DE102015101319B4

DE102015101319B4 - Zwei zur absoluten Temperatur proportionale Strom- und Spannungsgeneratoren mit niedriger Leistung und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102015101319B4
Application number: DE102015101319.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Marinca
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US9658637B2; DE102015101319A1; CN104850167A; CN104850167B; US20150234414A1

Abstract

PTAT-Schaltung, mit:einer ersten Gruppe von Schaltungskomponenten (C1), die a) ein Paar von bipolaren Transistoren (qnl, qn2) mit einem mit einer ersten Kollektorstromdichte betriebenen ersten bipolaren Transistor (qnl) und einem mit einer zweiten, niedrigeren Kollektorstromdichte betriebenen zweiten bipolaren Transistor (qn2) aufweist, wobei das Paar von bipolaren Transistoren ausgestaltet ist, eine auf eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene erste Spannungskomponente bereitzustellen,b) ein ohmsches Lastelement (r1) aufweist, welches mit einem Emitter von einem bipolaren Transistor des Paars von bipolaren Transistoren (qn1, qn2) gekoppelt ist; undc) einen Biasgenerator (mp3, mp4) aufweist, der ausgestaltet ist, eine erste Biasspannung zu erzeugen und einen ersten Biasstrom für das ohmsche Lastelemente bereitzustellen, wobei der erste Biasstrom einen Wert aufweist, der auf einen Wert des ohmschen Lastelements und der ersten Spannungskomponente bezogen ist, undwobei die PTAT-Schaltung fernereine zweite Gruppe (C2) von Schaltungskomponenten aufweist, die mit der ersten Gruppe von Schaltungskomponenten gekoppelt ist, wobei die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten funktionell mittels der ersten Biasspannung vorgespannt wird und einen zweiten Biasstrom (lex) für das ohmsche Lastelement (r1) der ersten Gruppe von Schaltungskomponenten bereitstellt, wobei die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten ausgestaltet ist, zumindest eine zweite auf eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene Spannungskomponente zu erzeugen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen einer Ausgangsgröße, die temperaturabhängig ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Verfahrensweise und Schaltungsanordnungen, die ausgestaltet sind, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das proportional zur absoluten Temperatur ist. Ein solches Ausgangssignal kann in Temperatursensoren, Referenzspannungsquellen vom Bandgap-Typ und verschiedenen Analogschaltungen verwendet werden.
HINTERGRUND
Es ist gut bekannt, dass die Temperatur die Leistung von elektrischen Schaltungen beeinflusst. Der Widerstand oder die Leitfähigkeit elektrischer Komponenten variiert in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebung, in welcher diese betrieben werden. Diese Kenntnis kann dazu verwendet werden, Schaltungen oder Sensoren zu erzeugen, deren Ausgangsgröße mit der Temperatur variiert und die von daher als Temperatursensoren wirken. Die Ausgangsgröße solcher Schaltungen kann eine zur absoluten Temperatur proportionale (proportional to absolute temperature; PTAT) Ausgangsgröße oder eine zur absoluten Temperatur komplementäre (complementary to absolute temperature; CTAT) Ausgangsgröße sein. Eine PTAT-Schaltung stellt eine Ausgangsgröße bereit, die mit steigender Temperatur zunimmt, wohingegen eine CTAT-Schaltung eine Ausgangsgröße bereitstellt, die mit steigender Temperatur abnimmt.
PTAT- und CTAT-Schaltungen finden breite Verwendung in Temperatursensoren, Bezugsspannungsquellen vom Bandgap-Typ und verschiedenen Analogschaltungen. Eine Spannung, die proportional zur absoluten Temperatur (PTAT) ist, kann aus der Differenz der Basis-Emitter-Spannungen von mit unterschiedlichen Kollektorstromdichten betriebenen bipolaren Transistoren erhalten werden. Ein entsprechender PTAT-Strom kann erzeugt werden, indem die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz über einen Widerstand reflektiert wird. Mit einem zweiten Widerstand vom gleichen Typ, der auch denselben oder einen ähnlichen Temperaturkoeffizienten (temperature coefficient; TC) aufweist, kann die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz auf den gewünschten Pegel verstärkt werden.
