CN115525090A - 用于产生补偿电压基准的方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于产生补偿电压基准的方法、系统及设备。示例性方法包括操作电压基准电路。该方法还包括在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用第一补偿电路。该第一补偿电路被配置为从该电压基准电路提取第一补偿电流。该方法还包括在该工作温度大于该第一温度阈值时停用该第一补偿电路。该方法还包括在该工作温度大于或等于第二温度阈值时启用第二补偿电路。该第二补偿电路被配置为从电压基准电路提取第二补偿电流。该第二温度阈值大于该第一温度阈值。该方法还包括在该工作温度小于该第二温度阈值时停用该第二补偿电路。

Description

用于产生补偿电压基准的方法、系统及设备

技术领域

本申请涉及用于产生补偿电压基准的方法、系统及设备。

背景技术

在半导体基板上创建的电子电路可使用直流(DC)基准电压来实现多种功能。例如，DC基准电压可用于稳压器以控制稳压电压，可用于电压控制振荡器以控制工作频率，并且可用于模数转换器作为转换的基准，仅举几例。

然而，为了电路的稳定运行，尽管电路的工作温度发生变化，DC基准电压仍应保持稳定。基准电路可以同时应用一阶和二阶校正，以尝试补偿温度变化。例如，相关技术的电压基准电路使用一对电压-电流转换器以在低工作温度和高工作温度下提供二阶校正。

在许多电路中，相关技术的补偿可能是足够的。然而，在高精度电路中，相关技术的电压基准电路中提供的一阶和二阶补偿可能是不够的。

发明内容

一个示例为一种用于产生补偿电压基准的方法，该方法包括：操作电压基准电路，该电压基准电路包括：第一晶体管，该第一晶体管被配置为驱动第一基准电流通过第一电流路径；第二晶体管，该第二晶体管被配置为驱动第二基准电流通过第二电流路径；和放大器，该放大器被配置为基于第一电流路径和第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压；在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用第一补偿电路，其中第一补偿电路被配置为从第一电流路径提取第一补偿电流；在工作温度大于第一温度阈值时停用第一补偿电路；在工作温度大于或等于第二温度阈值时启用第二补偿电路，其中第二补偿电路被配置为从第一电流路径提取第二补偿电流，其中第二温度阈值大于第一温度阈值；以及在工作温度小于第二温度阈值时停用第二补偿电路。

在示例性方法中，第一补偿电流的大小可与工作温度成比例，并且第二补偿电流的大小可与工作温度成比例。

在示例性方法中，第一温度阈值可小于27摄氏度，并且其中第二温度阈值可大于27摄氏度。第一温度阈值可在10摄氏度与20摄氏度之间，并且其中第二温度阈值可在60摄氏度与70摄氏度之间。

在示例性方法中，停用第一补偿电路还可包括从包括在第一补偿电路中的电流镜的基准电流路径提取控制电流。

该示例性方法还可包括在工作温度大于第一温度阈值并且小于第二温度阈值时，从第一电流路径提取第三补偿电流。

另一个示例为一种用于产生补偿电压基准的系统，该系统包括电压基准电路和补偿控制器。电压基准系统可包括：第一晶体管，该第一晶体管被配置驱动第一基准电流通过第一电流路径；第二晶体管，该第二晶体管被配置为驱动第二基准电流通过第二电流路径；和放大器，该放大器具有耦接到第一电流路径的非反相输入和耦接到第二电流路径的反相输入，其中放大器被配置为基于第一电流路径和第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压。补偿控制器可包括：第一补偿电路，该第一补偿电路被配置为从第一电流路径提取第一补偿电流；和第二补偿电路，该第二补偿电路被配置为从第一电流路径提取第二补偿电流。补偿控制器可被配置为：在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用第一补偿电路；在工作温度大于第一温度阈值时停用第一补偿电路；在工作温度大于或等于第二温度阈值时启用第二补偿电路，其中第二温度阈值大于第一温度阈值；以及在工作温度小于第二温度阈值时停用第二补偿电路。

在示例性系统中，第一补偿电流的大小可与工作温度成比例，并且第二补偿电流的大小可与工作温度成比例。

在示例性系统中，第一温度阈值可小于27摄氏度，并且第二温度阈值可大于27摄氏度。第一温度阈值可在10摄氏度与20摄氏度之间，并且第二温度阈值可在60摄氏度与70摄氏度之间。

在示例性系统中，第一补偿电路可包括电流镜，并且其中，为了停用第一补偿电路，补偿控制器可被进一步配置为从电流镜的基准电流路径提取控制电流。第一补偿电路还可包括：电流镜，该电流镜限定基准电流路径和镜像电流路径，其中该电流镜被配置为通过镜像电流路径从第一电流路径提取第一补偿电流；第三晶体管，该第三晶体管被配置为向基准电流路径提供电流，其中由第三晶体管提供的电流与工作温度负相关；第四晶体管，该第四晶体管被配置为提供电流，其中由第四晶体管提供的电流与由第三晶体管提供的电流负相关；第五晶体管，该第五晶体管被配置为接收由第四晶体管提供的电流；和第六晶体管，该第六晶体管被配置为在由第四晶体管提供的电流大于第五晶体管的电流容量时启用，其中，当启用时，第六晶体管被配置为提取由第三晶体管提供到基准电流路径的基本上所有的电流。

