CN213482741U - 负温度系数的电压产生电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种负温度系数的电压产生电路和电子设备，该负温度系数的电压产生电路包括：负温度系数的电流源，用于输出负温度系数的第一电流；正温度系数的电流源，用于输出正温度系数的第二电流；第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述负温度系数的电流源的输出端和正温度系数的电流源的输出端，所述第一电阻的第二端接地；所述负温度系数的绝对值大于所述正温度系数；所述第一电阻的第一端用于输出负温度系数的电压信号。上述方案可以得到一种用于产生负温度系数的电压信号的电压产生电路。

Description

负温度系数的电压产生电路和电子设备
技术领域
本申请涉及模拟集成电路技术领域，具体而言，特别涉及一种负温度系数的电压产生电路和电子设备。
背景技术
模拟电路广泛使用到参考电压，这种参考电压需要具有高精确度，其相对于工艺因素和电压源的关联性很低或甚至没有，而与温度之间有一定的关联性。目前已经发展了许多实现零温度系数的技术方案，其中能带间隙(bandgap)参考电压是一种热门方法。
但在实际应用中，稳定的参考电压无法满足所有应用场景的需求，例如需要负温度系数的参考电压来补偿正温度系数的电压信号时，如果仅能产生稳定的参考电压，则无法实现应用需求，因此，急需一种用于产生负温度系数的电压信号的电压产生电路。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种负温度系数的电压产生电路，用以产生负温度系数的电压信号。
本申请实施例还提供了一种负温度系数的电压产生电路，包括：
负温度系数的电流源，用于输出负温度系数的第一电流；
正温度系数的电流源，用于输出正温度系数的第二电流；
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述负温度系数的电流源的输出端和所述正温度系数的电流源的输出端，所述第一电阻的第二端接地；
所述负温度系数的绝对值大于所述正温度系数；所述第一电阻的第一端用于输出负温度系数的电压信号。
在一实施例中，所述负温度系数的电流源包括：
负温度系数的偏置电路，用于输出第一偏置电压；
第一P型场效应管，栅极连接所述负温度系数的偏置电路的输出端，漏极用于输出所述负温度系数的第一电流；源极连接电压源。
在一实施例中，所述负温度系数的偏置电路包括：
由第二P型场效应和第三P型场效应管构成的第一电流镜单元，所述第一电流镜单元的共栅极用于输出所述第一偏置电压；所述第二P型场效应和第三P型场效应管的源极连接所述电压源；
由第一N型场效应管和第二N型场效应管构成的第二电流镜单元，所述第二电流镜单元的共栅极连接所述第二P型场效应的漏极和所述第一N型场效应管的源极；
第一双极型晶体管，所述第一双极型晶体管的发射极与所述第二N型场效应管的漏极相连接；
第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一N型场效应管的漏极相连接，所述第二电阻的另一端与所述第一双极型晶体管的基极和集电极共同接地。
在一实施例中，所述第一P型场效应管的栅极与第二P型场效应的栅极和第三P型场效应管的栅极相连。
在一实施例中，所述正温度系数的电流源包括：
正温度系数的偏置电路，用于输出第二偏置电压；
第四P型场效应管，栅极连接所述正温度系数的偏置电路的输出端，漏极用于输出所述正温度系数的第二电流；源极连接电压源；
在一实施例中，所述正温度系数的偏置电路为PTAT电流源。
在一实施例中，所述PTAT电流源包括：
由第五P型场效应和第六P型场效应管构成第三电流镜单元，所述第三电流镜单元的共栅极用于输出所述第二偏置电压；所述第五P型场效应和第六P型场效应管的源极连接所述电压源；
第一运算放大器，输出端与所述第五P型场效应管、所述第六P型场效应管的共栅极相连接；
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一运算放大器的同相输入端和所述第六P型场效应管的漏极相连接；
第二双极型晶体管，所述第二双极型晶体管的发射极与所述第三电阻的第二端相连接；
第三双极型晶体管，所述第三双极型晶体管的发射极与所述第一运算放大器的反相输入端、第五P型场效应管的漏极相连接；
所述第二双极型晶体管的基极、集电极与第三双极型晶体管的基极、集电极共同接地。