Im Stand der Technik offenbaren US 2006/0 250 178 A1 eine Bandgap-Schaltung mit geringem Rauschen, US 2006 / 0 208 790 A1 eine Bandgap-Referenz-Schaltung und ein Verfahren, welche präzise und prozessinvariant sein sollen, und US 2013 / 0 038 317 A1 ein Verfahren und eine Schaltung für eine Spannungsreferenz und einen Biasstromgenerator welche geringe Leistung aufweisen sollen.
Im Stand der Technik besteht ein ständiger Bedarf an Schaltungen, die solche Spannungen und/oder Ströme bereitstellen können, aber einen reduzierten Leistungsbedarf aufweisen.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG
Zur Lösung dieser und anderer Probleme wird eine PTAT-Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellt, wie in den unabhänigen Ansprüchen definiert. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhänigen Ansprüchen beschrieben. Durch umsichtiges Kombinieren von Schaltungselementen ist es möglich, an einem Ausgangsknoten der Schaltung eine Spannung oder einen Strom zu erzeugen, welcher temperaturabhängig ist. Die Schaltungselemente umfassen eine erste Gruppe von Komponenten, die zueinander so ausgestaltet sind, dass sie einen Biasstromgenerator bereitstellen. Es ist dabei wünschenswert, dass diese erste Gruppe von Komponenten bipolare Transistoren umfasst und die Komponenten auch ausgestaltet sind, ein Signal zu erzeugen, das zu einem Differential der Basis-Emitterspannungen zweier bipolarer Transistoren, ΔV_BE, proportional ist. Diese erste Gruppe von Komponenten umfasst auch eine ohmsche Last, die an einen ersten der bipolaren Transistoren gekoppelt ist.
An diese erste Gruppe von Komponenten ist eine zweite Gruppe von Komponenten gekoppelt. Die zweite Gruppe von Komponenten stellt der ohmschen Last der ersten Gruppe von Komponenten funktionell einen Biasstrom bereit. Dadurch, dass wirksam ein Biasstrom auf dieser ohmschen Last abgeladen wird, kann die Schaltung insgesamt mit kleineren ohmschen Lasten arbeiten und daher bei der Umsetzung in Silizium weniger Fläche einnehmen. Es ist auch möglich, den zum Bereitstellen spezieller Ausgangsströme oder -spannungen erforderlichen Speisestrom zu reduzieren. Diese zweite Gruppe von Komponenten kann auch als PTAT-Spannungsgenerator wirken. Dieser kann bei solchen Ausführungen ebenfalls bipolare Transistoren umfassen, und die Komponenten sind ebenfalls ausgestaltet, ein Signal zu erzeugen, das zu einem Differential der Basis-Emitterspannungen zweier bipolarer Transistoren, ΔV_BE, proportional ist.
Eine solche PTAT-Schaltung wird mit besonderem Nutzen als PTAT Strom- oder Spannungsgenerator (also als Strom- oder Spannungsgenerator zum Erzeugen von Strömen oder Spannungen, deren Größe proportional zur absoluten Temperatur ist) mit niedrigem Leistungsbedarf verwendet. Sie kann als Temperatursensor verwendet werden, oder mit anderen temperaturabhängigen Schaltungen kombiniert werden, um eine Spannungsreferenz bereitzustellen.
