CN113342100B - 偏压电流产生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明包含一种偏压电流产生电路，包含：运算放大器、输出晶体管及可变电阻。运算放大器接收具有零温度系数的输入电压及反馈电压，以根据比较结果产生驱动电压。输出晶体管根据驱动电压产生偏压电流。可变电阻通过反馈节点电性耦接于输出晶体管，以根据偏压电流产生反馈电压，并包含：串联的电阻及开关晶体管。电阻具有的电阻值具有正温度系数，各包含电流流入端及电流流出端。开关晶体管各电性耦接于电阻其中之一的电流流出端以及接地端之间，其中之一依据随温度变化的控制电压导通以致能对应的电阻，并产生具有负温度系数的电阻值。

Description

偏压电流产生电路
技术领域
本发明是关于偏压电流产生技术，尤其是关于一种偏压电流产生电路。
背景技术
在许多电子系统中，需要设置偏压电流产生电路来提供偏压电流给其他的电路使用。理想的偏压电流必须不随温度的变化而改变其电流值大小。然而，在部分电子系统中，偏压电流会流经偏压电流产生电路中所设置的内部负载电阻，而内部负载电阻容易受到温度的变化而使电阻值上升。在这样的情形下，即便用以产生偏压电流的控制电压并不随温度变化而改变，偏压电流依旧会受到内部负载电阻的影响而无法维持其电流值的精准。
发明内容
鉴于先前技术的问题，本发明的一目的在于提供一种偏压电流产生电路，以改善先前技术。
本发明包含一种偏压电流产生电路，其一实施例包含：运算放大器、输出晶体管以及可变电阻。运算放大器包含二输入端以及输出端，二输入端分别配置以接收具有零温度系数的输入电压以及反馈电压，以根据输入电压以及反馈电压的比较结果于输出端产生驱动电压。输出晶体管配置以根据驱动电压产生偏压电流。可变电阻配置以通过反馈节点电性耦接于输出晶体管，以根据偏压电流在反馈节点产生反馈电压，可变电阻包含：多个电性串联的电阻以及多个开关晶体管。电阻分别具有的负载电阻值具有正温度系数，且各包含电流流入端以及电流流出端。开关晶体管各电性耦接于电阻其中之一的电流流出端以及接地端之间，开关晶体管其中之一依据随温度变化的控制电压导通以致能对应的电阻，并产生具有负温度系数的晶体管电阻值。
有关本发明的特征、实际操作与功效，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明的一实施例中，一种位于操作模式下的偏压电流产生电路的电路图；
图2示出本发明的一实施例中，可变电阻的电路图；
图3示出本发明的一实施例中，一种偏压电流产生电路的电路图；以及
图4示出本发明的一实施例中，位于校正模式下的偏压电流产生电路的电路图。
具体实施方式
本发明的一目的在于提供一种偏压电流产生电路，用以提供不受温度影响的精准偏压电流。
请参照图1。图1为本发明的一实施例中，一种位于操作模式下的偏压电流产生电路100的电路图。偏压电流产生电路100配置以产生精准而不受温度影响其电流值的偏压电流Iout。
偏压电流产生电路100包含运算放大器110、输出晶体管120以及可变电阻130。于一实施例中，运算放大器110、输出晶体管120以及可变电阻130设置于单一芯片内部。
运算放大器110包含二输入端以及输出端。其中，在图1中二输入端分别以'+'以及'-'记号标示，输出端则以'o'记号标示。二输入端分别配置以接收具有零温度系数的输入电压Vbg以及反馈电压Vf，以根据输入电压Vbg以及反馈电压Vf的比较结果于输出端产生驱动电压Vdr。
于一实施例中，零温度系数的输入电压Vbg可由偏压电流产生电路100选择性包含的带隙电路140产生。其中，零温度系数是指输入电压Vbg的电压值不随温度的影响而变化。
输出晶体管120在本实施例中，为N型晶体管。然而在适当的调整下，输出晶体管120亦可采用P型晶体管实现。本发明并不为此所限。在本实施例中，输出晶体管120包含栅极、漏极以及源极，其中栅极配置以接收驱动电压Vdr，以产生自漏极流向源极的偏压电流Iout。
可变电阻130配置以通过反馈节点FP电性耦接于输出晶体管120的源极，以接收并根据偏压电流Iout在反馈节点FP产生反馈电压Vf。
