CN102053644A - 产生可调整直流斜度的电压产生系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种产生可调整直流斜度的电压产生系统，包含第一级电路、第二级电路及第三级电路。第一级电路接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变的参考电压，并产生一个与电压无关的电压独立电流。第二级电路耦接于第一级电路，用来产生一个与电压有关的电压相关电流，并根据该电压相关电流以及该电压独立电流的电流总和来产生斜度电压。第三级电路耦接于该第二级电路，用来调制斜度电压，并利用调制后斜度电压来产生可调整直流斜度。

Description

产生可调整直流斜度的电压产生系统及其方法

技术领域

本发明是关于一种电压产生系统，尤指一种用来产生可调整直流斜度(DCslope)的电压产生系统及其方法。

背景技术

参考电压是依据一外部供应电压所产生的电压，而稳定的参考电压一般都是利用电阻分压电路(resistor divider circuit)来产生之，这种通过电阻分压电路所产生的参考电压是属于该外部供应电压的一部分分压，但是该参考电压的大小却总是跟外部供应电压密不可分。

请参照图1，图1为先前技术中一电阻分压电路100的示意图。电阻分压电路100包含有一第一分压电阻R11以及一第二分压电阻R12，两者以串联方式(in series)耦接在一起，其中第一分压电阻R11接收一外部供应电压Vext，而第二分压电阻R12则是耦接于一接地端。如图1所示，输出电压Vout等效于跨在第二分压电阻R12两端的电压差，因此，可以通过改变第一分压电阻R11及/或第二分压电阻R12的电阻值来调整输出电压Vout的大小，举例来说，如果第一分压电阻R11的电阻值等于第二分压电阻R12的电阻值(亦即，R11＝R12)，则输出电压Vout的大小会等于外部供应电压Vext的一半(亦即，

)。

虽然电阻分压电路100所产生的参考电压(亦即，输出电压Vout)总是跟外部供应电压Vext密不可分(例如，Vout＝m×Vext)，但是这种密切的关系并不见得是必要的。举例来说，当一参考电压是用来作为一超频(over-clocking)电路的参考基准时，则所需要的输出电压应为该外部供应电压的一特定比率(例如，梯度m)，且该特定比率可视实际需求来调整之。然而，电阻分压电路100所能产生的输出电压Vout的梯度(gradient)却会受到限制，因此电阻分压电路100所产生的输出电压Vout的梯度永远都跟外部供应电压Vext的梯相同。举例而言，上述所定义的梯度m是固定的，且Y轴截距(intercept)水远是零。

因此，本发明的主要的目的之一即在于提供一种可以产生与外部供应电压较少的相关性(slight dependence)的参考电压的电压产生系统，且其直流斜度为可调整。

发明内容

因此，本发明的主要的目的之一在于提供一种产生可调整直流斜度(DCslope)的电压产生系统及其方法，以解决上述的问题。

于本发明的一实施例中，是提供一种产生可调整直流斜度的电压产生系统。该电压系统包含有一第一级电路、一第二级电路以及一第三级电路。该第一级电路用来接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变的参考电压，并产生一个与外部供应电压无关的电压独立电流。该第二级电路耦接于该第一级电路，用来产生一个与该外部供应电压有关的电压相关电流，并根据该电压相关电流以及该电压独立电流的电流总和来产生一斜度电压。该第三级电路耦接于该第二级电路，用来调制该斜度电压以产生一调制后斜度电压，并利用该调制后斜度电压来产生该可调整直流斜度。于一实施例中，可将该调制后斜度电压指定在一特定点来产生该可调整直流斜度。

于本发明的另一实施例中，还提供一种产生可调整直流斜度的方法。该方法包含以下步骤：接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变的参考电压；产生一个与一外部供应电压无关的电压独立电流；产生一个与该外部供应电压有关的电压相关电流；根据该电压相关电流以及该电压独立电流的电流总和来产生一斜度电压；调制该斜度电压以产生一调制后斜度电压；以及利用该调制后斜度电压来产生该可调整直流斜度。