Figurenliste
Es werden nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen beschrieben, die das Verständnis der vorliegenden Lehre erleichtern sollen. In den Zeichnungen zeigt:

1 in einer schematischen Darstellung Komponenten einer beispielhaften Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre,
2 in einer schematischen Darstellung nähere Einzelheiten der beispielhaften Schaltung von 1,
3 ein Kurvenbild mit Simulationsdaten des Speisestroms der Schaltung von 1 gegen die Temperatur im Vergleich zu dem einer bekannten Schaltung,
4 ein Kurvenbild mit Simulationsdaten der Ausgangs-PTAT-Spannung gegen die Temperatur für die Schaltung von 1 im Vergleich zu der einer bekannten Schaltung,
5 ein Kurvenbild mit Simulationsdaten von Nichtlinearitäten des Ansprechens der Schaltung von 1 im Vergleich zu dem einer bekannten Schaltung,
6 ein Kurvenbild mit Simulationsdaten der spektralen Rauschdichte (µV/Wurzel Hz) in einem frequenzniedrigem Band (0,1 Hz bis 10 Hz) an den Ausgangsknoten der Schaltung von 1 im Vergleich zu der einer bekannten Schaltung,
7 in einer schematischen Darstellung Komponenten einer Schaltung, die ausgestaltet ist, an einem Ausgang derselben eine temperaturunabhängige Spannung zu erzeugen, gemäß der vorliegenden Lehre,
8 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Schaltung, die ausgestaltet ist, an einem Ausgang derselben eine temperaturunabhängige Spannung zu erzeugen, gemäß der vorliegenden Lehre,
9 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Schaltung, die ausgestaltet ist, an einem Ausgang derselben eine PTAT-Spannung zu erzeugen, gemäß der vorliegenden Lehre, und
10 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Verstärkerarchitektur, die mit der Schaltung von 9 verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Lehre stellt eine PTAT(proportional to absolute temperature)-Schaltung bereit, die ausgestaltet ist, an einem Ausgangsknoten der Schaltung eine Spannung zu erzeugen, die temperaturabhängig ist. Die Schaltung umfasst mehrere Schaltungselemente, die mit einem einzelnen Biasstrom gekoppelt sind. Es ist dabei wünschenswert, dass die Schaltungselemente zumindest zwei Teilschaltungen umfassen. Die erste Teilschaltung funktioniert als Biasstromgenerator und als eine erste PTAT-Spannungszelle. Die zweite Teilschaltung wird aus der ersten Teilschaltung mit vorgespannt (biased), so dass alle Biasströme zu dem gemeinsamen Knoten zurückgeführt werden, an dem der Biasstrom erzeugt wird. Eine solche PTAT-Schaltung kann als Temperatursensor verwendet werden, oder mit anderen temperaturabhängigen Schaltungen kombiniert werden, um eine Spannungsreferenz bereitzustellen.
Es erschließt sich, dass unter Verwendung von bekannten Verfahrensweisen eine PTAT-Spannung in einen PTAT-Strom umgewandelt werden kann, sollte dies erforderlich sein. Ein PTAT-Strom kann zum Beispiel erzeugt werden, indem eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz von zwei mit verschiedenen Kollektorstromdichten betriebenen bipolaren Transistoren über einen Widerstand repliziert wird. Wenn auf einer kleinen Siliziumfläche ein niedriger Strom erzeugt werden soll, kann ein MOS-Transistor verwendet werden, der in seinem Triodenbereich betrieben wird. Es erschließt sich dabei, dass der „Ein“-Wirkwiderstand eines im Triodenbereich betriebenen MOS-Transistors nicht sehr gut gesteuert ist, so dass die Verwendung von Widerständen bevorzugt wird, wenn Genauigkeit erforderlich ist.
Eine gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltung bietet eine Lösung für das Problem, wie sich niedrige Biasströme basierend auf einem niedrigen Widerstandswert erzeugen lassen.
Die vorliegende Lehre wird nun unter Bezugnahme auf beispielhafte Anordnungen beschrieben. Wie in 1 gezeigt, stellt die vorliegende Lehre eine PTAT-Schaltung 100 bereit, die ausgestaltet ist, an einem Ausgang derselben einen Biasstrom und eine PTAT-Spannung bereitzustellen. Die Schaltung 100 umfasst mehrere Schaltungselemente, einschließlich bipolare Transistoren, die so zueinander angeordnet sind, dass die an einem Ausgangsknoten 110 bereitgestellte Spannung vom Emitterverhältnis zwischen den einzelnen Transistoren und der Anzahl der gestapelten Zellen abhängig ist.
