一双极性晶体管、以及基极连接到节点的第二双极性晶体管，该电流控制器在第一电阻器中产生正比于绝对温度(PTAT)的电流；反馈单元，用来将第一和第二电流控制为相等；以及带隙电压输出单元，用来产生对应PTAT电流的参考电压。

Description

带隙参考电压发生电路

本申请要求于2009年12月26日提交的韩国专利申请第10-2008-0134206号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种用来补偿工艺偏差的带隙参考电压发生电路(band-gap reference voltagegeneration circuit)。

背景技术

通常，在半导体存储器件中，晶体管的电流输出可能随着温度的变化而改变。在这种情况下，由晶体管组成的电路的性能可能发生变化。

例如，在温度升高的情况下，晶体管在其强反型(stronginversion)之后表现出迁移率下降。在这种情况下，晶体管的电流输出减小，因此电路的工作速度降低。

为了补偿这种由于温度改变导致的半导体器件的性能改变，已经研究了一种根据温度变化来改变参考电压的技术。

即，在这种技术中，在高温下参考电压增大以提高电流，而在低温下参考电压减小以降低电流。因此，每个晶体管的电流输出可以维持在期望值而不考虑温度的改变。

因此，使用上述方法，可以确保半导体器件的期望的性能而不考虑温度的变化。

在根据温度变化改变参考电压的方法中，采用了一种带隙参考电压发生电路。图1是示出了相关的带隙参考电压发生电路的电路图。参考电压V_ref被设置为用于产生内部电源电压的电路的参考电压。

电流I_PTAT在由图1中的虚线框表示的电路中产生。产生的电流I_PTAT被反射(mirrored)到晶体管M₃中，以及然后提供给电阻器R₁。结果，产生了正温度系数(TC)电压。在节点Z，由电流I_PTAT产生的正TC电压被加至晶体管Q₃的基极-发射极电压，即负TC电压。结果，产生了带隙参考电压。

在相关的带隙参考电压发生电路中，由于在芯片制造中出现的工艺偏差(process variation)，而可能存在运算放大器OP-AMP的输入补偿。当假定在这种情况下产生的补偿电压是“Vos”时，所得的带隙参考电压具有对应于大约20xVos的误差。

因此，需要提供一种在工艺偏差的情况下仍可以稳定的带隙参考电压发生电路。

发明内容

因此，本发明针对一种带隙参考电压发生电路，其基本上避免了由于相关技术的局限和缺点导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种能够补偿工艺偏差的带隙参考电压发生电路。

本发明的其他优点、目的和特征一部分将在下文中阐述，一部分对于本领域的普通技术人员而言通过下文的实验将变得显而易见或者可以从本发明的实践中获得。通过所写的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构，可以了解和获知本发明的这些目的和其他优点。

为了实现这些目的和其他优点以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括描述的，一种带隙参考电压发生电路包括：电流发生器，用来产生第一电流和第二电流；电流控制器，该电流控制器包括第一电流流过其中的第一电阻器、发射极连接到第一电阻器以及基极连接到节点的第一双极性晶体管、以及基极连接到所述节点的第二双极性晶体管，该电流控制器在第一电阻中产生正比于绝对温度(PTAT)的电流；反馈单元，用来将第一和第二电流控制为相等；以及带隙电压输出单元，用来产生对应PTAT电流的参考电压

在本发明的另一方面中，一种带隙参考电压发生电路包括：基极彼此连接的第一和第二双极性晶体管，第一双极性晶体管的发射极面积是第二双极性晶体管的发射极面积的n倍；第一电阻器，第一电流流过第一电阻器，该第一电阻器连接第一双极性晶体管的发射极；以及反馈单元，连接到第二双极性晶体管，以控制流过第二双极性晶体管的集电极的第二电流，从而使得第二电流等于第一电流。

可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合于此而构成本申请的一部分。本发明的示例性实施例连同描述都用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出了相关的带隙参考电压发生电路的电路图。

图2是示出了根据本发明的示例性实施例的带隙参考电压发生电路的电路图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的优选实施方式，附图中示出了多个示例性实施例。

在下文中，将参照图2描述根据本发明的示例性实施例的带隙参考电压发生电路。

图2是用于说明根据本发明示出的实施例的带隙参考电压发生电路的电路图。

如图2所示，带隙参考电压生成电路包括：电流发生器110、反馈单元120、电流控制器130以及带隙电压输出单元140。

电流发生器110包括PMOS晶体管M₃以及双极性晶体管Q₁和Q₂。PMOS晶体管M₃在其源极处接收电源电压VDD。PMOS晶体管M3的漏极连接到双极性晶体管Q₁和Q₂的发射极。

双极性晶体管Q₁和Q₂的基极彼此连接。双极性晶体管Q₁的基极和集电极彼此连接。

电流发生器110产生第一电流I_Q1和第二电流I_Q2。这里，第一电流I_Q1是正比于绝对温度(PTAT)的电流，其流过第一电阻R₁。

第一电流I_Q1流过双极性晶体管Q₁的集电极，而第二电流I_Q2流过双极性晶体管Q₂的集电极。

反馈单元120可以包括：电容器C1、双极性晶体管Q₇以及PMOS晶体管M₂。

反馈单元120控制电压V_fb以使得第一电流I_Q1等于第二电流I_Q2。即，反馈单元120利用负反馈使得第一电流I_Q1等于第二电流I_Q2。

反馈单元120包括PMOS晶体管M₂，该PMOS晶体管M₂具有随第二电流I_Q2改变的栅极电压。

电流控制器130可以包括双极性晶体管Q₃、Q₄和Q₅。电流控制器130还可以包括第一电阻R₁。双极性晶体管Q₅的基极和集电极连接到PMOS晶体管M₂的漏极。双极性晶体管Q₃和Q₄的基极连接PMOS晶体管M₂的漏极。