在示例性系统中，第一晶体管的集电极可耦接到放大器的非反相输入，第二晶体管的集电极可耦接到放大器的反相输入，并且放大器的输出可耦接到第一晶体管的基极和第二晶体管的基极。电压基准电路还可包括：第一电阻器，该第一电阻器耦接在第一晶体管的发射极与第二晶体管的发射极之间；和第二电阻器，该第二电阻器耦接在第二晶体管的发射极与基准端子之间。

在示例性系统中，补偿控制器可被进一步配置为在工作温度大于第一温度阈值并且小于第二温度阈值时，从第一电流路径提取第三补偿电流。

又一个示例为一种用于产生补偿电压基准的设备，该设备包括：用于驱动第一基准电流通过第一电流路径的装置；用于驱动第二基准电流通过第二电流路径的装置；用于基于第一电流路径和第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压的装置；用于从第一电流路径提取第一补偿电流的装置；用于从第一电流路径提取第二补偿电流的装置；用于在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用用于提取第一补偿电流的装置的装置；用于在工作温度大于第一温度阈值时停用用于提取第一补偿电流的装置的装置；用于在工作温度大于或等于第二温度阈值时启用用于提取第二补偿电流的装置的装置，其中第二温度阈值大于第一温度阈值；和用于在工作温度小于第二温度阈值时停用用于提取第二补偿电流的装置的装置。

在示例性设备中，第一补偿电流的大小可与工作温度成比例，并且第二补偿电流的大小可与工作温度成比例。

在示例性设备中，第一温度阈值可小于27摄氏度，并且第二温度阈值可大于27摄氏度。

在示例性设备中，第一温度阈值可在10摄氏度与20摄氏度之间，并且第二温度阈值可在60摄氏度与70摄氏度之间。用于停用用于提取第一补偿电流的装置的装置可被进一步配置为：从包括在用于提取第一补偿电流的装置中的电流镜的基准电流路径提取控制电流。

该示例性设备还可包括用于在工作温度大于第一温度阈值并且小于第二温度阈值时，从第一电流路径提取第三补偿电流的装置。

附图说明

为了详细描述示例性实施方式，现在将参照附图，在附图中：

图1是根据一些实施方式的用于产生补偿电压基准的系统的示例的示意图；

图2A是在不同工作温度下提取的补偿电流的示例的曲线图；

图2B是在不同工作温度下产生的基准电压的示例的曲线图；

图3A是根据一些实施方式的由包括在图1的系统中的低温补偿电路提取的补偿电流的示例的曲线图；

图3B是根据一些实施方式的由包括在图1的系统中的高温补偿电路提取的补偿电流的示例的曲线图；

图3C是根据一些实施方式的由图1的系统在不同工作温度下产生的基准电压的示例的曲线图；

图4是根据一些实施方式的包括在图1的系统中的低温补偿电路的示例的示意图；

图5是根据一些实施方式的包括在图1的系统中的高温补偿电路的示例的示意图；并且

图6是根据一些实施方式的用于产生补偿电压基准的方法的示例的流程图。

具体实施方式

定义

各种术语用来指特定系统部件。不同公司可用不同名称来指一种部件–本文献并非意于在名称不同而功能相同的部件之间作出区分。在下面的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放形式使用，并且因此，这些术语应被解释成意指“包括但不限于...”。另外，术语“耦合”或“耦接”旨在意指间接连接或直接连接。因此，如果第一器件耦接至第二器件，则该连接可通过直接连接或通过经由其他器件和连接的间接连接进行。

就电气设备(无论是独立式还是作为集成电路的一部分)而言，术语“输入”和“输出”是指到电气设备的电连接，并且不应被视为需要操作的动词。例如，补偿控制器可具有补偿输出，该补偿输出限定到补偿控制器的电连接，但不应被理解为需要输出信号。与“补偿输出”相关联的信号可以是向外流动的电流(例如，向外驱动的电流)或向内流动的电流(例如，吸收电流)。又如，差分放大器(诸如运算放大器)可具有第一差分输入和第二差分输入，并且这些“输入”限定到运算放大器的电连接，并且不应被理解为需要运算放大器的信号输入。

“生效”应意指更改布尔信号的状态。根据电路设计者的判断，布尔信号可生效为高电平或具有较高电压，并且布尔信号可生效为低电平或具有较低电压。类似地，“解除生效”应意指将布尔信号的状态更改为与生效状态相反的电压电平。

“控制器”应单独或组合地意指被配置为读取输入并且响应这些输入驱动输出的单独电路部件、专用集成电路(ASIC)、具有控制软件的微控制器、精简指令集计算(RISC)、数字信号处理器(DSP)、具有控制软件的程序、具有控制软件的处理器、可编程逻辑器件(PLD)或现场可编程栅极阵列(FPGA)。