In der Anordnung von 1 sind die Schaltungselemente in zwei Blöcken oder Zellen bereitgestellt. Ein erster Block, C1 stellt einen Biasstromgenerator bereit. Ein zweiter Block, B1, ist mit dem ersten Block, C1, gekoppelt und ausgestaltet, einen Strom zu erzeugen, der in den ersten Block eingespeist werden kann. Die Schaltungselemente des ersten Blocks umfassen zwei bipolare Transistoren, qn1 und qn2, die mit unterschiedlichen Kollektorstromdichten betrieben werden. Eine ohmsche Last, r1, verbindet den Emitter des bipolaren Transistors qn2 mit Ground, und der Wert des Biasstroms mit Faktor 1, Ibu, entspricht dem Verhältnis der Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen qn2 und qn1 und dem Wert des Widerstands r1. Wenn der Rückstrom aus der Zelle B1 null ist, dann wird der Biasstrom mit Faktor 1, Ibu, des Biasstromgenerators aus der folgenden Beziehung bestimmt: $I_{b u} = \frac{\frac{K T}{q} In (n)}{r_{1}}$
Dieser Biasstrom mit Faktor 1 wird dazu verwendet, jeden dieser bipolaren Transistoren vorzuspannen. Dieser Strom wird von einem Paar von PMOS-Bauelementen, mp3 und mp4, bereitgestellt, die mit gleichem Aspektverhältnis bereitgestellt werden und als ein Stromspiegel angeordnet sind. Ein spannungsgesteuerter Stromverstärker aus MOS-Bauelementen mn1, mp1 und mp2 ist ausgestaltet, Basisströme der beiden bipolaren Transistoren, qn1 und qn2, zu erzeugen.
Der Block B1 ist zwar in 1 als abstrakter Block dargestellt, eine Funktion des Blocks ist es jedoch, einen Biasstrom zu erzeugen, der in den Block C1 rückgeführt werden kann. Einzelheiten beispielhafter Konfigurationen werden nachfolgend beschrieben. Für die Zwecke der Erörterung von 1 reicht es aus, zu verstehen, dass es, da die Schaltungskomponenten von C1 bereits mit einem Biasstrom Ibu vorgespannt sind, wichtig ist, sicherzustellen, dass der von B1 rückgeführte Strom, I_ex, dieselbe Temperaturvariation aufweist, wie der intern in C1 erzeugte. Um dies zu unterstützen, werden Schaltungselemente im Block B1 aus der selben Biasspannung vorgespannt wie C1, der Gate-Source-Spannung des MOS-Bauelements mp4. Für die Zwecke der vorliegenden Lehre kann davon ausgegangen werden, dass die Basisströme der bipolaren Transistoren qn3 und qn4 vernachlässigbar sind. Durch die Kopplung des Rückstroms von B1 an das obere Ende des Widerstandes r1, wird ersichtlich, dass zwei Ströme, Ibu und I_ex, in r1 eingespeist werden. Der Wert des Widerstandes r1 wird aus der folgenden Gleichung 2 bestimmt: $r_{1} = \frac{\frac{K T}{q} In (n)}{I_{b u} + I_{e x}}$
Es erschließt sich dabei, dass I_ex den Rückflussstrom aus der Zelle B1 darstellt. Wie zu sehen ist, basiert die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz, ΔV_BE, auf dem Kollektorstromdichteverhältnis der bipolaren Transistoren in der Zelle C1, qn1 und qn2. Der r1 passierende Strom ist Ibu + I_ex. Auf diese Weise können der Wert von r₁ und dessen entsprechende Siliziumfläche reduziert werden, indem das Verhältnis von I_ex/ Ibu erhöht wird.
