CN102193571A - 低电源电压的能隙参考电压产生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低电源电压的能隙参考电压产生器，包括第一电流源提供具有正温度系数的电流，第二电流源提供偏压电流，T型电阻网络连接该第一及第二电流源和晶体管的基极和射极，用以决定该参考电压的温度系数。该能隙参考电压产生器的电源电压和该参考电压之间只相差该第一电流源的跨压，因此该能隙参考电压产生器可供低电源电压的应用。

Description

低电源电压的能隙参考电压产生器
技术领域
本发明涉及一种能隙参考电压产生器，特别是关于一种低电源电压的能隙参考电压产生器。
背景技术
图1是现有的能隙参考电压产生器，包括电流源10提供具有正温度系数的电流IPTAT，电流源12提供偏压电流IBIAS，晶体管P2具有射极连接电流源12，电阻R22连接在晶体管P2的射极及基极之间，电阻R23连接在晶体管P2的基极及地端GND之间，以及缓冲器14连接晶体管P2的基极。缓冲器14缓冲参考电压Vref，其包括接成电压追随器的运算放大器16，具有正输入连接晶体管P2的基极，负输入连接其输出。此能隙参考电压产生器提供参考电压
Vref＝IR23×R23，                      公式1
其中电阻R23的电流IR23等于电流IPTAT与电流IPTVBE的和。电流IPTVBE＝Vbe1/R22，Vbe1为晶体管P2的射-基极电压，具有负温度系数，公式1可改写为
Vref＝(IPTAT+Vbe1/R22)×R23。         公式2
图2是图1中的电流源10，其中晶体管M1和M2分别连接在电源端Vcc及运算放大器20的正、负输入之间，运算放大器20的输出连接晶体管M1及M2的闸极，电阻R0与晶体管Q1串联在运算放大器20的正输入及地端GND之间，晶体管Q2连接在运算放大器20的负输入及地端GND之间，晶体管Q1及Q2都接成二极管，两者的尺寸比为N∶1，晶体管M6与晶体管M1组成电流镜，镜射通过晶体管M1的电流I1产生电流IPTAT，启动电路22是用以启动电流源10。在启动电路22中，晶体管M3连接在电源端Vcc及运算放大器20的负输入之间，晶体管M4连接在电源端Vcc及晶体管M3的闸极之间，与晶体管M1组成电流镜，晶体管M5连接在晶体管M3的闸极及地端GND之间，其闸极连接电源端Vcc。
当施加电源电压Vcc启动电流源10时，晶体管M3及M5导通，晶体管M5等同电阻，运算放大器20的负输入经晶体管M3连接至电源端Vcc，故运算放大器20的负输入的电压上升，运算放大器20的输出因而下降，进而导通晶体管M1而产生电流I1，晶体管M4镜射电流I1而产生电流I3，造成晶体管M3的闸极电压上升。在晶体管M3的闸极电压上升至某临界值后，晶体管M3关闭(turn off)，因而关闭启动电路22，电流源10完成启动。
当电流源10在稳态时，运算放大器20维持其两输入的电压相等，晶体管M1及M6具有相等的尺寸，晶体管Q1及Q2具有尺寸比N∶1，因此电流
IPTAT＝I1＝[VT×ln(N)]/R0，              公式3
其中VT为热电压，具有正温度系数。将公式3代入公式2可得
Vref＝{[VT×ln(N)]/R0+Vbe1/R22}×R23
＝R23/R22×[Vbe1+VT×ln(N)×R22/R0]。   公式4
从公式4可知，调整R22/R0的值可使参考电压Vref的温度系数为0，但只有在[Vbe1+VT×ln(N)×R22/R0]为1.24V左右时才可使参考电压Vref的温度系数为0。调整R23/R22的值可调整参考电压Vref的值。
然而，图1的能隙参考电压产生器虽然可以调整参考电压Vref使其低于1V，但是无法用低于1V的电源电压Vcc来驱动。举例来说，假如参考电压Vref＝0.8V，则晶体管P2的射极上的电压将为0.8V+Vbe1，因此电源电压Vcc必须大于0.8V+Vbe1，又Vbe1约为0.5V～0.7V，故电源电压Vcc不可低于1V。再者，晶体管P2将产生基极电流Ib通过电阻R23，基极电流Ib越大对参考电压Vref的影响便越大，根据双极性接面晶体管的电流公式，晶体管P2的基极电流
Ib＝Ic/β，           公式5
其中，Ic为晶体管P2的集极电流，β为晶体管P2的电流增益。因此，图1的能隙参考电压产生器容易受到晶体管P2的电流增益β的影响。
因此，还有待于开发一种低电源电压且不受晶体管P2的电流增益β影响的能隙参考电压产生器。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种低电源电压的能隙参考电压产生器。
本发明的目的之一，在于提出一种不受晶体管的电流增益影响的能隙参考电压产生器。
为达上述目的，本发明提供一种低电源电压的能隙参考电压产生器，用以提供参考电压，包括：
第一电阻，具有第一端及第二端，该第一端供应该参考电压；
第一电流源，连接在电源端及该第一电阻的第一端之间，提供具有正温度系数的电流；
晶体管，具有射极、集极及基极；
第二电流源，连接在该电源端及该晶体管的射极之间，提供偏压电流；
第二电阻，连接在该晶体管的射极及该第一电阻的第二端之间；以及
第三电阻，连接在该第一电阻的第二端及该晶体管的基极之间。