以下讨论涉及本发明的各种实施方式。虽然这些实施方式中的一个或多个实施方式可能是优选的，但所公开的实施方式不应解释为或以其他方式用来限制包括权利要求书在内的本公开的范围。此外，本领域技术人员应当理解，以下描述具有广泛应用，并且对任何实施方式的讨论仅意指该实施方式的示例，而并非旨在表示包括权利要求书在内的本公开的范围限于该实施方式。

各种示例性实施方式涉及用于产生或生成具有精确温度补偿的基准电压的方法、系统和设备。更具体地，至少一些示例性实施方式涉及在选择性工作温度范围内应用的二阶温度补偿。还更具体地，至少一些示例性实现方式涉及在正常工作温度下停用二阶温度补偿。说明书现转向示例性系统以对读者起到指导作用。

图1是根据一些实施方式的用于产生补偿电压基准的系统100的示例的示意图。图1所示的系统100包括电压基准电路102和补偿控制器104。图1所示的电压基准电路102包括一对晶体管(即，第一晶体管106和第二晶体管108)、放大器110和多个电阻器(即，第一电阻器112、第二电阻器114、第三电阻器116、第四电阻器118和第五电阻器120)。图1所示的系统100被提供作为此类系统的一个示例。本文所述的方法可以与具有与图1所示系统100不同配置的更少的、附加的或不同的部件的系统一起使用。例如，第一晶体管106和第二晶体管108在图1中被示出为双极结型晶体管(BJT)，并且具体地，NPN型BJT。然而，可使用其他类型的BJT(例如，PNP型BJT)，并且实际上也可使用其他类型的晶体管(例如，场效应晶体管(FET))。在一些实施方式中，电压基准电路102和补偿控制器104是单独的部件(如图1所示)。在另选的实施方式中，电压基准电路102和补偿控制器104可以是相同部件的一部分。例如，电压基准电路102和补偿控制器104两者可以定位在单个印刷电路板上和/或单个芯片外壳内。

第一晶体管106和第二晶体管108在某种意义上是匹配的晶体管，它们被相同地掺杂并且具有作为流入的电流和/或它们的集电极处的电压的函数的相同的电流密度(例如，发射极电流密度)。然而，第一晶体管106具有比第二晶体管108更大的电流流动面积。如果认为第二晶体管108具有面积X，则第一晶体管106可具有整数倍的更大面积(即，图1中所示的nX)。也就是说，第一晶体管106和第二晶体管108可具有2:1或更大的面积比(例如，发射极面积比)，在一些情况下为8:1，并且在特定情况下为256:1。第一晶体管106的集电极耦接到放大器110的非反相输入。放大器110的输出耦接到第一晶体管106的基极。第一晶体管106被配置为驱动基准电流通过耦接到放大器110的非反相输入的第一电流路径122。第二晶体管108的集电极耦接到放大器110的反相输入。放大器110的输出耦接到第二晶体管108的基极。第二晶体管108被配置为驱动基准电流通过耦接到放大器110的反相输入的第二电流路径124。第一电阻器112耦接在第一晶体管106的发射极与第二晶体管108的发射极之间。第二电阻器114耦接在第二晶体管108的发射极与基准端子126(例如，接地端子)之间。该对第一电阻器112和第二电阻器114一起形成分压器。第三电阻器116、第四电阻器118和第五电阻器120以串联配置耦接在放大器110的输出与基准端子126之间。

在不存在补偿控制器104的情况下，电压基准电路102可产生具有一阶温度补偿的基准电压VREF。操作描述基于边界条件的分析，从第一电流路径122和第二电流路径124中的电流非常小的情况开始。具体地，当第一电流路径122和第二电流路径124中的电流小时，第一节点128和第二节点130处的电压大致相同。然而，因为图1所示的第一晶体管106具有更大的发射极面积，所以流过第一晶体管106的电流比流过第二晶体管108的电流多。换句话说，对于其中第一晶体管106和第二晶体管108的基极-发射极电压大致相同的小电流，因为大的发射极面积，所以更多的电流流过第一晶体管106。当第一晶体管106比第二晶体管108流过更多的电流时，由放大器110产生的基准电压VREF的大小随之增大。

现在考虑相反的情况，并且现在仍然忽略补偿控制器104。具体地，当电流非常大时，考虑到第一电阻器112和第二电阻器114的组合电阻，第一节点128处的电压可能很大。然而，第二晶体管108仅发现第二电阻器114，并且因此尽管发射极面积比不同，但流过第二晶体管108的电流可能多于流过第一晶体管106的电流。当第二晶体管108比第一晶体管106流过更多的电流时，由放大器110产生的基准电压VREF的大小随之减小。

在两个示例性边界情况之间，并且在稳态操作中，放大器110驱动基准电压VREF，使得第一电流路径122的电流与第二电流路径124的电流相匹配。因此，图1所示的电压基准电路102表示闭环控制系统，其尝试通过对基准电压VREF进行调整来平衡流过第一晶体管106和第二晶体管108的电流。在稳态操作中，第一晶体管106与第二晶体管108之间的基极-发射极电压差与电压基准电路102的工作温度成比例。第一晶体管106与第二晶体管108之间的基极-发射极电压差出现在第一电阻器112两端。具体地，在电压基准电路102的稳态操作中，第一电阻器112两端的电压与工作温度成正比。