2 zeigt weitere Einzelheiten von im Rahmen der vorliegenden Lehre verwendbaren Schaltungskomponenten. Wie oben erläutert, umfasst der Block C1 ein erstes und zweites PMOS-Bauelement, mp3 und mp4, die als ein Stromspiegel ausgestaltet sind und verwendet werden, um dem oberen Ende des Widerstands r1 einen intern erzeugten Biasstrom I_bu bereitzustellen. In dieser schematischen Darstellung ist die Blockfunktion B1 in zwei getrennte Blöcke C2 und C3 aufgeteilt. Bei diesem Beispiel der Umsetzung der Funktionalität des Blocks B1 sind die Zellen C2 und C3 individuelle PTAT-Spannungszellen, die an ihrem Ausgangsknoten eine entsprechende Basis-Emitter-Spannungsdifferenz basierend auf dem Kollektorstromdichteverhältnis der beiden bipolaren Transistoren in jeder der zwei Zellen erzeugen. Es erschließt sich jedoch aus dem Vorstehenden, dass es nicht nötig ist, diesen Zellen zusätzliche PTAT-Spannungsgeneratoren bereitstellen, da die Zelle C1 bereits als PTAT-Spannungsgenerator wirkt, so dass die Schaltung insgesamt ohne zusätzliche PTAT-spannungserzeugende Schaltungskomponenten als PTAT-Spannungsgenerator wirkt. Eine Hauptfunktion der Schaltungskomponenten von B1 liegt somit darin, einen zusätzlichen Biasstrom in C1 rückzuführen, der mit dem intern in C1 erzeugten Biasstrom kombiniert werden kann, um den für die ohmsche Last r1 erforderlichen Gesamtwiderstandswert zu reduzieren. Um sicherzustellen, dass der rückfließende Biasstrom dieselbe Temperaturcharakteristik besitzt, wie der intern erzeugte Biasstrom aus C1, können Schaltungselemente im Block B1 aus der selben Biasspannung vorgespannt werden wie C1, der Gate-Source-Spannung des MOS-Bauelements mp4. Jedoch ist es, wie oben bereits erwähnt, neben der Bereitstellung eines zusätzlichen Biasstroms in C1, auch möglich die Schaltungskomponenten innerhalb von B1 so auszugestalten, dass diese zusätzliche PTAT-spannungserzeugende Zellen bereitstellen.
2 zeigt einzelne Schaltungskomponenten innerhalb der jeweiligen Blöcke C2 und C3. Zunächst werden das erste und zweite MOS-Bauelement mp5, mp6 der Zelle C2 in einer Stromspiegelkonfiguration angeordnet. Diese Bauelemente werden mit den PMOS-Bauelementen mp3, mp4 im Block C1 gekoppelt, so dass die Gate-Source-Spannung des Bauelements mp4 dazu verwendet wird, die Bauelemente mp5, mp6 vorzuspannen. Das dritte und vierte MOS-Bauelement, mp7 und mp8, der Zelle C2 werden, ähnlich wie bei Zelle C1, in einen spannungsgesteuerten Stromverstärker angeordnet, der auch das NMOS-Bauelement mn2 umfasst. Dieser Verstärker wird dazu verwendet, den Biasstrom zwei bipolaren Transistoren qn3, qn4 bereitzustellen.
Da die Bauelemente von Block C2 den Bauelementen von C1 ähnlich sind und mit denselben Strömen vorgespannt werden wie in Block C1, erzeugen die Schaltungskomponenten von Block C2 eine Ausgangsspannung, die in ihrer Form der in Block C1 erzeugten ähnlich ist. Insbesondere gilt, dass, da die bipolaren Transistoren qn3, qn4 den Bauelementen qn1, qn2 von Block C1 ähnlich sind und mit einem ähnlichen Biasstrom vorgespannt werden, diese eine der in Zelle C1 erzeugten Spannung ähnliche Spannung, ΔV_BE, erzeugen. In Zusammenhang mit Zelle C2 wird diese am Drain-Anschluss eines NMOS-Bauelements, mn3, erzeugt. Auf diese Weise erzeugt der Block C2 ebenfalls eine PTAT-Spannung der Form ΔV_BE. Es erschließt sich daher, dass eine Kombination von Block C1 und C2 eine erste und zweite Spannung ΔV_BE für die gesamte Schaltung erzeugt.
Der Strom I_ex, der die Summe aller Biasströme aus den Zellen C2 und C3 repräsentiert, wird am oberen Ende des Widerstandselements r1 in den Block C1 eingekoppelt. Da dieser Strom aus Bias-erzeugenden Bauelementen erzeugt wurde, deren Form der der Komponentenbauelemente von Zelle C1 ähnlich ist, mit einer aus der Zelle C1 stammenden Spannung, ist der Strom I_ex dem von Strom Ibu ähnlich.
