CN103677070A

CN103677070A - 用于输出信号的装置及方法

Info

Publication number: CN103677070A
Application number: CN201310317048.0A
Authority: CN
Inventors: 方诚晚
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: US9081400B2; CN103677070B; US20140070874A1; KR101397818B1; KR20140034001A

Abstract

本发明涉及用于输出信号的装置及方法，用于输出信号的装置包括：参考信号生成单元，输出具有正温度系数的第一温度系数信号及具有负温度系数的第二温度系数信号；以及输出单元，基于第一温度系数信号及第二温度系数信号来输出具有多个温度系数的输出信号。

Description

用于输出信号的装置及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0100678号的优先权，该公开通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及用于输出具有多个温度系数的信号的装置及方法。

背景技术

通常，在电路和装置的设计中，确保温度、电源电压、加工变化等的稳定性是必不可少的，这不仅为了确保电路和装置的性能，而且还为了确保成品率。尤其是，在稳定的电路及装置的设计中，确保偏置电路的稳定运行是非常重要的，这直接影响电路和装置的性能。

在电路和装置的其他部件中，晶体管具有根据温度的改变而改变的特性，因此，需要偏置电路针对该改变进行补偿。在晶体管的根据温度的改变而改变的特性中，最显着的改变是阈值电压和迁移率。对于MOS晶体管，如果改变了阈值电压和迁移率，则改变了它的跨导。通常，当温度升高时跨导降低，并且因此，需要偏置电路来对降低的跨导进行补偿。

在现有技术中，作为对这样的温度相关特性中的改变进行补偿的方法，存在着使用带隙基准电路以产生稳定的偏置电流或电压的已知技术。带隙基准电路中所包括的绝对温度比例（PTAT）电路，具有对绝对温度的正温度系数，使得当温度升高时偏置电流或电压增加。另外，带隙基准电路中所包括的绝对温度补偿（CTAT）电路，具有对绝对温度的负温度系数，使得当温度升高时偏置电流或电压降低。通过应用那些正温度系数电路和负温度系数电路，在有限范围内可实现温度补偿。

然而，在根据现有技术的带隙基准电路中应用的那些正温度系数电路和负温度系数电路具有不变量（即，正温度系数或负温度系数），他们在被应用至具有各种温度相关特性的电路时具有局限。

即，由于电路和装置也包括诸如电阻器的无源元件，所以除MOS晶体管外，需要具有可变温度系数的温度补偿电路，来对这样的无源元件的温度相关特性中的微小变化进行补偿。此外，由于不同电路具有温度补偿所需的不同的偏置电路温度系数，所以需要输出具有不同温度系数的信号的装置。

[相关技术文献]

（专利文献1）日本专利公开第2010-048628号

发明内容

本发明的一个方面提供了用于输出具有多个温度系数的信号的装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于输出信号的装置，该装置包括：参考信号生成单元，输出具有正温度系数的第一温度系数信号及具有负温度系数的第二温度系数信号；以及输出单元，基于该第一温度系数信号及该第二温度系数信号来输出具有多个温度系数的输出信号。

该输出单元可包括：第一参考信号调整单元，调整该第一温度系数信号的梯度；以及第二参考信号调整单元，调整该第二温度系数信号的梯度。

该输出单元可包括：PCTAT信号生成单元，基于该第一温度系数信号及该第二温度系数信号来输出具有正温度系数和负温度系数的第三温度系数信号。

该PCTAT信号生成单元可将该第一温度系数信号与该第二温度系数信号进行比较，并输出较小者。

该PCTAT信号生成单元可包括：偏置电压接收单元，通过该第一温度系数信号及该第二温度系数信号而被施加偏置电压；用于该偏置电压接收单元的电流镜单元；以及PCTAT信号输出单元，通过该电流镜单元输出第三温度系数信号。