于一实施例中，偏压电流产生电路100更包含校正开关CSW，配置以在操作模式中将输出晶体管120的栅极与接地端GND电性隔离，以使栅极接收驱动电压Vdr。
请参照图2。图2为本发明的一实施例中，可变电阻130的电路图。
可变电阻130包含：多个电性串联的电阻R0至Rn以及多个开关晶体管M0至Mn。
如图2所示，电阻R0至Rn各包含电流流入端以及电流流出端。开关晶体管M0至Mn各电性耦接于电阻R0至Rn其中之一的电流流出端以及接地端GND之间。于本实施例中，开关晶体管M0至Mn分别以N型晶体管实现。
更详细地说，电阻Rn的电流流入端电性耦接于反馈节点FP，电阻Rn的电流流出端电性耦接于电阻Rn-1，开关晶体管Mn的漏极与源极分别电性耦接于Rn的电流流出端以及接地端GND。电阻Rn-1的电流流入端电性耦接于电阻Rn的电流流出端，电阻Rn-1的电流流出端电性耦接于电阻Rn-2，开关晶体管Mn-1的漏极与源极分别电性耦接于Rn-1的电流流出端以及接地端GND。以此类推，电阻R0的电流流入端电性耦接于电阻R1的电流流出端，开关晶体管M0的漏极与源极分别电性耦接于R0的电流流出端以及接地端GND。
开关晶体管M0至Mn的栅极受到信号S0至Sn的控制。在操作模式下，开关晶体管M0至Mn其中之一是依据控制电压Vc导通，其他的开关晶体管M0至Mn则为关闭，以致能对应的电阻。
更详细地说，以N型晶体管实现的开关晶体管M0至Mn为例，在一使用情境下，当开关晶体管M1的栅极所接收到的信号S1为高准位的控制电压Vc而导通，开关晶体管M0以及M2至Mn的栅极所接收到的信号S0以及S2至Sn为低准位而关闭时，将致能电阻R1至Rn。
在另一使用情境下，当开关晶体管Mn-1的栅极所接收到的信号Sn-1为高准位的控制电压Vc而导通，开关晶体管M0至Mn-2以及Mn的栅极所接收到的信号S0至Sn-2以及Sn为低准位而关闭时，将致能电阻Rn-1至Rn。
因此，当被选择以导通的开关晶体管的愈接近反馈节点FP(离接地端GND愈远)，所致能的电阻R0至Rn的数目愈少，可变电阻130的总电阻值将愈小。反言之，当被选择以导通的开关晶体管的愈远离反馈节点FP(离接地端GND愈近)，所致能的电阻R0至Rn的数目愈多，可变电阻130的总电阻值将愈大。
于本实施例中，电阻R0至Rn分别具有为正温度系数的负载电阻值。亦即，在温度上升时，电阻R0至Rn的负载电阻值会随之上升。
因此，开关晶体管M0至Mn至少其中之一是依据随温度变化的控制电压Vc导通，以具有为负温度系数的晶体管电阻值。对以N型晶体管实现的开关晶体管M0至Mn来说，控制电压Vc具有正温度系数，以随温度的上升而上升，提高开关晶体管M0至Mn的导通程度，进一步使晶体管电阻值随温度的上升而下降。
因此，晶体管电阻值随温度上升产生的下降电阻值，将可平衡负载电阻值随温度上升产生的升高电阻值，而使可变电阻130的总电阻实质上具有不随温度变化的零温度系数。
需注意的是，「实质上」一词是指可变电阻130的总电阻并不必须完全不随温度变化，而是可以在一可容许的范围内变动。举例而言，于一实施例中，电阻R0至Rn的负载电阻值是以线性的方式随温度上升，而开关晶体管M0至Mn的晶体管电阻值是以非线性的方式随温度下降。然而，负载电阻值随温度上升产生的升高电阻值，以及晶体管电阻值随温度上升产生的下降电阻值，将使可变电阻130的总电阻值维持在一个特定范围中，不致受到温度变化而大幅度的变动。
在这样的状况下，由于可变电阻130的总电阻值具有零温度系数，在反馈节点FP产生的反馈电压Vf亦将具有零温度系数。运算放大器110将由二输入端接收均具有零温度系数的输入电压Vbg以及反馈电压Vf，并据以产生具有零温度系数的驱动电压Vdr。进一步地，输出晶体管120受到零温度系数的驱动电压Vdr的控制，产生具有零温度系数的偏压电流Iout。
于一实施例中，偏压电流Iout可通过偏压电流产生电路100选择性包含的电流镜150输出至外部电路(未示出)。其中，电流镜150可根据其不同支路间晶体管的尺寸比例，而将偏压电流Iout输出为与其成倍数的偏压电流Iout'。然而需注意的是，由于偏压电流Iout具有零温度系数，因此偏压电流Iout'亦具有零温度系数。