此外，第二节点130处的电压与工作温度成比例。流过第一电阻器112的电流等于第一晶体管106和第二晶体管108的基极-发射极电压之差除以第一电阻器112的电阻。流过第二电阻器114的电流是流过第一电阻器112的电流的两倍，因为流过第一晶体管106和第二晶体管108的集电极的电流彼此相等，并且流过第一晶体管106和第二晶体管108的发射极的电流也彼此相等，只有很小的可忽略的差别。因此，第二电阻器114两端的电压也与工作温度成正比。因此，由放大器110产生的基准电压具有一阶温度补偿，其考虑了第一晶体管106和第二晶体管108的基极-发射极电压差与工作温度成正比的特性，以及第一晶体管106和第二晶体管108的基极-发射极电压成反比的特性。第一晶体管106、第二晶体管108、放大器110、第一电阻器112、第二电阻器114、第三电阻器116、第四电阻器118和第五电阻器120的组合被称为Brokaw电路或Brokaw单元。

补偿控制器104被配置为为电压基准电路102提供二阶温度补偿。例如，补偿控制器104被配置为根据工作温度来调整流过第一电流路径122的电流的量。图1所示的补偿控制器104包括低温补偿电路132和高温补偿电路134。在一些实施方式中，低温补偿电路132和高温补偿电路134各自充当电压-电流转换器，如将在下文结合图4和图5进一步描述的。在一些实施方式中，低温补偿电路132和高温补偿电路134定位在单个部件内(如图1所示)。在另选的实施方式中，低温补偿电路132和高温补偿电路134可定位在单独的部件内。

低温补偿电路132被配置为在低工作温度下从第一电流路径122提取补偿电流(“第一补偿电流”的示例)，如将在下文结合图4进一步描述的。图1所示的低温补偿电路132包括基准输入136、138和140，以及补偿输出142。基准输入136耦接到第二节点130。基准输入138耦接到第四电阻器118与第五电阻器120之间的中间模式，如图1所示。基准输入140耦接到放大器110以从其接收控制信号。在一些实施方式中，低温补偿电路132也耦接到放大器110以从其接收基准电压VREF(未示出)。补偿输出142耦接到第一节点128。高温补偿电路134被配置为在高工作温度下从第一电流路径122提取补偿电流(“第一补偿电流”的示例)，如将在下文结合图5进一步描述的。图1所示的高温补偿电路134包括基准输入144、146和148，以及补偿输出150。基准输入144耦接到第二节点130。基准输入146耦接到第三电阻器116与第四电阻器118之间的中间模式，如图1所示。基准输入148耦接到放大器110以从其接收控制信号。在一些实施方式中，高温补偿电路134也耦接到放大器110以从其接收基准电压VREF(未示出)。补偿输出150耦接到第一节点128。

如果一直启用，则低温补偿电路132和高温补偿电路134将在室温(例如，约27℃)下提取补偿电流。例如，图2A中的曲线图示出在室温下由低温补偿电路132提取的补偿电流将不为零。因此，当修整二阶温度补偿以改变基准电压VREF的-40℃值时，基准电压VREF的27℃值也被改变，如图2B中的曲线图所示。为了防止-40℃处的校正影响27℃处的校正，补偿控制器104在工作温度大于低温度阈值时停用低温补偿电路132。例如，补偿控制器104可在工作温度大于18℃时停用低温补偿电路132，如图3A中的曲线图所示。如图3A所示，低温补偿电路132在工作温度大于低温度阈值时不提取任何补偿电流。低温度阈值(“第一温度阈值”的示例)小于27℃。例如，在一些实施方式中，低温度阈值被设置在10℃与20℃之间。类似地，为了防止150℃处的校正影响27℃处的校正，补偿控制器104被配置为在工作温度小于高温度阈值时停用高温补偿电路134。例如，补偿控制器104可在工作温度小于62℃时停用高温补偿电路134，如图3B中的曲线图所示。如图3B所示，高温补偿电路134在工作温度小于高温度阈值时不提取任何补偿电流。高温度阈值(“第二温度阈值”的示例)被设置为大于27℃。例如，在一些实施方式中，高温度阈值被设置在60℃与70℃之间。图3C是由具有不同的-40℃和150℃修整值的系统100产生的电压基准的示例的曲线图。如图3C所示，在低温度阈值与高温度阈值之间产生的电压基准VREF值是不变的。通过在正常工作温度下停用低温补偿电路132和高温补偿电路134，系统100可实现约±0.04％的理论精度。