该偏置电压接收单元可包括具有连接至电源电压的源极端子的第一MOSFET，以及连接至第三MOSFET漏极的第七MOSFET；并且该电流镜单元可包括具有连接至该源极端子的电源电压的源极端子的第四MOSFET，以及连接至该第四MOSFET漏极的第八MOSFET；并且该PCTAT信号输出单元形成于该第四MOSFET漏极和该第八MOSFET漏极中的至少一个中。

该PCTAT信号生成单元可包括：具有连接至电源电压的源极的第一MOSFET到第四MOSFET；各自连接至第一MOSFET到第四MOSFET的漏极端子的第五MOSFET到第八MOSFET；连接至第五MOSFET漏极端子并输出具有正温度系数电流的第一电流源；连接至第六MOSFET漏极的第一电阻器；连接至第七MOSFET漏极端子并输出具有负温度系数电流的第二电流源；以及连接至第八MOSFET漏极端子的第二电阻器，其中，第一MOSFET及第二MOSFET的栅极端子连接至第一MOSFET的漏极，第三MOSFET和第四MOSFET的栅极端子连接至第三MOSFET的漏极，而第五MOSFET到第八MOSFET的栅极端子连接至第五MOSFET的漏极。

该输出单元可包括基于第一温度系数到第三温度系数中的至少一个而获取具有多个温度系数的输出信号的信号合成单元。

该信号合成单元可包括：第一输入端子，接收第一温度系数到第三温度系数中的至少一个；第二输入端子，接收第一温度系数到第三温度系数中的至少一个；以及放大器，经由缓冲器元件及第三电阻器使该放大器的正输入端子连接至该第一输入端子并使该放大器的负输入端子连接至该第二输入端子，其中该放大器的输出端子经由第四电阻器而连接至该放大器的负输入端子。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于输出信号的方法，包括：输出具有正温度系数的第一温度系数信号以及具有负温度系数的第二温度系数信号；并基于第一温度系数信号及第二温度系数信号而输出具有多个温度系数的输出信号。

该输出信号的输出可包括：调整第一温度系数信号的梯度，以及调整第二温度系数信号的梯度。

该输出信号的输出可包括：基于第一温度系数信号和第二温度系数信号，输出具有正温度系数以及负温度系数的第三温度系数信号。

该输出信号的输出可包括：基于第一温度系数到第三温度系数中的至少一个来获取具有多个温度系数的信号。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明的以上及其他方面、特征和其他优点，其中：

图1是根据本发明实施方式的用于输出信号的装置的框图；

图2是带隙基准电路的示例的电路图；

图3A和图3B是分别示出了第一温度系数信号和第二温度系数信号的曲线图；

图4A到图4C是示出了具有多个温度系数的温度系数信号的曲线图；

图5A和图5B是示出了温度系数信号的梯度调整的曲线图；

图6是示出了PCTAT信号生成单元的操作的曲线图；

图7是PCTAT信号生成电路的示例的电路图；

图8是示出了信号合成单元的示例的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式将使得本公开彻底和完整，并将对本领域中的技术人员充分传达本发明的范围。遍及附图的相同或相似的参考标记将用于指代相同或相似的元件。