在一实施例中，所述第四P型场效应管的栅极与所述第五P型场效应管的栅极和所述第六P型场效应管的栅极连接。
在一实施例中，所述电压产生电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述负温度系数的电压信号；
第七P型场效应管，栅极与所述第二运算放大器的输出端相连接；源极连接电压源；
第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第二运算放大器的正相输入端、所述第七P型场效应管的漏极相连接，所述第四电阻的另一端接地。
本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括：上述负温度系数的电压产生电路。
上述实施例提供的技术方案，负温度系数的电流源输出负温度系数的第一电流和正温度系数的电流源输出正温度系数的第二电流共同流过第一电阻，由于负温度系数的绝对值大于正温度系数，从而在第一电阻的一端可以产生负温度系数的电压信号。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种负温度系数的电压产生电路框图；
图2为本申请另一实施例提供的一种负温度系数的电压产生电路示意图；
图3为本申请一实施例提供的一种驱动电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本申请实施例提供的一种负温度系数的电压产生电路框图。如图1所示，该负温度系数的电压产生电路包括：负温度系数的电流源110，正温度系数的电流源120以及第一电阻130。
其中，负温度系数的电流源110用于输出负温度系数的第一电流；正温度系数的电流源120用于输出正温度系数的第二电流。正温度系数是指与温度呈正比例关系，负温度系数是指与温度呈负比例关系。进行区分，负温度系数的电流源输出的电流称为第一电流，正温度系数的电流源输出的电流称为第二电流。
第一电阻130的第一端连接所述负温度系数的电流源110和所述正温度系数的电流源120，用于接收所述负温度系数的第一电流和所述正温度系数的第二电流。第一电阻的第二端接地。从而第一电流和第二电流一起经过第一电阻。第一电阻的第二端接地可以是直接接地也可以是间接接地。
需要说明的是，所述负温度系数的绝对值大于所述正温度系数；从而第一电流和第二电流合并后，可以向第一电阻输出负温度系数的电流。由此第一电阻的第一端可以输出负温度系数的电压信号。
图2为本申请另一实施例提供的一种负温度系数的电压产生电路示意图。如图2所示，该电压产生电路包括：负温度系数的电流源210、正温度系数的电流源220和第一电阻230。
在一实施例中，上述负温度系数的电流源210包括：第一P型场效应管MP1(即PMOS)和负温度系数的偏置电路310。
其中，所述第一P型场效应管MP1的栅极连接所述负温度系数的偏置电路的输出端，负温度系数的偏置电路可以向第一P型场效应管MP1的栅极输出第一偏置电压，第一P型场效应管MP1的漏极可以输出负温度系数的第一电流。第一P型场效应管MP1的源极可以连接电压源(即电源VDD)。
在一实施例中，所述负温度系数的偏置电路310包括：第二P型场效应管MP2(即PMOS)、第三P型场效应管MP3(即PMOS)、第一N型场效应管MN2(即NMOS)、第二N型场效应管MN2(即NMOS)、第二电阻R2和第一双极型晶体管PNP 1。
其中，所述第二P型场效应管MP2和所述第三P型场效应管MP3构成第一电流镜单元，所述第一电流镜单元的共栅极用于输出所述第一偏置电压；所述第一N型场效应管MN1和所述第二N型场效应管MN2构成第二电流镜单元，所述第二电流镜单元的共栅极连接所述第二P型场效应MP2的漏极和所述第一N型场效应管MN1的源极；所述第一双极型晶体管PNP_1的发射极与所述第二N型场效应管MN2的漏极相连接；所述第二电阻的一端与所述第一N型场效应管的漏极相连接，所述第二电阻的另一端与所述第一双极型晶体管的基极和集电极共同接地；所述第二P型场效应管MP2的源极和所述第三P型场效应管MP3的源极可以连接电源VDD。
其中，
Figure BDA0002793669410000071
Figure BDA0002793669410000072
其中，W指电流镜单元中的场效应管的宽度；L指电流镜单元中的场效应管的长度。
第二P型场效应管MP2、所述第三P型场效应管MP3、第一N型场效应管MN2和第二N型场效应管MN2工作在饱和区，有
IMP2＝IMP3 (3)