图4是根据一些实施方式的低温补偿电路132的示例的示意图。为了在低工作温度下提供二阶温度补偿，图4所示的低温补偿电路132包括晶体管402、404和406以及第一电流镜408。在一些实施方式中，晶体管402的源极耦接到电压源VCC(如图4所示)。在另选的实施方式中，晶体管402的源极耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。晶体管402的栅极耦接到基准输入140。如上所述并且如图1所示，基准输入140耦接到放大器110以从其接收控制信号。晶体管402的漏极耦接到晶体管404和406的源极。在一些实施方式中，晶体管402的尺寸(或面积)为约1.2微米。晶体管404(“第三晶体管”的示例)的栅极经由基准输入136耦接到第二节点130。晶体管406的栅极经由基准输入138、第四电阻器118和第三电阻器116(如图1所示)耦接到放大器110的输出。在一些实施方式中，晶体管404和406的主体耦接到电压源VCC(如图4所示)。在另选的实施方式中，晶体管404和406的主体耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。图4所示的第一电流镜408由初级晶体管410和镜像晶体管412形成。初级晶体管410的漏极耦接到晶体管404的漏极。镜像晶体管412的漏极经由补偿输出142耦接到第一电流路径122。初级晶体管410和镜像晶体管412的源极耦接到基准端子126。初级晶体管410和镜像晶体管412的栅极耦接在一起，并且进一步耦接到晶体管404的漏极。初级晶体管410的漏极-源极电压限定了第一电流镜408的基准电流路径。镜像晶体管412的漏极-源极电压限定了第一电流镜408的镜像电流路径。在操作中，第一电流镜408感测沿其基准电流路径的电流，并且尝试基于其基准电流路径中的电流来创建沿其镜像电流路径的镜像电流。因为镜像晶体管412的漏极耦接到第一电流路径122，所以第一电流镜408从第一电流路径122提取补偿电流。随着工作温度例如从-40℃增大，流过晶体管404的电流(“控制电流”的示例)减小，这使得流过初级晶体管410的电流也减小。由于第一电流镜408的存在，流过镜像晶体管412的电流也随着工作温度的增大而减小，并且因此，由低温补偿电路132从第一电流路径122提取的补偿电流的量随着工作温度的增大而减小。

为了停用低温补偿电路132，图4所示的低温补偿电路132包括晶体管414、第二电流镜416和晶体管418。在一些实施方式中，晶体管414的源极耦接到电压源VCC(如图4所示)。在另选的实施方式中，晶体管414的源极耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。晶体管414的栅极耦接到基准输入140。如上所述并且如图1所示，基准输入140耦接到放大器110以从其接收控制信号。在一些实施方式中，晶体管414的大小(或面积)与晶体管402相同(例如，约1.2微米)。图4所示的第二电流镜416由初级晶体管420和镜像晶体管422形成。初级晶体管420的漏极耦接到晶体管414的漏极。镜像晶体管422的漏极耦接到晶体管406的漏极。初级晶体管420和镜像晶体管422的源极耦接到基准端子126。初级晶体管420和镜像晶体管422的栅极耦接在一起，并且进一步耦接到晶体管414的漏极。初级晶体管420的漏极-源极电压限定了第二电流镜416的基准电流路径。镜像晶体管422的漏极-源极电压限定了第二电流镜416的镜像电流路径。在操作中，第二电流镜416感测沿其基准电流路径的电流，并且尝试基于其基准电流路径中的电流来创建沿其镜像电流路径的镜像电流。晶体管418的漏极耦接到晶体管404的漏极、初级晶体管410的漏极以及初级晶体管410和镜像晶体管412的栅极。晶体管418的源极耦接到基准端子126。晶体管418的栅极耦接到晶体管406和镜像晶体管422的漏极。当工作温度小于或等于低温度阈值时，流过晶体管406的大部分电流也流过镜像晶体管422(即，复制从晶体管414流过初级晶体管420的电流)。当流过晶体管406(“第四晶体管”的示例)的大部分电流也流过镜像晶体管422(“第五晶体管”的示例)时，晶体管418(“第六晶体管”的示例)停用，因为施加到晶体管418的栅极的电压低于启用阈值。当晶体管418停用时，流过晶体管404的所有电流也流过初级晶体管410。因此，镜像晶体管412在晶体管418停用时从第一电流路径122提取补偿电流。随着工作温度例如从-40℃增大，流过晶体管406的电流增大。当流过晶体管406的电流超过镜像晶体管422的电流容量时，晶体管418的栅极电压升高，直到晶体管418启用。从由晶体管404提供的电流(“控制电流”的示例)中减去流过晶体管418(即，从其漏极到其源极)的电流，迫使流过初级晶体管410和镜像晶体管412的电流为零。流过镜像晶体管412的电流因此从低温度阈值上升到较高温度时保持为零。因此，镜像晶体管412在晶体管418启用时不从第一电流路径122提取补偿电流。这样，低温补偿电路132在工作温度小于或等于低温度阈值时启用，并且在工作温度大于低温度阈值时停用。

图4所示的第一电流镜408和第二电流镜416仅仅是例示性的，并且可使用其他镜类型(例如，cascade电流镜、Wilson电流镜、Widlar电流镜)。可使用任何合适的电流镜，包括由控制器和/或模数转换器控制的具有镜像比的可编程电流镜。晶体管402、404、406和414在图4中被示出为P沟道金属氧化物半导体FET(MOSFET)。另外，初级晶体管410、镜像晶体管412、晶体管418、初级晶体管420和镜像晶体管422在图4中被示出为N沟道MOSFET。然而，可使用其他类型的FET(例如，绝缘栅FET)，并且实际上也可使用其他类型的晶体管(例如，BJT)。