图1是根据本发明的实施方式的用于输出信号的装置的框图。

装置可包括参考信号生成单元100及用于输出输出信号的输出单元200。

参考信号生成单元100可输出具有正温度系数和负温度系数的信号。

在下文中，具有正温度系数的信号被定义为第一温度系数信号，而具有负温度系数的信号被定义为第二温度系数信号。

第一温度系数信号及第二温度系数信号可以是电流值或电压值。

可将典型的带隙基准电路用作参考信号生成单元100。

图2是带隙基准电路的示例的电路图。

带隙基准电路可包括连接至电源电压VDD的带隙基准电压强制单元10。带隙基准电压强制单元10可强制恒定的基准电压值而无论温度怎样变化。

在带隙基准电压强制单元10的一个端子和地电压之间，可设置第一二极管D1。

此外，电阻器R_p可连接至带隙基准电压强制单元10的另一端子。另外，第二二极管D2可连接至电阻器R_p的一个端子。

这里，如果第一二极管D1和第二二极管D2的比率是1：N，那么，PTAT电流I_ptat可表示为

其中，k表示玻尔兹曼常数，T表示绝对温度，而q表示电子电荷量。这里，dV_be是电阻器R_P两端的电压。

相应地，PTAT电流I_ptat可与绝对温度T成比例地增加。

电阻器R_p和第二二极管D2之间的连接端子上的电压V_ctat与绝对温度T成反比。电阻器R_p和第二二极管D2之间的连接端子上的电压可以是CTAT电压。

带隙基准电路不限于上述的带隙基准电路，并可采用本领域中的技术人员普遍使用的任何带隙基准电路。

此外，本领域中的技术人员容易想到将PTAT电流I_ptat转换成PTAT电压，并将CTAT电压V_ctat转换成CTAT电流。

相应地，带隙基准电路可输出PTAT电流、PTAT电压、CTAT电流以及CTAT电压。

在下文中，PTAT电流及PTAT电压可统称为PTAT信号或第一温度系数信号。此外，CTAT电流以及CTAT电压可统称为CTAT信号或第二温度系数信号。

图3A和图3B分别是示出了第一温度系数信号和第二温度系数信号的曲线图。

图3A是示出了成比例于绝对温度（PTAT）电流（电压）的曲线图。图3B是示出了互补于绝对温度（CTAT）电流（电压）的曲线图。

参照图3A，第一温度系数信号的梯度（a）具有正值。参照图3B，第二温度系数信号的梯度（b）具有负值。

代表性CTAT电压是具有1.6mv/deg的温度系数的信号。温度系数可随着值的放大而增加。

在具有相对于温度的线性输出的系统中，在较大的温度系数的情况下检测误差可减少，因此，优选将温度设成较大的值。

然而，使用增加温度系数（梯度a和梯度b）的放大器，导致增加最小值和最大值。因此，还需要增加接收放大的信号的电路的接受范围。

可选地，在具有输入信号的预设接受范围的电路中，存在信号应当在预设范围内放大的限制。

相应地，希望根据情况来适当调整温度系数的梯度。

图4A到图4C是示出了具有多个温度系数的温度系数信号的曲线图。

图4A是示出了在拐点温度T_x以下具有的预定梯度（a），并且在拐点温度T_x以上具有不同于梯度（a）的预定梯度（b）的温度系数信号的曲线图。

当设置了温度系数信号的最小值和最大值时，可创建具有在范围内的梯度（在图4A中由虚线表示）的信号。可选地，可创建具有在范围内的多个梯度（在图4A中由实线表示）的信号。

这里，无论温度怎样变化，具有多个梯度的信号可表示精确的输出值，因为信号的梯度在拐点温度T_x以上而进一步增大。即，当需要预定温度范围内的精确输出值时，可使用具有多个温度系数的信号。