其中，IMP2为流过所述第二P型场效应管MP2的电流、IMP3为流过所述第三P型场效应管MP3的电流。其中，所述第一双极型晶体管PNP_1的基极-发射极电压VBF，即pn结二极管的正向电压，具有负温度系数。
其中，对于所述第一双极型晶体管PNP_1，写出表达式
IC＝ISexp(VBE/VT) (4)
其中，IC为所述第一双极型晶体管PNP_1的集电极电流，是温度的函数；VBE为所述第一双极型晶体管PNP_1的基极-发射极电压；VT为热电压；IS为所述第一双极型晶体管PNP_1的饱和电流。
其中，
VT＝kT/q (5)
其中，k为玻尔兹曼常数；T表示温度；q为电子电量。
饱和电流IS正比于
Figure BDA0002793669410000073
其中，μ为少数载流子的迁移率；ni为硅的本征载流子浓度；T为温度。
少数载流子的迁移率μ与温度的关系为：μ正比于μ0Tm，其中，m≈-3/2，且
Figure BDA0002793669410000081
其中Eg≈1.12eV，为硅的带隙能量。得到公式
Figure BDA0002793669410000082
其中b是比列系数。
由公式(4)得到
VBE＝VT*ln(IC/IS) (7)
IC是温度的函数，为简化分析，暂时假设IC保持不变。由所述公式(7)在VBE对T取导数时，得到
Figure BDA0002793669410000083
所述公式(8)为给定温度下基极-发射极电压的温度系数公式。
在IS对T取导数，得到
Figure BDA0002793669410000084
由所述公式(5)、所述公式(6)和所述公式(9)可以得到
Figure BDA0002793669410000085
将所述公式(7)和所述公式(10)带入到所述公式(8)，得到
Figure BDA0002793669410000086
从所述公式(11)中可以看出，所述给定温度下基极-发射极电压的温度系数与VBE本身的大小有关，当VBE≈E的电压V，T＝300K时，
Figure BDA0002793669410000087
其中，所述第一双极型晶体管PNP_1的基极-发射极电压VBE，即pn结二极管的正向电压，具有负温度系数，由此得到的流过所述第二P型场效应管MP2的电流IMP2是一个具有负温度系数的电流。
其中，所述第一N型场效应管MN1和所述第二N型场效应管MN2构成第二电流镜单元，流过所述第二电阻R2的电流与流过所述第一双极型晶体PNP_1的电流相等。
其中，
VR2＝VPNP_1 (12)
IMP2＝IMP2＝VBE/R2 (13)
其中，VR2为所述第二电阻R2两端电压；VPNP_1为所述第一双极型晶体PNP_1两端电压；R2为所述第二电阻R2的阻值。
在一实施例中，第一P型场效应管MP1的栅极与第二P型场效应MP2的栅极和所述第三P型场效应管MP3的栅极连接，第一P型场效应管MP1所在支路可以复制第二P型场效应MP2所在支路的电流，故第一P型场效应管MP1所在支路可以输出具有负温度系数的第一电流。
在一实施例中，上述正温度系数的电流源220包括：第四P型场效应管MP4(即PMOS)和正温度系数的偏置电路410。
其中，所述第四P型场效应管MP4的栅极连接所述正温度系数的偏置电路的输出端，漏极用于输出所述正温度系数的第二电流；所述正温度系数的偏置电路用于输出第二偏置电压；所述第四P型场效应管MP4的源极可以连接电源VDD。
在一实施例中，所述正温度系数的偏置电路410为PTAT电流源。其中，所述PTAT电流源是指与绝对温度成正比的电流源。
如图2所示，所述正温度系数的偏置电路410包括：第五P型场效应MP5(即PMOS)、第六P型场效应管MP6(即PMOS)、第一运算放大器AMP1、第三电阻R3、第二双极型晶体管PNP_2和第三双极型晶体管PNP_3。
在一实施例中，所述第五P型场效应MP5和所述第六P型场效应管MP6构成第三电流镜单元，所述第三电流镜单元的共栅极用于输出所述第二偏置电压；所述第三电阻R3的第一端与所述第一运算放大器AMP1的同相输入端和所述第六P型场效应管的漏极相连接MP6；所述第二双极型晶体管PNP_2的发射极与所述第三电阻R3的第二端相连接；所述第三双极型晶体管PNP_3的发射极与所述第一运算放大器AMP1的反相输入端、第五P型场效应管MP5的漏极相连接；所述第二双极型晶体管PNP_2的基极、集电极与第三双极型晶体管PNP_3的基极、集电极共同接地；所述第五P型场效应管MP5的源极和所述第六P型场效应管MP6的源极可以连接电源VDD。