图5是根据一些实施方式的高温补偿电路134的示例的示意图。为了在高工作温度下提供二阶温度补偿，图5所示的高温补偿电路134包括晶体管502、504和506以及第三电流镜508。在一些实施方式中，晶体管502的源极耦接到电压源VCC(如图5所示)。在另选的实施方式中，晶体管502的源极耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。晶体管502的栅极耦接到基准输入148。如上所述并且如图1所示，基准输入148耦接到放大器110以从其接收控制信号。晶体管502的漏极耦接到晶体管504和506的源极。在一些实施方式中，晶体管502的尺寸(或面积)为约0.6微米。晶体管504的栅极经由基准输入146和第三电阻器116(如图1所示)耦接到放大器110的输出。晶体管506的栅极经由基准输入144耦接到第二节点130。在一些实施方式中，晶体管504和506的主体耦接到电压源VCC(如图5所示)。在另选的实施方式中，晶体管504和506的主体耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。图5所示的第三电流镜508由初级晶体管510和镜像晶体管512形成。初级晶体管510的漏极耦接到晶体管504的漏极。镜像晶体管512的漏极经由补偿输出150耦接到第一电流路径122。初级晶体管510和镜像晶体管512的源极耦接到基准端子126。初级晶体管510和镜像晶体管512的栅极耦接在一起，并且进一步耦接到晶体管504的漏极。初级晶体管510的漏极-源极电压限定了第三电流镜508的基准电流路径。镜像晶体管512的漏极-源极电压限定了第三电流镜508的镜像电流路径。在操作中，第三电流镜508感测沿其基准电流路径的电流，并且尝试基于其基准电流路径中的电流来创建沿其镜像电流路径的镜像电流。因为镜像晶体管512的漏极耦接到第一电流路径122，所以第三电流镜508从第一电流路径122提取补偿电流。随着工作温度例如从150℃减小，流过晶体管504的电流(“控制电流”的示例)减小，这使得流过初级晶体管510的电流也减小。由于第三电流镜508的存在，流过镜像晶体管512的电流也随着工作温度的减小而减小，并且因此，由高温补偿电路134从第一电流路径122提取的补偿电流的量随着工作温度的减小而减小。

为了停用高温补偿电路134，图5所示的高温补偿电路134包括晶体管514、第四电流镜516和晶体管518。在一些实施方式中，晶体管514的源极耦接到电压源VCC(如图5所示)。在另选的实施方式中，晶体管514的源极耦接到放大器110的输出以从其接收基准电压VREF。晶体管514的栅极耦接到基准输入148。如上所述并且如图1所示，基准输入148耦接到放大器110以从其接收控制信号。在一些实施方式中，晶体管514的大小(或面积)与晶体管502相同(例如，约0.6微米)。图5所示的第四电流镜516由初级晶体管520和镜像晶体管522形成。初级晶体管520的漏极耦接到晶体管514的漏极。镜像晶体管522的漏极耦接到晶体管506的漏极。初级晶体管520和镜像晶体管522的源极耦接到基准端子126。初级晶体管520和镜像晶体管522的栅极耦接在一起，并且进一步耦接到晶体管514的漏极。初级晶体管520的漏极-源极电压限定了第四电流镜516的基准电流路径。镜像晶体管522的漏极-源极电压限定了第四电流镜516的镜像电流路径。在操作中，第四电流镜516感测沿其基准电流路径的电流，并且尝试基于其基准电流路径中的电流来创建沿其镜像电流路径的镜像电流。晶体管518的漏极耦接到晶体管504的漏极、初级晶体管510的漏极以及初级晶体管510和镜像晶体管512的栅极。晶体管518的源极耦接到基准端子126。晶体管518的栅极耦接到晶体管506和镜像晶体管522的漏极。当工作温度大于或等于高温度阈值时，流过晶体管506的大部分电流也流过镜像晶体管522(即，复制从晶体管514流过初级晶体管520的电流)。当流过晶体管506的大部分电流也流过镜像晶体管522时，晶体管518停用，因为施加到晶体管518的栅极的电压低于启用阈值。当晶体管518停用时，流过晶体管504的所有电流也流过初级晶体管510。因此，镜像晶体管512在晶体管518停用时从第一电流路径122提取补偿电流。随着工作温度例如从150℃减小，流过晶体管506的电流增大。当流过晶体管506的电流超过镜像晶体管522的电流容量时，晶体管518的栅极电压升高，直到晶体管518启用。从由晶体管504提供的电流(“控制电流”的示例)中减去流过晶体管518(即，从其漏极到其源极)的电流，迫使流过初级晶体管510和镜像晶体管512的电流为零。流过镜像晶体管512的电流因此从高温度阈值下降到较低温度时保持为零。因此，镜像晶体管512在晶体管518启用时不从第一电流路径122提取补偿电流。这样，高温补偿电路134在工作温度大于或等于高温度阈值时启用，并且在工作温度小于高温度阈值时停用。