Ähnlich wie Block C2 umfasst Block C3 zwei Sätze von PMOS-Bauelementen, mp9, mp10 und mp11, mp12, wobei jede Gruppe in Stromspiegelkonfiguration bereitgestellt wird. Die Bauelemente mp9, mp10 sind mit dem Stromspiegel mp5, mp6 von Block C2 gekoppelt, so dass der ursprüngliche, aus Block C1 stammende Biasstrom Ibu auch dazu verwendet wird, die Schaltungskomponenten dieses Blocks vorzuspannen. Ähnlich wie in der oben beschriebenen Weise, werden der erste und zweite bipolare Transistor qn5, qn6 innerhalb des Schaltungsblocks C3 angeordnet, um eine Spannung der Form ΔV_BE am Drain eines NMOS-Bauelements mn5 zu erzeugen.
Ein weiteres NMOS-Bauelement mn4 ist auch mit dem dritten und vierten MOS-Bauelement mp11, mp12 von Block C3 verbunden und wirkt als Stromverstärker, um die Basisströme für qn5 und qn6 in den Block C2 einzuspeisen.
Es erschließt sich, dass mehrere solche Blöcke C2, C3 repliziert und relativ zueinander kaskadiert werden können, um mehrere Spannungen der Form ΔV_BE zu erzeugen. Jeder Block bzw. jede Zelle C2, C3 erzeugt eine PTAT-Spannung basierend auf einem Differential zwischen Basis-Emitter-Spannungen, ΔV_BE.
Weiterhin ist offensichtlich, dass in der schematischen Darstellung von 2, unter der Annahme, dass die Basisströme der bipolaren Transistoren vernachlässigbar sind, fünf Ströme, einer von qn2 aus C1 und vier aus C2 und C3, auf r1 abgeladen werden.
Falls m identische ΔV_BE-Zellen gestapelt werden sollen, wird der Wert des Widerstands r1 als $r_{1} = \frac{\frac{K T}{q} In (n)}{(2 m - 1) * I_{b u}}$
festgelegt.
Hier ist n das Kollektorstromdichteverhältnis von qn1 zu qn2 in C1 und m ist die Anzahl von gestapelten Zellen.
Aus dem Vorstehenden erschließt sich, dass durch Stapeln mehrerer Zellen relativ zu einer Basiszelle C1, die den gemeinsamen Biasstrom erzeugt und auch eine Spannung der Form ΔV_BE erzeugt, ein wesentlich niedrigwertiger Widerstand denselben Biasstrom mit Faktor 1 erzeugt und dass ferner drei Sätze von bipolaren Transistoren (unter Verwendung des Beispiels der drei Zellen C1, C2, C3 von 2) verwendet werden können, um eine PTAT-Spannung der Form 3 ΔV_BE zu erzeugen.
Dem Fachmann wird sich erschließen, dass, wenn solche Schaltungen in Silizium bereitgestellt werden, das Ausbilden eines Widerstands mehr Siliziumfläche erfordern kann, als andere Bauelemente wie Transistoren. Dadurch, dass die Größe des Widerstandes reduziert wird, der erforderlich ist, um denselben Biasstrom mit Faktor 1 wie herkömmliche Schaltungen erzeugen zu können, können Schaltungen gemäß der vorliegenden Lehre mit weniger Siliziumfläche ausgeführt werden als solche herkömmlichen Schaltungen. Beispielhafte Simulationsergebnisse zeigen, dass die belegte Siliziumfläche für eine Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre fünfmal kleiner sein kann als bei herkömmlichen Schaltungen, die die gleiche Leistung erzeugen. Um die Leistung einer gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellten Schaltung im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen, die einen Biasstrom mit einem separaten Biasstromgenerator erzeugen, zu demonstrieren, wurden zwei Schaltungen simuliert. Die erste Schaltung verwendet einen separaten Biasstromgenerator gemäß der Lehre von bekannten Ausführungen, während die zweite Schaltung einen gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellten Biasstromgenerator enthält. Aus obiger Beschreibung der 1 und 2 erschließt sich, dass eine gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltung eine Einzelzelle weniger benötigt, um die gleiche Ausgangs-PTAT-Spannung zu erzeugen, als eine herkömmliche Schaltung, in der zusätzlich zu einzelnen ΔV_BE-Zellen eine separate Biasstrom-erzeugende Zelle erforderlich ist.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, kann eine Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre zwar eine kleinere Fläche einnehmen, ihr Ansprechen in einem Kurvenbild von simuliertem Speisestrom gegen die Temperatur (3) oder Ausgangs-PTAT-Spannung gegen die Temperatur (4), ist aber der Leistung von herkömmlichen Schaltungen sehr ähnlich. Wie in 5 gezeigt ist, ist ihr nichtlineares Ansprechen oder Abweichung von der Geraden ungefähr siebenmal kleiner als die entsprechende Nichtlinearität einer herkömmlichen Schaltung.