在一实施例中，所述第四P型场效应管MP4的栅极与所述第五P型场效应管MP5的栅极和所述第六P型场效应管MP6的栅极连接。从而第四P型场效应管MP4所在支路可以复制第六P型场效应管MP6所在支路的电流。
其中，第三双极型晶体管PNP_3和所述第二双极型晶体管PNP_2工作在不相等的电流密度下，双极型晶体管的基极-发射极电压VBE的差值ΔVBE与绝对温度成正比，将电压差ΔVBE作用在所述第三电阻R3上，形成第六P型场效应管MP6所在支路的电流，由于第四P型场效应管MP4与第六P型场效应管MP6构成电流镜，故可以复制流过第三电阻R3的电流，得到PTAT电流(即第二电流)。
其中，
Figure BDA0002793669410000111
使得
IMPS＝IMP6＝IMP4/M (15)
得到流过所述第三双极型晶体管PNP_3和所述第二双极型晶体管PNP_2的电流相等，进而所述第三双极型晶体管PNP_3和所述第二双极型晶体管PNP_2基极-发射极电压VBE的差值为ΔVBE＝VTln n和绝对温度成正比。
其中，W指电流镜单元中的场效应管的宽度；L指电流镜单元中的场效应管的长度；n为所述第三双极型晶体管PNP_3和所述第二双极型晶体管PNP_2并联个数的比值。
另外，由于第一运算放大器AMP1的存在，使得所述第三双极型晶体管PNP_3的发射极和所述第三电阻R3第一端有相同的电位，可以得到所述第三电阻R3上的压降为所述第三双极型晶体管PNP_3和所述第二双极型晶体管PNP_2基极-发射极电压VBE的差值ΔVBE＝VTlnn。因为流过第四P型场效应管MP4的电流IMP4、流过所述第五P型场效应管的电流IMP5，流过第六P型场效应管MP6的电流分别为：
Figure BDA0002793669410000112
Figure BDA0002793669410000113
其中，R3为所述第三电阻R3的阻值。
在一实施例中，所述第一电阻R1可以串联一个电阻R，如图2所示。
其中，流过串联的第一电阻R1和电阻R的电流由所述第一P型场效应管MP1和所述第四P型场效应管MP4的漏极提供。
其中流过所述第一P型场效应管MP1的电流为所述负温度系数第一电流I_1，流过所述第四P型场效应管MP4的电流为所述正温度系数第二电流I 2，得到所述第一电阻R1的电压VR1为
VR1＝R1*(I_1+I_2) (18)
其中，R1为所述第一电阻R1的阻值。
在一实施例中，假设所述第一P型场效应管MP1的管子数量为x，所述第四P型场效应管MP4的管子数量为y，流过第一P型场效应管MP1的电流的温度系数可以表示为-a1x，流过所述第四P型场效应管MP4的电流的温度系数可以表示为a2y。
其中，由所述公式(18)中的所述第一电阻R1的电压VR1对温度T求导，得到电压VR1的温度系数
Figure BDA0002793669410000121
故通过调整x，y值，可以调整输出电压的温度系数。
图3为本申请一实施例提供的一种驱动电路示意图。如图3所示，所述驱动电路包括：第二运算放大器AMP2、第七P型场效应管MP7(即PMOS)和第四电阻R4。该驱动电路可以用于连接到图2所示电路中的NTV端(即电压信号输出端)
其中，所述第二运算放大器AMP2的反相输入端连接第一电阻R1的第一端，用于输入负温度系数的电压信号；所述第七P型场效应管MP7的栅极与所述第二运算放大器AMP2的输出端相连接；第七P型场效应管MP7的源极连接电源VDD，所述第四电阻R4的一端与所述第二运算放大器AMP2的正相输入端、所述第七P型场效应管MP7的漏极相连接，所述第四电阻R4的另一端接地。
其中，所述第一电阻R1输出的负温度系数的电压信号通过一个BUFFER(即图3所示电路)后，可以得到具有负温度系数且具有驱动能力的相同温度系数的电压信号。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括图1、图2、和图3所示的负温度系数的电压产生电路。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负温度系数的电压产生电路，其特征在于，包括：
负温度系数的电流源，用于输出负温度系数的第一电流；
正温度系数的电流源，用于输出正温度系数的第二电流；
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述负温度系数的电流源的输出端和所述正温度系数的电流源的输出端，所述第一电阻的第二端接地；
所述负温度系数的绝对值大于所述正温度系数；所述第一电阻的第一端用于输出负温度系数的电压信号。