图5所示的第三电流镜508和第四电流镜516仅仅是例示性的，并且可使用其他镜类型(例如，cascade电流镜、Wilson电流镜、Widlar电流镜)。可使用任何合适的电流镜，包括由控制器和/或模数转换器控制的具有镜像比的可编程电流镜。晶体管502、504、506和514在图5中被示出为P沟道MOSFET。另外，初级晶体管510、镜像晶体管512、晶体管518、初级晶体管520和镜像晶体管522在图5中被示出为N沟道MOSFET。然而，可使用其他类型的FET(例如，绝缘栅FET)，并且实际上也可使用其他类型的晶体管(例如，BJT)。

图6是用于产生补偿电压基准的方法的示例的流程图。在框602处，电压基准电路操作以产生基准电压。例如，电压基准电路102操作以产生基准电压VREF。在框604处，确定工作温度是否小于或等于第一温度阈值(例如，低温度阈值)。当工作温度小于或等于第一温度阈值时，启用第一补偿电路(在框606处)。例如，如前所述，启用低温补偿电路132，并且低温补偿电路132从电压基准电路102提取补偿电流。另选地，当工作温度大于第一温度阈值时，停用第一补偿电路(在框608处)。例如，停用低温补偿电路132，并且低温补偿电路132不从电压基准电路102提取补偿电流。接着，在框610处，确定工作温度是否大于或等于第二温度阈值(例如，高温度阈值)。第二温度阈值大于第一温度阈值。当工作温度大于或等于第二温度阈值时，启用第二补偿电路(在框612处)。例如，如前所述，启用高温补偿电路134，并且高温补偿电路134从电压基准电路102提取补偿电流。另选地，当工作温度小于第二温度阈值时，停用第二补偿电路(在框614处)。例如，停用高温补偿电路134，并且高温补偿电路134不从电压基准电路102提取补偿电流。在一些实施方式中，方法600在框612或框614之后结束。在另选的实施方式中，方法600在框612或框614之后返回到框604。虽然在图6中示出为序列，但可同时执行该方法的全部或任何部分。例如，框604和框610可同时执行。

本公开也提供了一种用于产生补偿电压基准的设备。该设备包括用于驱动第一基准电流通过第一电流路径的装置。该用于驱动第一基准电流通过第一电流路径的装置可以指例如作为整体的电压基准电路102或电压基准电路102的一个或多个部件(例如，第一晶体管106)。该设备也包括用于驱动第二基准电流通过第二电流路径的装置。该用于驱动第二基准电流通过第二电流路径的装置可以指例如作为整体的电压基准电路102或电压基准电路102的一个或多个部件(例如，第二晶体管108)。该设备还包括用于基于第一电流路径和第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压的装置。该用于产生基准电压的装置可以指例如作为整体的电压基准电路102或电压基准电路102的一个或多个部件(例如，放大器110)。该设备也包括用于从第一电流路径提取第一补偿电流的装置。该用于提取第一补偿电流的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的低温补偿电路132)、或低温补偿电路132的一个或多个部件(例如，晶体管402、晶体管404、晶体管406、第一电流镜408、初级晶体管410、镜像晶体管412或它们的组合)。该设备还包括用于从第一电流路径提取第二补偿电流的装置。该用于提取第二补偿电流的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的高温补偿电路134)、或高温补偿电路134的一个或多个部件(例如，晶体管502、晶体管504、晶体管506、第三电流镜508、初级晶体管510、镜像晶体管512或它们的组合)。该设备还包括用于在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用用于提取第一补偿电流的装置的装置。该用于启用用于提取第一补偿电流的装置的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的低温补偿电路132)、或低温补偿电路132的一个或多个部件(例如，晶体管414、第二电流镜416、晶体管418、初级晶体管420、镜像晶体管422或它们的组合)。该设备还包括用于在工作温度大于第一温度阈值时停用用于提取第一补偿电流的装置的装置。该用于停用用于提取第一补偿电流的装置的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的低温补偿电路132)、或低温补偿电路132的一个或多个部件(例如，晶体管414、第二电流镜416、晶体管418、初级晶体管420、镜像晶体管422或它们的组合)。该设备还包括用于在工作温度大于或等于第二温度阈值时启用用于提取第二补偿电流的装置的装置。该用于启用用于提取第二补偿电流的装置的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的高温补偿电路134)、或高温补偿电路134的一个或多个部件(例如，晶体管514、第四电流镜516、晶体管518、初级晶体管520、镜像晶体管522或它们的组合)。第二温度阈值大于第一温度阈值。该设备还包括用于在工作温度小于第二温度阈值时停用用于提取第二补偿电流的装置的装置。该用于停用用于提取第二补偿电流的装置的装置可以指例如作为整体的补偿控制器104、补偿控制器104的部件(例如，作为整体的高温补偿电路134)、或高温补偿电路134的一个或多个部件(例如，晶体管514、第四电流镜516、晶体管518、初级晶体管520、镜像晶体管522或它们的组合)。在一些实施方式中，该设备也包括用于在工作温度大于第一温度阈值并且小于第二温度阈值时，从第一电流路径提取第三补偿电流的装置。该用于提取第三补偿电流的装置可以指例如作为整体的电压基准电路102或电压基准电路102的一个或多个部件(例如，第一电阻器112、第二电阻器114、第三电阻器116、第四电阻器118、第五电阻器120或它们的组合)。