附图说明

图1为先前技术中一电阻分压电路的示意图。

图2为本发明根据一外部供应电压来产生可调整直流斜度的一电压产生系统的一实施例的示意图。

[主要元件标号说明]

100  电阻分压电路    R11   第一分压电阻

R12  第二分压电阻    Vext  外部供应电压

Yout      输出电压        200       电压产生系统

210       第一级电路      220       第二级电路

230       第三级电路      240       第一运算放大器

250       电流镜          260       第二运算放大器

P1、P2、P3场效晶体管      R1        第一电阻

R2        第二电阻        R3        第三电阻

R4        第四电阻        R5        第五电阻

241、261  正输入端        242、262  负输入端

243、263  输出端          211、231  控制端

212、232  第一端          213、233  第二端

V_FB       反馈电压        I1        第一电流

I2        电压独立电流    I3        电压相关电流

I4        电流总合        V1        斜度电压

V2        调制后斜度电压

具体实施方式

本发明采用一个新的架构来产生一直流斜度(DC slope)，且该直流斜度可以具有任何的Y轴截距(b)以及任何的正梯度(m)，意即：Y＝mX+b，m＞0。

请参照图2，图2为本发明根据一外部供应电压来产生可调整直流斜度的一电压产生系统200的一实施例的示意图。如图2所示，电压产生系统200包含有三级电路，分别为：一第一级电路210、一第二级电路220以及一第三级电路230。请注意，为简洁起见，后续说明书中所提到的场效晶体管皆是以P型场效晶体管为例来进行说明，然而，此并非本发明的限制条件，本领域技术人员应可了解，只要能达到本发明的目地的任何型式的场效晶体管皆落入本发明所涵盖的精神。

请继续参考图2，第一级电路210包含一封闭环路(closed loop)，且该封闭环路用来产生一个与外部供应电压Vext无关(voltage-independent)的一电压独立电流I2。该封闭环路是由一第一运算放大器240耦接至一第一第一场效晶体管P1以及一第一电阻R1所构成。此外，该封闭环路另耦接至一第二场效晶体管P2以及一第二电阻R2，且第二场效晶体管P2以及一第二电阻R2是以串联方式(in serise)耦接在一起来组成一电流镜(currentmirror)250。

其中，第一运算放大器240具有一正输入端241、一负输入端242以及一输出端243，且负输入端242用来接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变(PVT-insensitive)的参考电压Vref，而正输入端241则是耦接于第一场效晶体管P1以及第一电阻R1。第一场效晶体管P1具有一控制端211、一第一端212以及一第二端213，控制端211耦接于第一运算放大器240的输出端243，第一端212耦接于外部供应电压Vext，而第二端213则是用来将一反馈电压V_FB回馈至第一运算放大器240的正输入端241。换言之，一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变(PVT-insensitive)的参考电压Vref是先输入至第一运算放大器240并接着流过第一场效晶体管P1，因此，流过第一电阻R1的一第一电流I1会等于将参考电压Vref除以第一电阻R1的电阻值所得到的数值(亦即，I1＝Vref/R1)。另外，第一场效晶体管P1的第二端213所输出的反馈电压V_FB会回馈至第一运算放大器240的正输入端241。而由第二场效晶体管P2以及第二电阻R2所组成的电流镜250则会镜射流过第一电阻R1的第一电流I1以产生与外部供应电压Vext无关的电压独立电流I2，并将电压独立电流I2输出至第二级电路220。