Eine simulierte spektrale Rauschdichte (µV /Wurzel Hz) in einem frequenzniedrigen Band (0,1 Hz bis 10 Hz) an den Ausgangsknoten einer Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre im Vergleich zu einer herkömmlichen Schaltung, wie in 6 gezeigt, demonstriert, dass das mit der Ausgangsspannung einer Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre verbundene Rauschen wesentlich geringer ist als bei Ausgestaltungen im Stand der Technik. Obgleich es nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Lehre auf ein spezielles Verständnis zu beschränken, erschließt sich, dass diese Reduzierung des Rauschens zumindest teilweise deshalb erreicht wird, weil für den gleichen Speisestrom der Biasstrom mit Faktor 1, I_bu, für eine gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltung größer ist, und die Tatsache, dass die Schaltung weniger einzelne Zellen benötigt, um die gleiche Menge an ΔV_BE bei gleicher Ausgangsspannung bereitzustellen als bei entsprechenden Ausführungen des Standes der Technik.
Es erschließt sich, dass eine gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltung, ähnlich wie andere bekannte PTAT-Schaltungen, mit anderen Schaltungselementen kombiniert werden kann, um temperaturunabhängige Spannungen oder Ströme bereitzustellen. Beispielhafte Ausführungen sind in 7 und 8 gezeigt.
In 7 ist ein Biasstromgenerator, C1, mit mehreren, in einer Stapelanordnung, C2 bis C6, bereitgestellten Einzel-ΔVBE-Zellen gekoppelt. Jede dieser einzelnen ΔV_BE-Zellen wird typischerweise in einer Weise ähnlich der oben beschriebenen bereitgestellt. Die letzte Zelle des Stapels ist mit einem bipolaren Transistor, qn13, und einem PMOS-Bauelement, mp25, gekoppelt, das ausgestaltet ist, als Stromspiegel zu wirken. Es erschließt sich dabei, dass die Basis-Emitter-Spannung des bipolaren Transistors qn13 zur absoluten Temperatur komplementär (CTAT) ist. Die PTAT-Spannung am Ausgang der Zelle C6 wird eingeprägt, um diese CTAT-Spannung auszugleichen, so dass am Ausgangsknoten „o“ die Spannung bei einer ersten Ordnung temperaturunabhängig ist. Der bipolare Transistor qn13 kann ein Substrattyp sein, der vorzugsweise mit pnp-Ausführungen ausgebildet ist.
Es gibt viele Wege, eine PTAT-Spannung oder eine Referenzspannung basierend auf der vorliegenden Lehre auszuführen. Wo die lichte Höhe unproblematisch ist, kann jede ΔV_BE-Zelle und die Ursprungs-Biasstromgeneratorzelle (oben C1) durch Stapeln von bipolaren Transistoren in jedem Zweig der Zellen hergestellt werden. Durch Verdoppeln der Anzahl von bipolaren Transistoren pro Zelle verdoppelt sich die Ausgangsspannung einer einzelnen Zelle.