附图中的许多电连接被示为没有中间器件的直接耦接，但在上面的描述中并未如此明确说明。然而，对于在附图中示出的没有中间设备的电连接，该段落应充当权利要求的先行基础，以用于引用任何电连接作为“直接耦接”。

上述讨论意在说明本发明的原理和各种实施方式。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多变型形式和修改形式就将变得显而易见。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型形式和修改形式。

Claims (10)

1.一种用于产生补偿电压基准的方法，所述方法包括：

操作电压基准电路，所述电压基准电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管被配置为驱动第一基准电流通过第一电流路径；第二晶体管，所述第二晶体管被配置为驱动第二基准电流通过第二电流路径；和放大器，所述放大器被配置为基于所述第一电流路径和所述第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压；

在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用第一补偿电路，其中所述第一补偿电路被配置为从所述第一电流路径提取第一补偿电流；

在所述工作温度大于所述第一温度阈值时停用所述第一补偿电路；

在所述工作温度大于或等于第二温度阈值时启用第二补偿电路，其中所述第二补偿电路被配置为从所述第一电流路径提取第二补偿电流，其中所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；以及

在所述工作温度小于所述第二温度阈值时停用所述第二补偿电路。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一补偿电流的大小与所述工作温度成比例，并且其中所述第二补偿电流的大小与所述工作温度成比例。

3.根据权利要求1所述的方法，其中停用所述第一补偿电路还能够包括从包括在所述第一补偿电路中的电流镜的基准电流路径提取控制电流。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述工作温度大于所述第一温度阈值并且小于所述第二温度阈值时，从所述第一电流路径提取第三补偿电流。

5.一种用于产生补偿电压基准的系统，所述系统包括：电压基准电路和补偿控制器，

所述电压基准电路包括：第一晶体管、第二晶体管以及放大器；

所述第一晶体管被配置为驱动第一基准电流通过第一电流路径，

所述第二晶体管被配置为驱动第二基准电流通过第二电流路径，和

所述放大器具有耦接到所述第一电流路径的非反相输入和耦接到所述第二电流路径的反相输入，其中所述放大器被配置为基于所述第一电流路径和所述第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压；以及

所述补偿控制器包括：第一补偿电路和第二补偿电路；

所述第一补偿电路被配置为从所述第一电流路径提取第一补偿电流，和

所述第二补偿电路被配置为从所述第一电流路径提取第二补偿电流，

其中所述补偿控制器被配置为：

在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用所述第一补偿电路，

在所述工作温度大于所述第一温度阈值时停用所述第一补偿电路，

在所述工作温度大于或等于第二温度阈值时启用所述第二补偿电路，其中所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值，以及

在所述工作温度小于所述第二温度阈值时停用所述第二补偿电路。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一补偿电流的大小与所述工作温度成比例，并且其中所述第二补偿电流的大小与所述工作温度成比例。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一补偿电路包括电流镜，并且其中，为了停用所述第一补偿电路，所述补偿控制器被进一步配置为从所述电流镜的基准电流路径提取控制电流。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一补偿电路还包括：

电流镜，所述电流镜限定基准电流路径和镜像电流路径，其中所述电流镜被配置为通过镜像电流路径从所述第一电流路径提取所述第一补偿电流，

第三晶体管，所述第三晶体管被配置为向所述基准电流路径提供电流，其中由所述第三晶体管提供的所述电流与所述工作温度负相关，

第四晶体管，所述第四晶体管被配置为提供电流，其中由所述第四晶体管提供的所述电流与由所述第三晶体管提供的所述电流负相关，

第五晶体管，所述第五晶体管被配置为接收由所述第四晶体管提供的所述电流，和

第六晶体管，所述第六晶体管被配置为在由所述第四晶体管提供的电流大于所述第五晶体管的电流容量时启用，其中，当启用时，所述第六晶体管被配置为提取由所述第三晶体管提供到所述基准电流路径的电流。

9.一种用于产生补偿电压基准的设备，所述设备包括：

用于驱动第一基准电流通过第一电流路径的装置；

用于驱动第二基准电流通过第二电流路径的装置；

用于基于所述第一电流路径和所述第二电流路径上存在的电流之间的差值来产生基准电压的装置；

用于从所述第一电流路径提取第一补偿电流的装置；

用于从所述第一电流路径提取第二补偿电流的装置；

用于在工作温度小于或等于第一温度阈值时启用所述用于从所述第一电流路径提取第一补偿电流的装置的装置；

用于在所述工作温度大于所述第一温度阈值时停用所述用于从所述第一电流路径提取第一补偿电流的装置的装置；

用于在所述工作温度大于或等于第二温度阈值时启用所述用于从所述第一电流路径提取第二补偿电流的装置的装置，其中所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；以及

用于在所述工作温度小于所述第二温度阈值时停用所述用于从所述第一电流路径提取第二补偿电流的装置的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一补偿电流的大小与所述工作温度成比例，并且其中所述第二补偿电流的大小与所述工作温度成比例。

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