由于上述实施例中的开关晶体管M0至Mn分别以N型晶体管实现，偏压电流产生电路100可选择性地包含负载电阻RL以及正温度系数电流源ISP。其中，负载电阻RL电性耦接于控制端CP以及接地端GND之间。正温度系数电流源ISP电性耦接于控制端CP，配置以根据带隙电路140的操作提供具有正温度系数的控制电流Ic至负载电阻RL，以在控制端CP产生控制电压Vc，以使控制电压Vc具有正温度系数。
于另一实施例中，开关晶体管M0至Mn分别以P型晶体管实现。开关晶体管M0至Mn的栅极所收到的信号S0至Sn的其中之一将为低电位的控制电压Vc，其他的信号S0至Sn则为高电位，以使开关晶体管M0至Mn其中之一导通，并使其他的开关晶体管M0至Mn关闭。
在这样的状况下，控制电压Vc具有负温度系数，以随温度的上升而下降，提高以P型晶体管实现的开关晶体管M0至Mn的导通程度，进一步使晶体管电阻值随温度的上升而下降。此时偏压电流产生电路100可通过其他的设计来提供具有负温度系数的控制电压Vc。
请参照图3。图3为本发明的一实施例中，一种偏压电流产生电路300的电路图。偏压电流产生电路300与图1所示的偏压电流产生电路100相同，包含运算放大器110、输出晶体管120以及可变电阻130。
在本实施例中，偏压电流产生电路100同样包含负载电阻RL以及正温度系数电流源ISP。然而，负载电阻RL电性耦接于电压源Vdd以及控制端CP以及接地端GND之间。正温度系数电流源ISP电性耦接于控制端CP以及接地端GND间，配置以根据带隙电路140的操作提供具有正温度系数的控制电流Ic。
由于控制电流Ic是自控制端CP汲取的电流，随温度上升而提高汲取能力，进而使控制端CP的电压下降。因此，控制电流Ic可在控制端CP产生具有负温度系数的控制电压Vc，达到控制以P型晶体管实现的开关晶体管M0至Mn的目的。
于一实施例中，偏压电流产生电路100中的可变电阻130的总电阻值可在校正模式中决定，并持续在操作模式中依据此总电阻值操作。
请参照图4。图4为本发明一实施例中，位于校正模式下的偏压电流产生电路100的电路图。
于一实施例中，偏压电流产生电路100更包含的校正开关CSW，配置以在校正模式中将输出晶体管120的栅极电性耦接至接地端GND。此时，反馈节点FP更配置以接收校正电流Itest，并在反馈节点FP根据可变电阻130的总电阻值产生电压Vtest。
于一实施例中，校正电流Itest是由电流源ISE所提供，且此电流源ISE设置于与偏压电流产生电路100不同的芯片中，通过例如，但不限于接脚PIN传送至反馈节点FP。
在这样的状况下，可依据电路制程偏移参数而设定一个目标电压。可变电阻130可通过信号S0至Sn对开关晶体管M0至Mn进行控制，以在校正电流Itest不变的情形下改变总电阻值，进一步改变电压Vtest，直到所选定导通的开关晶体管决定的总电阻值使电压Vtest相当于此目标电压为止。
因此，当可变电阻130的总电阻值于校正模式中决定后，偏压电流产生电路100可回至如图1所示的操作模式，校正开关CSW将使输出晶体管120的栅极与接地端GND电性隔离以接收驱动电压Vdr。可变电阻130则依照校正模式中所选定导通的开关晶体管操作，同时抵销电路制程偏移以及温度偏移的影响。
需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。于其他实施例中，本领域的普通技术人员当可在不违背本发明的精神下进行更动。
综合上述，本发明的偏压电流产生电路通过可根据温度适应性地调整电阻值的可变电阻，来提供用以控制偏压电流的反馈机制，制造不受温度影响的精准偏压电流。
虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域普通技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。
【符号说明】
100：偏压电流产生电路
110：运算放大器
120：输出晶体管
130：可变电阻
140：带隙电路
150：电流镜
300：偏压电流产生电路
CP：控制端
CSW：校正开关
FP：反馈节点
GND：接地端
Iout：偏压电流
Iout'：偏压电流
ISE：电流源