于一具体实施例中，该第一、第二及第三电阻组成T型网络；该晶体管的基极接地；上述能隙参考电压产生器更包括缓冲器连接该第一电阻的第一端以缓冲该参考电压，该缓冲器包括接成电压追随器的运算放大器。其中，该参考电压等于该第一及第三电阻的电压之和。
于一具体实施例中，该第二及第三电阻的电阻值决定该参考电压的大小。
于一具体实施例中，该第一、第二及第三电阻的电阻值决定该参考电压的温度系数。
根据本发明，一种用以提供参考电压的能隙参考电压产生器，包括T型电阻网络连接两电流源和一晶体管，该两电流源分别提供具有正温度系数的电流和偏压电流，该T型电阻网络决定该参考电压的温度系数。该参考电压从该T型电阻网络取出。
该能隙参考电压产生器的电源电压和该参考电压之间只相差该第一电流源的跨压。因为电流源的跨压可以很小，所以该能隙参考电压产生器只需要很低的电源电压。此外，该晶体管的基极接地，因此其基极电流流向地端，因而其电流增益不影响该参考电压。
附图说明
图1是现有的能隙参考电压产生器；
图2是图1中提供正温度系数电流的电流源；以及
图3是本发明的实施例。
具体实施例
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
图3是本发明的实施例，除了图1的电流源10及12、晶体管P2及缓冲器14以外，还包括由电阻R1、R2及R3组成的T型网络。在此能隙参考电压产生器中，晶体管P2的射极连接电流源12，集极及基极都接地，电阻R1的第一端30连接电流源10，电阻R2连接在晶体管P2的射极及电阻R1的第二端32之间，电阻R3连接在电阻R1的第二端32及晶体管P2的基极之间，缓冲器14连接电阻R1的第一端30，缓冲其供应的参考电压Vref，缓冲器14也具有接成电压追随器的运算放大器16。电流源10提供具有正温度系数的电流IPTAT给电阻R1及R3，连接在晶体管P2的射极及基极之间的电阻R2及R3根据晶体管P2的射-基极电压Vbe1产生具有负温度系数的电流
IPTVBE＝Vbe1/(R2+R3)。              公式6
参考电压Vref等于电阻R1及R3的电压之和，故参考电压
Vref＝IPTAT×(R1+R3)+IPTVBE×R3。   公式7
将公式3及公式6代入公式7可得
Vref＝[R3/(R2+R3)]×{Vbe1+VT×ln(N)×[(R1+R3)/R0]×[(R2+R3)/R3]}，
公式8
因此，调整[(R1+R3)/R0]×[(R2+R3)/R3]的值可使参考电压Vref的温度系数为0，调整R3/(R2+R3)的值可调整参考电压Vref的值。
图3的能隙参考电压产生器是从电阻R1的第一端30汲取参考电压Vref，而非晶体管P2的基极，因此电源电压Vcc只要大于参考电压Vref与电流源10的跨压之和便能驱动该能隙参考电压产生器，又电流源10的跨压非常小，约0.1V，故当参考电压Vref＝0.8V时，电源电压Vcc只要0.9V便足够，因此图3的能隙参考电压产生器在低电源电压Vcc下仍能运作。晶体管P2的基极接地，因此基极电流Ib流向地端GND，不影响参考电压Vref，即，能隙参考电压产生器不受晶体管P2的电流增益β影响。一颗碱性电池的电压约为0.9V～1.6V，如果图3的能隙参考电压产生器提供的参考电压Vref＝0.8V，而且电源电压Vcc是由碱性电池提供时，则能隙参考电压产生器的参考电压Vref可以直接从碱性电池产生。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种低电源电压的能隙参考电压产生器，用以提供参考电压，其特征在于，包括：
第一电阻，具有第一端及第二端，该第一端供应该参考电压；
第一电流源，连接在电源端及该第一电阻的第一端之间，提供具有正温度系数的电流；
晶体管，具有射极、集极及基极；
第二电流源，连接在该电源端及该晶体管的射极之间，提供偏压电流；
第二电阻，连接在该晶体管的射极及该第一电阻的第二端之间；以及
第三电阻，连接在该第一电阻的第二端及该晶体管的基极之间。
2.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，更包括缓冲器连接该第一电阻的第一端以缓冲该参考电压。
3.如权利要求2所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该缓冲器包括接成电压追随器的运算放大器。
4.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该参考电压等于该第一及第三电阻的电压之和。
5.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该第二及第三电阻的电阻值决定该参考电压的大小。
6.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该第一、第二及第三电阻的电阻值决定该参考电压的温度系数。
7.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该第一、第二及第三电阻组成T型网络。
8.如权利要求1所述的能隙参考电压产生器，其特征在于，该晶体管的基极接地。
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