接着，第二级电路220耦接于第一级电路210，并用来产生一直流斜度(DC slope)，且此直流斜度是与外部供应电压Vext相关(voltage-dependent)。再者，由第一级电路210所产生的电压独立电流I2亦会由第二级电路220所接收。另外，第二级电路220所产生的一斜度电压V1是与第三电阻R3有关且可由第三电阻R3的电阻值来决定之，也就是说，流经第三电阻R3所产生的电压相关电流I3是与外部供应电压Vext相关(voltage-dependent)。如此一来，第二级电路220所输出的电流I4即为电压独立电流I2以及电压相关电流I3的电流总合(亦即，I4＝I2+I3)。假设第三电阻R3的电阻值为无限大，则流经第三电阻R3所产生的电压相关电流I3几乎为零，此时斜度电压V1等于参考电压Vref。因此，可通过第二级电路220来产生斜度相关性。换言之，可通过改变第三电阻R3的电阻值来调整该直流斜度，来使得所产生的该直流斜度系与外部供应电压Vext呈现密切相关或者毫不相关。而上述的斜度电压V1是可由下列式子来表示之：

$V1=\frac{I\×R3\×R2-\mathrm{Vext}\×R2}{R3-R2}---\left(1\right);$

请继续参考图2，第三级电路230用来调制(例如，放大)该斜度电压V1，且用来产生Y轴截距(亦即该斜线与原点相距的截距)。如图2所示，第三级电路230包含有一第二运算放大器260、一第三场效晶体管P3、一第四电阻R4以及一第五电阻R5。其中，第二运算放大器260具有一正输入端261、一负输入端262以及一输出端263，第二运算放大器260的负输入端261用来接收斜度电压V1，并调制(放大)斜度电压V1以于第二运算放大器260的输出端263产生该调制后斜度电压V2。另外，第三场效晶体管P3亦具有一控制端231、一第一端232以及一第二端233，且第三场效晶体管P3的控制端231耦接于第二运算放大器的该输出端263，而第三场效晶体管P3的第一端232耦接于外部供应电压Vext。再者，第三级电路230另包含一第四电阻R4以及一第五电阻R5，第四电阻R4与第五电阻R5是以串联方式耦接在一起，其中第四电阻R4耦接于第三场效晶体管P3的第二端233以及第二运放大器260的正输入端261之间，而第五电阻R5则是耦接于第四电阻R4以及该接地端之间。此外，可将位于第四电阻R4以及第五电阻R5之间的该特定点指定为输出电压Vout，则该特定点是表示该斜度与该原点相交之处。请注意，上述的输出电压Vout可根据下列式子来表示之：

$\mathrm{Vout}=\frac{I\×R3\×R2-\left(\mathrm{Vext}\right)\×R2}{R3-R2}[1+\frac{R4}{R5}]---\left(2\right);$

另外，亦可将上述的式子(2)展开，以根据下列式子来表示之：

$\mathrm{Vout}=\frac{I\×R3\×R2\×[1+\frac{R4}{R5}]}{(R3-R2)}-\frac{\left(\mathrm{Vext}\right)\×R2\×[1+\frac{R4}{R5}]}{(R3-R2)}---\left(3\right);$

从上述的式子(3)可得知，所产生的梯度m可表示为：

$m=-\left[\frac{R2[1+\frac{R4}{R5}]}{R3-R2}\right]---\left(4\right);$

以及Y轴截距b可表示为：

$b=\frac{\mathrm{IR}3R2[1+\frac{R4}{R5}]}{(R3-R2)}---\left(5\right);$

综上所述，由上述的各式子可得知，可通过改变第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5的电阻值来调整梯度m以及Y轴截距b，以允许一斜度电压的直流斜度可以具有任何正梯度(positive gradient)以及任何的正Y轴截距。尤其在高速模式下本发明所揭露的电压产生系统会更为有用的，且其中间电压可通过任何一特定点来产生之。

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，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种产生可调整直流斜度的电压产生系统，其特征在于包含有：

一第一级电路，用来接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变的参考电压，并产生一个与外部供应电压无关的电压独立电流；