2.根据权利要求1所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述负温度系数的电流源包括：
负温度系数的偏置电路，用于输出第一偏置电压；
第一P型场效应管，栅极连接所述负温度系数的偏置电路的输出端，漏极用于输出所述负温度系数的第一电流；源极连接电压源。
3.根据权利要求2所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述负温度系数的偏置电路包括：
由第二P型场效应和第三P型场效应管构成的第一电流镜单元，所述第一电流镜单元的共栅极用于输出所述第一偏置电压；所述第二P型场效应和第三P型场效应管的源极连接所述电压源；
由第一N型场效应管和第二N型场效应管构成的第二电流镜单元，所述第二电流镜单元的共栅极连接所述第二P型场效应的漏极和所述第一N型场效应管的源极；
第一双极型晶体管，所述第一双极型晶体管的发射极与所述第二N型场效应管的漏极相连接；
第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一N型场效应管的漏极相连接，所述第二电阻的另一端与所述第一双极型晶体管的基极和集电极共同接地。
4.根据权利要求3所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述第一P型场效应管的栅极与第二P型场效应的栅极和第三P型场效应管的栅极相连。
5.根据权利要求1所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述正温度系数的电流源包括：
正温度系数的偏置电路，用于输出第二偏置电压；
第四P型场效应管，栅极连接所述正温度系数的偏置电路的输出端，漏极用于输出所述正温度系数的第二电流；源极连接电压源。
6.根据权利要求5所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述正温度系数的偏置电路为PTAT电流源。
7.根据权利要求6所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述PTAT电流源包括：
由第五P型场效应和第六P型场效应管构成第三电流镜单元，所述第三电流镜单元的共栅极用于输出所述第二偏置电压；所述第五P型场效应和第六P型场效应管的源极连接所述电压源；
第一运算放大器，输出端与所述第五P型场效应管、所述第六P型场效应管的共栅极相连接；
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一运算放大器的同相输入端和所述第六P型场效应管的漏极相连接；
第二双极型晶体管，所述第二双极型晶体管的发射极与所述第三电阻的第二端相连接；
第三双极型晶体管，所述第三双极型晶体管的发射极与所述第一运算放大器的反相输入端、第五P型场效应管的漏极相连接；
所述第二双极型晶体管的基极、集电极与第三双极型晶体管的基极、集电极共同接地。
8.根据权利要求7所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述第四P型场效应管的栅极与所述第五P型场效应管的栅极和所述第六P型场效应管的栅极连接。
9.根据权利要求1所述的负温度系数的电压产生电路，其特征在于，所述电压产生电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述负温度系数的电压信号；
第七P型场效应管，栅极与所述第二运算放大器的输出端相连接；源极连接电压源；
第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第二运算放大器的正相输入端、所述第七P型场效应管的漏极相连接，所述第四电阻的另一端接地。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：权利要求1-9任意一项所述的负温度系数的电压产生电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113467567A (zh) * 2021-07-28 2021-10-01 深圳市中科蓝讯科技股份有限公司 一种基准源电路及芯片
WO2024148798A1 (zh) * 2023-01-11 2024-07-18 长鑫存储技术有限公司 一种存储器

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