CN102053646A - 由温度与工艺所驱动的参考电压产生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种由温度与工艺所驱动的参考电压产生电路。该参考电压产生电路包含比较器、第一电阻、第一晶体管及第二、第三可变电阻。比较器的第一输入端接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压，其输出端产生第二参考电压并回授至第二输入端。第一电阻耦接比较器的输出端。第三可变电阻与第二可变电阻并联且耦接于第一电阻及接地端之间，第二参考电压经过三个电阻分压后产生的输出参考电压可通过改变第二、第三可变电阻的电阻值来调整其温度相关性。第一晶体管耦接第三可变电阻。本发明允许参考电压产生电路的设计与应用拥有更大的弹性，并确保参考电压产生电路可以应用在不同的操作环境中。

Description

由温度与工艺所驱动的参考电压产生电路
技术领域
本发明涉及一种参考电压产生电路，特别是涉及一种可产生一个选择性地跟随温度的变化量的输出参考电压，或者可产生一个不会随着工艺(process)-电压-温度的变化而改变(PVT independent)的输出参考电压的参考电压产生电路。
背景技术
许多电路均是利用参考电压来产生输出参考电压，且所产生的输出参考电压通常为该参考电压的一部份且与该参考电压具有相同的特性，而这些所产生的输出参考电压会拿来作为其它的系统的供应电压之用。
典型的参考电压产生电路会根据一个与工艺-电压-温度的变化量无关(PVT independent)的参考电压来产生一个输出参考电压，且此输出参考电压与其参考电压具有相同的特性，亦为一个与工艺-电压-温度的变化量无关(PVT independent)的电压。请参考图1，图1为现有的一参考电压产生电路100的示意图。参考电压产生电路100包含一比较器150、一第一电阻R11以及一第二电阻R22。比较器150具有一第一输入端151、一第二输入端152以及一输出端153，第一输入端151用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压Vref，输出端153用来产生一第二参考电压Vref2并回授至第二输入端152。而比较器150的输出端153还耦接至第一电阻R11，且第一电阻R11与第二电阻R22是以串联方式(in series)耦接在一起，而第二电阻R22耦接至一接地端。第二电阻R22为一可变电阻(variable resistor)，可将第二参考电压Vref2经过第一电阻R11以及第二电阻R22分压之后来产生一输出参考电压Vout，且可通过第二电阻R22来改变所产生的输出参考电压Vout的电压大小。然而，由于所输入的参考电压Vref是一个与工艺-电压-温度的变化量无关的电压，所以此输出参考电压Vout亦为一个与工艺-电压-温度的变化量无关(PVT independent)的电压。也就是说，一但第二电阻R22的电阻值经过设定了之后，则所产生的输出参考电压Vout会维持固定不变。
然而，对于某些应用电路而言，想要可以运作在任何温度状态下是很不切实际的。举例来说，在低温的状态下，电路的内部组件可能会发生效能上的问题；而在高温的状态下，则可能会导致漏电流(leakage current)的问题发生。
因此，如何提供一种参考电压产生电路，可以用来提供一个可调整温度相关性(temperature dependency)的输出参考电压(亦即，会随着温度的变化量而改变的输出电压)，即为本设计领域的重要课题之一。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提出一种参考电压产生电路，其可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压，以解决上述的问题。
于本发明的一实施例中，提供一种参考电压产生电路，其可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压。该参考电压产生电路包含一比较器、一第一电阻、一第二可变电阻、一第三可变电阻以及一第一晶体管。比较器具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压，该输出端用来产生一第二参考电压并回授至该第二输入端。第一电阻耦接于该比较器的该输出端。第三可变电阻以并联方式耦接于该第二可变电阻，且该第二、第三可变电阻耦接于该第一电阻以及一接地端之间，其中将该第二参考电压经过该第一电阻、该第二可变电阻以及该第三可变电阻进行分压后来产生该输出参考电压，且可通过改变该第二、第三可变电阻的电阻值来调整该输出参考电压的温度相关性。第一晶体管耦接于该第三可变电阻以及该接地端之间。
于本发明的另一实施例中，提供一种参考电压产生电路，其可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压。该参考电压产生电路包含一比较器、一第一电阻、一第二可变电阻、一第三可变电阻以及一第一晶体管、一第二晶体管、一运算放大器以及一电流源。比较器具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压，该输出端用来产生一第二参考电压并回授至该第二输入端。第一电阻耦接于该比较器的该输出端。第三可变电阻以并联方式耦接于该第二可变电阻，且该第二、第三可变电阻耦接于该第一电阻以及一接地端之间；其中将该第二参考电压经过该第一电阻、该第二可变电阻以及该第三可变电阻进行分压后来产生该输出参考电压，且可通过改变该第二、第三可变电阻的电阻值来调整该输出参考电压的温度相关性。第二晶体管耦接于该比较器的该输出端以及该第一电阻之间。运算放大器具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其第一输入端耦接于该第一晶体管，而其输出端耦接于该第三可变电阻并回授至该运算放大器的该第二输入端。电流源产生一电流至该运算放大器的该第一输入端以及该第一晶体管。