ISP：正温度系数电流源
Itest：校正电流
M0至Mn：开关晶体管
PIN：接脚
R0至Rn：电阻
RL：负载电阻
S0至Sn：信号
Vbg：输入电压
Vc：控制电压
Vdd：电压源
Vdr：驱动电压
Vf：反馈电压
Vtest：电压。

Claims (7)

1.一种偏压电流产生电路，包含：
一运算放大器，包含二输入端以及一输出端，该二输入端分别配置以接收具有零温度系数的一输入电压以及一反馈电压，以根据该输入电压以及该反馈电压的比较结果于该输出端产生一驱动电压；
一输出晶体管，配置以根据该驱动电压产生一偏压电流；以及
一可变电阻，配置以通过一反馈节点电性耦接于该输出晶体管，以根据该偏压电流在该反馈节点产生该反馈电压，该可变电阻包含：
电性串联的多个电阻，其分别具有的一负载电阻值具有正温度系数，且各包含一电流流入端以及一电流流出端；以及
多个开关晶体管，各电性耦接于该多个电阻其中之一的该电流流出端与一接地端之间，该多个开关晶体管其中之一依据随温度变化的一控制电压导通以致能对应的该多个电阻，并产生具有负温度系数的一晶体管电阻值，
其中该输出晶体管包含用以接收该驱动电压的一栅极，该偏压电流产生电路更包含一校正开关，配置以在一校正模式中将该栅极电性耦接至该接地端，以及在一操作模式中使该栅极与该接地端电性隔离以接收该驱动电压，
一带隙电路，配置以产生零温度系数的该输入电压，
其中该多个开关晶体管分别为一N型晶体管，该偏压电流产生电路还包含：
一负载电阻，电性耦接于一控制端与该接地端之间；以及
一正温度系数电流源，电性耦接于该控制端与该带隙电路之间，配置以根据该带隙电路的操作提供具有正温度系数的一控制电流至该负载电阻，以在该控制端产生该控制电压，其中该控制电压具有正温度系数。
2.一种偏压电流产生电路，包含：
一运算放大器，包含二输入端以及一输出端，该二输入端分别配置以接收具有零温度系数的一输入电压以及一反馈电压，以根据该输入电压以及该反馈电压的比较结果于该输出端产生一驱动电压；
一输出晶体管，配置以根据该驱动电压产生一偏压电流；以及
一可变电阻，配置以通过一反馈节点电性耦接于该输出晶体管，以根据该偏压电流在该反馈节点产生该反馈电压，该可变电阻包含：
电性串联的多个电阻，其分别具有的一负载电阻值具有正温度系数，且各包含一电流流入端以及一电流流出端；以及
多个开关晶体管，各电性耦接于该多个电阻其中之一的该电流流出端与一接地端之间，该多个开关晶体管其中之一依据随温度变化的一控制电压导通以致能对应的该多个电阻，并产生具有负温度系数的一晶体管电阻值，
其中该输出晶体管包含用以接收该驱动电压的一栅极，该偏压电流产生电路更包含一校正开关，配置以在一校正模式中将该栅极电性耦接至该接地端，以及在一操作模式中使该栅极与该接地端电性隔离以接收该驱动电压，
一带隙电路，配置以产生零温度系数的该输入电压，
其中该多个开关晶体管分别为一P型晶体管，该偏压电流产生电路还包含：
一负载电阻，电性耦接于一电压源与一控制端之间，该带隙电路连接至该控制端；以及
一正温度系数电流源，电性耦接于该控制端与该接地端之间，配置以根据该带隙电路的操作提供具有正温度系数的一控制电流，以在该控制端产生该控制电压，其中该控制电压具有负温度系数。
3.根据权利要求1或2所述的偏压电流产生电路，其中各该多个电阻的该负载电阻值随温度上升产生的一升高电阻值，与该晶体管电阻值随温度上升产生的一下降电阻值，使该可变电阻的一总电阻值维持于一特定范围中。
4.根据权利要求1或2所述的偏压电流产生电路，其中该偏压电流通过一电流镜输出至一外部电路。
5.根据权利要求1或2所述的偏压电流产生电路，其中该运算放大器、该输出晶体管以及该可变电阻设置于单一芯片内部。
6.根据权利要求1或2所述的偏压电流产生电路，其中该反馈节点更配置以在该校正模式中接收一校正电流，并在该校正模式中设定该多个开关晶体管其中之一导通，以使该可变电阻的一总电阻值使该反馈节点根据该校正电流产生的一电压相当于一目标电压。
7.根据权利要求6所述的偏压电流产生电路，其中该目标电压是依一电路制程偏移参数设定。
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