图4B是示出了在拐点温度T_x以下具有零梯度，并且在拐点温度T_x以上具有正梯度的温度系数信号的曲线图。

如果仅在某个拐点温度以上使用温度系数信号，那么，可使用图4B中所示的温度系数信号。

图4C是示出了在拐点温度T_x以下具有正梯度，并且在拐点温度T_x以上具有零梯度的温度系数信号的曲线图。

如果仅在某个拐点温度以下使用温度系数信号，那么，可使用图4C中所示的温度系数信号。

尽管图4A到图4C已描述了输出值是以电压形式V_o的情况，但相同原理可适用于输出值是以电流形式的情况。

基于从参考信号生成单元100输出的第一温度系数信号及第二温度系数信号，输出单元200可输出具有多个温度系数的输出信号。

参照回图1，输出单元100可包括参考信号调整单元210、PCTAT信号生成单元220以及信号合成单元230。

参考信号调整单元210可包括第一参考信号调整单元210-1及第二参考信号调整单元210-2。

第一参考信号调整单元210-1可调整第一温度系数信号的梯度。

第二参考信号调整单元210-2可调整第二温度系数信号的梯度。

图5A和图5B是示出了温度系数信号梯度的调整的曲线图。

图5A示出了第一温度系数信号的改变的梯度。对于具有预定温度系数（I）的第一温度系数信号，在预定温度T₁的之前和之后，梯度可增加（II）或减少（III）。

图5B示出了第二温度系数信号的改变的梯度。对于具有预定温度系数（I）的第二温度系数信号，在预定温度T₂的之前和之后，梯度可增加（II）或减少（III）。

第一参考信号调整单元210-1及第二参考信号调整单元210-2可基于预定温度来调整第一温度系数信号及第二温度系数信号的梯度。

因此，从参考信号生成单元100输出的第一温度系数信号及第二温度系数信号可按需要来由参考信号调整单元210适当调整，从而由PCTAT信号生成单元220或信号合成单元230使用。

PCTAT信号生成单元220可输出具有正温度系数和负温度系数的温度系数信号。例如，PCTAT信号生成单元220可在预定温度以下输出第一温度系数信号，并可在预定温度以上输出第二温度系数信号。

这里，具有正温度系数和负温度系数的温度系数信号可被定义为第三温度系数信号或PCTAT信号。

图6是示出了PCTAT信号生成单元220的操作的曲线图。

PCTAT信号生成单元可获取具有负梯度的CTAT信号以及具有正梯度的PTAT信号。

PCTAT信号生成单元可将CTAT信号值与PTAT信号值进行比较以输出较小者。例如，第三温度系数信号可根据等式I_pctat=min（I_ptat，I_ctat）来输出。

可按需要来适当调整梯度符号改变的温度拐点T_x。

如果该温度拐点是T_x，则应满足I_ptat（T_x）=I_ctat（T_x）。

参照图2中所示的等式，并且因此

这里，R_p表示图2中的电阻值。N表示二极管的比率。因此，可通过适当调整图2中的电阻值以及二极管的比率来调整T_x。

图7是PCTAT信号生成电路的示例的电路图。

参照图7，PCTAT信号生成电路可包括第一MOSFET（M1）、第二MOSFET（M2）、第三MOSFET（M3）以及第四MOSFET（M4），它们的源极端子连接至电源电压。然后，PCTAT信号生成电路可包括连接至第一MOSFET（M1）的漏极端子的第五MOSFET（M5）、连接至第二MOSFET（M2）的漏极端子的第六MOSFET（M6）、连接至第三MOSFET（M3）的漏极端子的第七MOSFET（M7）以及连接至第四MOSFET（M4）的漏极端子的第八MOSFET（M8）。

第五MOSFET（M5）可具有连接至其漏极端子的第一电流源30，该第一电流源30输出具有正温度系数的电流。电流I_ptat流经第一电流源30。

此外，第六MOSFET（M6）可具有连接至其漏极端子的第一电阻器R1。

另外，第七MOSFET（M7）可具有连接至其漏极端子的第二电流源40，该第二电流源40输出具有负温度系数的电流。电流I_ptat流经第二电流源40。

此外，第八MOSFET（M8）可具有连接至其漏极端子的第二电阻器R2。

第一MOSFET M1及第二MOSFET M2的栅极端子可连接至第一MOSFET M1的漏极端子。此外，第三MOSFET M3及第四MOSFET M4的栅极端子可连接至第三MOSFET M3的漏极端子，而第五MOSFET M5、第六MOSFET M6及第七MOSFET M7的栅极端子，可连接至第五MOSFET M5的漏极端子。

第一电阻器R1和第二电阻器R2可具有相同的温度特性。通过这样配置的PCTAT信号生成电路，第三温度系数信号I_pctat可在从第四MOSFETM4到第八MOSFET M8的方向上流动。此外，可从第八MOSFET M8和第二电阻器R2之间的连接端子输出第三温度系数信号V_pc。

此外，可从第六MOSFET M6和第一电阻器R1之间的连接端子输出第一温度系数信号V_p。

第一MOSFET M1和第五MOSFET M5、以及第二MOSFET M2和第六MOSFET M6形成电流镜。相应地，流经第一电流源30的电流流经第六MOSFET M6。相应地，PTAT信号输出为V_p。