附图说明
图1为现有的一参考电压产生电路的示意图。
图2为本发明可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压的参考电压产生电路的第一实施例的示意图。
图3为本发明可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压的参考电压产生电路的第二实施例的示意图。
附图符号说明
100、200、300    参考电压产生电路
150、250         比较器
R11、R1          第一电阻
R22、R2          第二可变电阻
R3               第三可变电阻
T1               第一晶体管
151、251、341    第一输入端
152、252、342    第二输入端
153、253、343    输出端
Vref             参考电压
Vref2            第二参考电压
Vout             输出参考电压
340              理想运算放大器
360        电流源
P1         第二晶体管
具体实施方式
本发明提供一种参考电压产生电路，其可根据一个与工艺-电压-温度的变化量无关(PVT independent)的参考电压来产生一个输出参考电压，且该输出参考电压可为与温度无关(temperature independent)、与温度有关(temperature dependent)、或者与温度高度相关(highly temperaturedependent)。如此一来，可以允许参考电压产生电路的应用拥有更大的弹性(flexibility)，并确保参考电压产生电路可以应用在不同的操作环境中。
请参考图2，图2为本发明可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压的参考电压产生电路200的第一实施例的示意图。如图2所示，参考电压产生电路200包含有(但不局限于)一比较器250、一第一电阻R1、一第二可变电阻R2、一第三可变电阻R3以及一第一晶体管T1。比较器250具有一第一输入端251、一第二输入端252以及一输出端253，第一输入端251用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压Vref，输出端253用来产生一第二参考电压Vref2并回授至第二输入端252。第一电阻R1耦接于比较器250的输出端253。第三可变电阻R3以并联方式(in parallel)耦接于第二可变电阻R2，且第二可电电阻R2、第三可变电阻R3耦接于第一电阻R1以及一接地端(ground)之间，而第二电阻R2与第三电阻R3皆为可变电阻。另外，第一晶体管T1则耦接于第三可变电阻R3以及该接地端之间。
请注意，第一晶体管T1具有一个很高的跨导值gm(transconductance)，而由于第一晶体管T1具有很高的高跨导值，因此可以允许参考电压产生电路200所产生的输出参考电压Vout来跟随(track)第一晶体管T1的栅极至源极电压(gate-to-source voltage，Vgs)，也就是说，当第一晶体管T1的栅极至源极电压Vgs改变时，则所产生的输出参考电压Vout也会随着改变，值得注意的是，输出参考电压Vout的温度相关性(temperature dependence)的程度是与第二电阻R2、第三电阻R3的电阻值有关。举例来说，当第三可变电阻R3的电阻值设定为无限大(infinity)时，则此时参考电压产生电路200会将第三电阻R3以及第一晶体管T1视为不存在，亦即与图1的参考电压产生电路100完全相同。在这种情况下，输出参考电压Vout与工艺-电压-温度的变化无关(PVT independent)，但输出参考电压Vout的大小则会与第二电阻R2的电阻值习习相关。
在另一个情况下，当第二可变电阻R2的电阻值设定为无限大(infinity)且该第三可变电阻R3的电阻值设定为零时，此时输出参考电压Vout会跟随着第一晶体管T1的栅极至源极电压Vgs，换言之，当第一晶体管T1的栅极至源极电压Vgs随着温度效应或者工艺效应而改变时，这些效应也同样会反映在参考电压产生电路200所产生的输出参考电压Vout上。另外，在第三种情况下，当第二电阻R2的电阻值设定为无限大且第三电阻R3的电阻值设定在介于零以及无限大之间的数值(0＜R3＜∞)时，则所产生的输出参考电压Vout也会跟随温度效应或者工艺效应，但其相关的程度不同且与温度、工艺的变化量有关。而最大温度-工艺相关性发生在当第一电阻R1与第三电阻R3的比值(ratio)(亦即，R1/R3)为最大值的情况，因此，输出参考电压Vout可由下列式子来表示的：
Vout = [ Vref R 2 + ( Vref - Vt ) R 3 ] × R 1 + Vref - - - ( 1 ) ;
当然，上述的式子(1)亦可表示为：
Vout = Vref × [ R 1 R 2 + R 1 R 3 + 1 ] - Vt × [ R 1 R 3 ] - - - ( 2 ) ;
由上述的式子(1)或式子(2)可得知，可通过改变第二电阻R2、第三电阻R3的电阻值来调整输出参考电压Vout与参考电压Vref之间的关联性。