一第二级电路，耦接于该第一级电路，用来产生一个与该外部供应电压有关的电压相关电流，并根据该电压相关电流以及该电压独立电流的电流总和来产生一斜度电压；以及

一第三级电路，耦接于该第二级电路用来调制该斜度电压以产生一调制后斜度电压，并利用该调制后斜度电压来产生该可调整直流斜度。

2.根据权利要求1所述的电压产生系统，其特征在于该第一级电路包含有：

一第一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该负输入端用来接收不会随着制程、电压、温度的变化而改变的该参考电压；

一第一场效晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，该控制端耦接于该第一运算放大器的该输出端，该第一端耦接于该外部供应电压，以及该第二端用来将一反馈电压回馈至该第一运算放大器的该正输入端；

一第一电阻，耦接于该第一场效晶体管的该第二端以及一接地端之间，用来根据该第一场效晶体管的该反馈电压来产生一第一电流；以及

一电流镜，用来镜射流过该第一电阻的该第一电流以产生与该外部供应电压无关的该电压独立电流，并输出该电压独立电流至该第二级电路。

3.根据权利要求2所述的电压产生系统，其特征在于该电流镜包含有：

一第二场效晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，该第二场效晶体管的该控制端耦接于该第一场效晶体管的该控制端，以及该第二场效晶体管的该第一端耦接于该外部供应电压；以及

一第二电阻，耦接于该第二场效晶体管的该第二端以及该接地端之间，用来输出与该外部供应电压无关的该电压独立电流至该第二级电路。

4.根据权利要求1所述的电压产生系统，其特征在于该第二级电路包含有：

一第三电阻，耦接于外部供应电压以及该第一级电路的一输出端之间，用来产生与该外部供应电压有关的该电压相关电流，并根据该电压相关电流以及该电压独立电流的总和来产生该斜度电压。

5.根据权利要求1或4所述的电压产生系统，其特征在于该第三级电路包含有：

一第二运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该第二运算放大器的该正输入端用来接收该斜度电压，并调制该斜度电压以于该第二运算放大器的该输出端产生该调制后斜度电压；

一第三场效晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，该控制端耦接于该第二运算放大器的该输出端，该第一端耦接于该外部供应电压；

一第四电阻，耦接于该第三场效晶体管的该第二端以及该第二运放大器的该正输入端之间；以及

一第五电阻，该第四电阻与该第五电阻是以串联方式耦接在一起，且该第五电阻耦接于该第四电阻以及该接地端之间；

其中，该可调整直流斜度是通过将该调制后斜度电压指定为位于该第四电阻以及该第五电阻之间的该特定点来产生之。

6.一种产生可调整直流斜度的方法，其特征在于包含有以下步骤：

接收一个不会随着制程、电压、温度的变化而改变的参考电压；

产生一个与一外部供应电压无关的电压独立电流；

产生一个与该外部供应电压有关的电压相关电流；

根据该电压相关电流以及该电压独立电流的电流总和来产生一斜度电压；

调制该斜度电压以产生一调制后斜度电压；以及

利用该调制后斜度电压来产生该可调整直流斜度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于产生与该外部供应电压无关的电压独立电流的步骤包含有：

利用一第一场效晶体管来产生一反馈电压，并将该反馈电压回馈至一第一运算放大器的一正输入端；

利用一第一电阻以根据该反馈电压来产生一第一电流；以及

利用一电流镜来镜射该第一电流，以产生与该外部供应电压无关的该电压独立电流。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于利用该调制后斜度电压来产生该可调整直流斜度的步骤包含有：

利用一第二运算放大器来接收该斜度电压，并调制该斜度电压以于该第二运算放大器的输出端产生该调制后斜度电压；

将一第三场效晶体管耦接至该第二运算放大器的输出端；

将一第四电阻与一第五电阻是以串联方式耦接在一起，且该第四电阻耦接于该第三场效晶体管以及该第二运算放大器之间，以及该第五电阻耦接于该第四电阻以及该接地端之间；以及

将该调制后斜度电压指定为位于该第四电阻以及该第五电阻之间的该特定点，以产生该可调整直流斜度。

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