另外，可将CTAT偏置电压施加至第三MOSFET M3，而将PTAT偏置电压施加至第七MOSFET M7。这里，因为第三MOSFET M3和第七MOSFET M7、以及第四MOSFET M4和第八MOSFET M8形成了电流镜，所以PCTAT电流可在第四MOSFET M4和第八MOSFET M8之间流动。相应地，PCTAT信号输出为V_pc。

这里，因为第三MOSFET M3接收CTAT偏置电压，而第七MOSFETM7接收PTAT偏置电压，所以将第三MOSFET M3及第七MOSFET M7定义为偏置接收单元。

此外，将第四MOSFET M4及第八MOSFET M8定义为偏置接收单元的电流镜单元。此外，将输出了PCTAT电流及PCTAT电压的端子定义为PCTAT信号输出单元。

根据本发明的实施方式，信号合成单元230可基于第一温度系数信号、第二温度系数信号和第三温度系数信号来获得具有多个温度系数的输出信号。

例如，信号合成单元230可合成第一温度系数信号（例如，图5A中的III）以及具有预定梯度的第三温度系数信号（例如，图6），以便获取梯度在某点之前迅速增大然后在点之后缓慢增大的输出信号。

此外，信号合成单元230可合成第一温度系数信号（例如，图5A中的II）以及具有预定梯度的第三温度系数信号（例如，图6），以获取梯度在某一点之前增大然后在点之后保持不变的输出信号。

图8是示出了信号合成单元的示例的电路图。

信号合成单元可包括第一输入端子V_in1，以接收第一温度系数信号、第二温度系数信号及第三温度系数信号中的至少一个，以及第二输入端子V_in2，以接收第一温度系数信号、第二温度系数信号及第三温度系数信号中的至少一个。

信号合成单元可包括放大器AMP。放大器的正（+）输入端子可连接至第一输入端子V_in1。此外，放大器的负（-）输入端子可经由缓冲器元件及第三电阻器R3而连接至第二输入端子V_in2。

放大器的输出端子Vo可经由第四电阻器R4而连接至放大器的负（-）输入端子。

为了使第二输入不受输出信号Vo的影响，可提供缓冲器元件。此外，第三电阻器R3和第四电阻器R4可以是具有相同温度特性的类型。

这里，来自信号合成单元的输出可如下表示：

\begin{matrix} Vo (T) = (1 + \frac{R_{4}}{R_{3}}) \times V_{in 1} (T) - \frac{R_{4}}{R_{3}} \times V_{in 2} (T) \\ = V_{in 1} (T) + (\frac{R_{4}}{R_{3}}) \times (V_{in 1} (T) - V_{in 2} (T)) \end{matrix}

这里，输入至第一输入端子V_in1的信号是图6中所示的PTAT信号以及输入至第一输入端子V_in1的信号是图6中所示的PTAT信号的情况被作为示例提供，但本发明不限于此。

由于在拐点温度T_x以下V_in1（T）=V_in2（T），所以Vo（T）=V_in1（T）。

在拐点温度T_x以上，可产生诸如

Vo (T) = V_{in 1} (T) + (\frac{R_{4}}{R_{3}}) \times (V_{in 1} (T) - V_{in 2} (T))

的输出信号。

即，通过调整第三电阻器R3的值以及第四电阻器R4的值，信号合成单元可适当调整拐点温度T_x以上的输出信号梯度。

结果，根据实施方式的输出信号可与图4A中所示的相同。即，梯度在拐点温度以上变得比在拐点温度以下更大。

因此，根据本发明实施方式的信号输出装置可基于第一温度系数信号及第二温度系数信号来获取第三温度系数信号。此外，根据本发明实施方式的信号输出装置可基于第一温度系数信号、第二温度系数信号以及第三温度系数信号来产生具有各种温度系数的输出信号。