请参考图3，图3为本发明可适应性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压的参考电压产生电路300的第二实施例的示意图。由于在某些实际的应用中，不可能采用一个具有很高的跨导值的晶体管来进行实作，因此，在本实施例中，可进一步改进参考电压产生电路200来实现参考电压产生电路300，如图3所示，参考电压产生电路300还包含一理想运算放大器340以及一电流源360(例如，一定电流源)，且其还包含一第二晶体管P1(例如，P型场效应晶体管，PFET)耦接于比较器250的输出端253以及第一电阻R1之间。其中运算放大器340具有一第一输入端341、一第二输入端342以及一输出端343，第一输入端341耦接于第一晶体管T1，输出端343耦接于第三可变电阻R3并回授至运算放大器340的第二输入端342。请注意，由于第一晶体管T1具有一个固定的栅极至源极电压Vgs，因此当第二电阻R2设定为无限大且第三电阻R3设定为零时，输出参考电压Vout会跟随第一晶体管T1的栅极至源极电压Vgs，也就是说，当第一晶体管T1的栅极至源极电压Vgs改变时，所产生的输出参考电压Vout也会跟着改变，与第一实施例中的情况相同。
综上所述，本发明提供一种用来产生一输出参考电压的装置与方式，且所产生的该输出参考电压可以选择性地跟随一晶体管的栅极至源极电压Vgs、或者可为一个与温度-工艺无关(PVT independent)的电压，以允许参考电压产生电路的设计与应用拥有更大的弹性，并确保参考电压产生电路可以应用在不同的操作环境中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种参考电压产生电路，其可调适性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压，其特征在，该参考电压产生电路包含有：
一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压，该输出端用来产生一第二参考电压并回授至该第二输入端；
一第一电阻，耦接于该比较器的该输出端；
一第二可变电阻；
一第三可变电阻，和该第二可变电阻以并联方式来耦接，且该第二、第三可变电阻耦接于该第一电阻以及一接地端之间，其中将该第二参考电压经过该第一电阻、该第二可变电阻以及该第三可变电阻进行分压后来产生该输出参考电压，且可通过改变该第二、第三可变电阻的电阻值来调整该输出参考电压的温度相关性；以及
一第一晶体管，耦接于该第三可变电阻以及该接地端之间。
2.如权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在，其中该第一晶体管具有一高跨导值；当该第二可变电阻的电阻值设定为无限大且该第三可变电阻的电阻值设定为零时，该输出参考电压会跟随该第一晶体管的一栅极至源极电压。
3.如权利要求2所述的参考电压产生电路，其特征在，其中该输出参考电压与该第一晶体管的该栅极至源极电压成正比。
4.如权利要求1，2或3所述的参考电压产生电路，其中当该第三可变电阻的电阻值设定为无限大时，该输出参考电压不会随着工艺-电压-温度的变化而改变。
5.如权利要求1所述的参考电压产生电路，其特征在，还包含：
一第二晶体管，耦接于该比较器的该输出端以及该第一电阻之间；
一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端耦接于该第一晶体管，该输出端耦接于该第三可变电阻并回授至该运算放大器的该第二输入端；以及
一电流源，产生一电流至该运算放大器的该第一输入端以及该第一晶体管。
6.如权利要求5所述的参考电压产生电路，其特征在，其中该第二晶体管为一P型场效晶体管。
7.如权利要求5所述的参考电压产生电路，其中该电流源为一定电流源，以及其所产生的该电流为一定电流。
8.一种参考电压产生电路，其可调适性地根据温度以及工艺来产生一输出参考电压，该参考电压产生电路包含有：
一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端用来接收一个不会随着工艺-电压-温度的变化而改变的参考电压，该输出端用来产生一第二参考电压并回授至该第二输入端；
一第一电阻，耦接于该比较器的该输出端；
一第二可变电阻；
一第三可变电阻，和该第二可变电阻以并联方式来耦接，且该第二、第三可变电阻耦接于该第一电阻以及一接地端之间，其中将该第二参考电压经过该第一电阻、该第二可变电阻以及该第三可变电阻进行分压后来产生该输出参考电压，且可通过改变该第二、第三可变电阻的电阻值来调整该输出参考电压的温度相关性；以及
一第一晶体管；
一第二晶体管，耦接于该比较器的该输出端以及该第一电阻之间；
一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，该第一输入端耦接于该第一晶体管，该输出端耦接于该第三可变电阻并回授至该运算放大器的该第二输入端；以及
一电流源，产生一电流至该运算放大器的该第一输入端以及该第一晶体管。
9.如权利要求8所述的参考电压产生电路，其特征在，其中当该第二可变电阻的电阻值设定为无限大且该第三可变电阻的电阻值设定为零时，该输出参考电压会跟随该第一晶体管的一栅极至源极电压。
10.如权利要求9所述的参考电压产生电路，其中该输出参考电压与该第一晶体管的该栅极至源极电压成正比。
11.如权利要求8，9或10所述的参考电压产生电路，其特征在，其中当该第三可变电阻的电阻值设定为无限大时，该输出参考电压不会随着工艺-电压-温度的变化而改变。
12.如权利要求8所述的参考电压产生电路，其特征在，其中该第二晶体管为一P型场效应晶体管。
13.如权利要求8所述的参考电压产生电路，其特征在，其中该电流源为一定电流源，以及其所产生的该电流为一定电流。
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