即，双极性晶体管Q₃和Q₄的基极连接相同的节点，以便相同的电流施加到它们的基极。第一电阻R₁连接到双极性晶体管Q3的发射极。

由于双极性晶体管Q₃和Q₄的基极电压相等，所以从电流控制器130输出的电流I_PTAT对应于“(V_BE2-V_BE1)/R₁”，并且等于第一和第二电流I_Q1和I_Q2(I_Q1＝I_Q2＝I_PTAT＝(V_BE2-V_BE1)/R₁)。

带隙参考电压输出单元140以与相关方法同样的方式通过反射上述产生的第一电流I_Q1，即PTAT电流，来输出带隙参考电压V_band-gap。

即，产生的PTAT电流I_PTAT通过PMOS晶体管M₂和M₄反射，然后施加到第二电阻R₂。

从而，产生了正温度系数(TC)电压。在节点Z处，由电流I_PTAT产生的正TC电压被加到晶体管Q₈的基极-集电极电压，即，负TC电压。从而产生了带隙参考电压V_band-gap。

根据本发明，当产生PTAT电流时没有产生补偿，这与相关情况不同。这是因为双极性晶体管Q₃和Q₄的基极连接到相同的节点，从而确立“V_BE2＝I_PTAT*R₁＝V_BE1”的条件成立。

由根据本发明示出的实施例的带隙参考电压发生电路产生的带隙参考电压V_band-gap可以表示如下：

在无失配情况下

$I_{Q1}=n{I}_s{e}^{V_{\mathrm{BE}1}/V_T}$

$I_{Q2}=I_s{e}^{V_{\mathrm{BE}2}/V_T}$

I_Q1＝I_Q2

∴V_BE2-V_BE1＝V_T*In(n)

V_X＝V_Y

∴V_BE2＝I_Q1*R1+V_BE1

I_Q1＝I_PTAT＝V_T*In(n)/R1

∴V_Z＝V_BE4+(R2/R1)*V_T*In(n)

在失配情况下

当假定I_mismatch和α由失配产生时。

${{I_{Q1}}^{\′}=I}_{Q1}+I_{\mathrm{mismatch}}=(n+\mathrm{\α})I_s{e}^{V_{\mathrm{BE}1}/V_T}$

${{I_{Q2}}^{\′}=I}_{Q2}-I_{\mathrm{mismatch}}=I_s{e}^{V_{\mathrm{BE}2}/V_T}$

I_Q1′＝(1.02)*I_Q2′(例如，I_mismatch＝0.01*I_Q1)

∴V_BE2-V_BE1＝V_T*[In(n+α)-In(1.02)]

V_X＝V_Y

∴V_BE2＝I_Q1*R1+V_BE1

I_Q1＝I_PTAT＝[V_T*In(n+α)-In(1.02)]/R1

∴V_Z＝V_BE4+(R2/R1)*V_T*[In(n+α)+(R2/R1)*V_T*In(1.02)

当由于工艺偏差而导致失配发生时，第一和第二电流可能互不相同(I_Q1≠I_Q2)，或者双极性晶体管Q₃的发射极的尺寸(nA)可能不等于双极性晶体管Q₄的发射极的尺寸的n倍。然而，这种由于失配导致的误差低到相关结构产生的误差的1/10或者更小。

从以上描述显而易见的是，根据本发明示出的实施例的带隙参考电压发生电路利用反馈电路防止了补偿的产生。因此，可以降低由工艺偏差导致的电压分散。

在不脱离本发明的精神和范围内可以作各种修改及变形，这对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，本发明意在涵盖在所附权利要求及其等同替换的范围内的对本发明的修改和变形。

Claims (8)

1.一种带隙参考电压发生电路，包括：

电流发生器，用来产生第一电流和第二电流；

电流控制器，所述电流控制器包括所述第一电流流过其中的第一电阻器、发射极连接到所述第一电阻器以及基极连接到节点的第一双极性晶体管、以及基极连接到所述节点的第二双极性晶体管，所述电流控制器在所述第一电阻器中产生正比于绝对温度(PTAT)的电流；

反馈单元，用来将所述第一和所述第二电流控制为相等；以及

带隙电压输出单元，用来产生对应所述PTAT电流的参考电压。

2.根据权利要求1所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述第一电流对应于所述PTAT电流。

3.根据权利要求1所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述带隙参考电压发生电路产生恒定的参考电压而不考虑工艺偏差。

4.根据权利要求1所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述第一晶体管的所述发射极的面积是所述第二晶体管的发射极面积的n倍或更大。

5.根据权利要求1所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述反馈单元采用负反馈。

6.一种带隙参考电压发生电路，包括：

第一和第二双极性晶体管，所述第一和所述第二双极性晶体管的基极之间彼此连接，所述第一双极性晶体管的发射极面积是所述第二双极性晶体管的发射极面积的n倍；

第一电阻器，第一电流流过所述第一电阻器，所述第一电阻器连接到所述第一双极性晶体管的所述发射极；以及

反馈单元，连接到所述第二双极性晶体管，以控制流过所述第二双极性晶体管的集电极的第二电流，从而使得所述第二电流等于所述第一电流。

7.根据权利要求6所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述反馈单元采用负反馈。

8.根据权利要求6所述的带隙参考电压发生电路，其中，所述反馈单元设置有参考电压输出单元，所述参考电压输出单元用来产生对应于所述第一电流的恒定的参考电压而不考虑工艺偏差。

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