这里，可通过在需要高精度的温度区域中提高温度来减小温度检测误差。

如上所阐述的，能够提供根据本发明的实施方式的用于输出具有多个温度系数的信号的装置及方法。

此外，根据本发明的实施方式，能够减小温度检测误差。

尽管联系实施方式对本发明进行了说明及描述，但是对本领域中的技术人员将显而易见的是，在不偏离由所附权利要求定义的本发明的实质和范围的条件下，能够作出修改和变化。

Claims

1.一种用于输出信号的装置，包括：

参考信号生成单元，输出具有正温度系数的第一温度系数信号及具有负温度系数的第二温度系数信号；以及

输出单元，基于所述第一温度系数信号和所述第二温度系数信号来输出具有多个温度系数的输出信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输出单元包括：第一参考信号调整单元，调整所述第一温度系数信号的梯度；以及第二参考信号调整单元，调整所述第二温度系数信号的梯度。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输出单元包括绝对温度比例补偿信号生成单元，所述绝对温度比例补偿信号生成单元基于所述第一温度系数信号和所述第二温度系数信号来输出具有正温度系数和负温度系数的第三温度系数信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述绝对温度比例补偿信号生成单元将所述第一温度系数信号与所述第二温度系数信号进行比较，并输出较小者。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述绝对温度比例补偿信号生成单元包括：

偏置电压接收单元，通过所述第一温度系数信号及所述第二温度系数信号而被施加偏置电压；

电流镜单元，用于所述偏置电压接收单元；以及

绝对温度比例补偿信号输出单元，通过所述电流镜单元输出第三温度系数信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述偏置电压接收单元包括

第一MOSFET，具有连接至电源电压的源极端子，以及

第七MOSFET，连接至第三MOSFET的漏极；并且

所述电流镜单元包括

第四MOSFET，具有连接至所述电源电压的源极端子的源极端子，以及

第八MOSFET，连接至所述第四MOSFET的漏极；并且

其中，所述绝对温度比例补偿信号输出单元在所述第四MOSFET的漏极和所述第八MOSFET的漏极之一中形成。

7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述绝对温度比例补偿信号生成单元包括：

第一MOSFET到第四MOSFET，具有连接至电源电压的源极；

第五MOSFET到第八MOSFET，各自连接至所述第一MOSFET到所述第四MOSFET的漏极端子；

第一电流源，连接至所述第五MOSFET的漏极端子并输出具有正温度系数的电流；

第一电阻器，连接至第六MOSFET的漏极；

第二电流源，连接至第七MOSFET的漏极端子并输出具有负温度系数的电流；以及

第二电阻器，连接至所述第八MOSFET的漏极端子，

其中，所述第一MOSFET及所述第二MOSFET的栅极端子连接至所述第一MOSFET的漏极，所述第三MOSFET和所述第四MOSFET的栅极端子连接至所述第三MOSFET的漏极，并且所述第五MOSFET到所述第八MOSFET的栅极端子连接至所述第五MOSFET的漏极。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输出单元包括信号合成单元，所述信号合成单元基于所述第一温度系数到所述第三温度系数中的至少一个来获取具有多个温度系数的输出信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述信号合成单元包括：

第一输入端子，接收所述第一温度系数到所述第三温度系数中的至少一个；

第二输入端子，接收所述第一温度系数到所述第三温度系数中的至少一个；以及

放大器，经由缓冲器元件及第三电阻器使所述放大器的正输入端子连接至所述第一输入端子并使所述放大器的负输入端子连接至所述第二输入端子，

其中所述放大器的输出端子经由第四电阻器连接至所述放大器的负输入端子。

10.一种用于输出信号的方法，包括：

输出具有正温度系数的第一温度系数信号以及具有负温度系数的第二温度系数信号；以及

基于所述第一温度系数信号和所述第二温度系数信号输出具有多个温度系数的输出信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，输出所述输出信号包括：

调整所述第一温度系数信号的梯度；以及

调整所述第二温度系数信号的梯度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，输出所述输出信号包括：基于所述第一温度系数信号和所述第二温度系数信号来输出具有正温度系数和负温度系数的第三温度系数信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，输出所述输出信号包括：基于所述第一温度系数到所述第三温度系数来获取所述输出信号。