8 zeigt eine anderen Schaltung, die gemäß der vorliegenden Lehre eingesetzt werden kann, die der von 7 sehr ähnlich ist. Diese Konfiguration unterscheidet sich dadurch, wie die temperaturunabhängige Spannung eingestellt wird. Für die Schaltung von 8 wird in der letzten ΔV_BE-Zelle, C5, die Basis-Emitter-Spannung von qn10 mittels zwei identisch diodenverbundenen MOS-Bauelementen mp21 und mp22 und einem D/A-Wandler mit Widerstandskette, hier durch r5 und r6 dargestellt, heruntergeteilt. Insbesondere ist die Basis von qn10 mit der Source von mp21 und der Emitter mit dem gemeinsam gekoppelten Gate und Drain von mp22 gekoppelt. Dadurch, dass diese diodenverbundenen Transistoren bereitgestellt werden, bei denen vorausgesetzt wird, dass sie das gleiche Aspektverhältnis aufweisen und deren Masse- oder Bulk-Anschluss mit dem Source-Anschluss verbunden ist, ist der Spannungsabfall über mp21 und mp22 derselbe, so dass die Basis-Emitter-Spannung von qn10 in drei Spannungskomponenten geteilt wird. Zwei dieser Komponenten haben denselben Wert-den an mp21 und mp22 bereitgestellten - und die dritte an der D/A-Wandlerkette, die als Potentiometer wirkt. Die Hauptrolle von mp21 und mp22 liegt darin, den Spannungsabfall an der D/A-Wandlerkette (hier r5 und r6) zu reduzieren, so dass sich nur ein kleiner Teil der Basis-Emitter-Spannung von qn10 an der D/A-Wandlerkette ausbildet, was mit kleinen Wirkwiderständen ausgeführt werden kann. Auf diese Weise muss nicht die Wirkung einer vollen V_BE, die sich typischerweise in der Größenordnung von 0,6 - 0,7 V bewegt, an den einzelnen Widerständen reflektiert werden, was die Verwendung von kleineren Widerständen gestattet. Die Drain-Ströme von mp21 und mp21 weisen starke Nichtlinearitäten auf und sind äußert empfindlich vom Fertigungsverfahren abhängig, die Spannung in der Mitte des Basis-Emitter-Spannungsteilers bleibt jedoch diesen Variationen gegenüber unempfindlich. Die Ausgangsspannung am Knoten „o“ kann über die D/A-Wandlerkette (r5, r6) in einem entsprechenden Abgleichsbereich für minimale Temperaturvariationen angepasst werden.
Ein anderes Beispiel für eine Schaltung, die gemäß der vorliegenden Lehre ausgeführt werden kann, ist in 9 gezeigt. In diesem Beispiel ist die letzte ΔV_BE-Zelle des Stapels, C6, mit einem Differentialverstärker A1 gekoppelt, der ausgestaltet ist, eine Offset-Spannung ähnlich der von r1 von Zelle C1 aufzuweisen. Die Rolle von A1 besteht darin, die Ausgangs-PTAT-Spannung zu puffern, um zusätzliche PTAT-Spannung zu erzeugen und zusätzlichen Strom bei r1 hinzuzufiigen, um den erforderlichen Wert von r1 noch weiter zu reduzieren.
Die Spannung des Knotens „o“ von 9 wird bestimmt aus: $V_{o} = V_{o 6} + V_{r 2} * (1 + \frac{r_{3}}{r_{2}})$
Hier ist V_o6 die Spannung am Ausgangsknoten von C6 und V_r2 ist die am Eingangspaar des Verstärkers A1 eingeprägte Offset-Spannung.
Ein Beispiel eines einfachen zweistufigen bipolaren Differentialverstärkers, der in Zusammenhang mit der schematischen Darstellung von 9 verwendet werden könnte, ist in 10 dargestellt. Bei dieser Konfiguration werden zwei Eingangsbauelemente, qn1 und qn2 bereitgestellt, deren Emitter-Bereich in einem Verhältnis von n liegt. Für entsprechende MOS-Bauelemente mp1 und mp2 desselben Aspektverhältnisses entspricht die Spannungsdifferenz aus den zwei Eingängen $V_{P T A T} = \frac{K T}{q} In (n)$
Es erschließt sich dabei, dass Schaltungen wie die oben beschriebene gestapelt oder kaskadiert werden können, um größere Ausgangsspannungen zu erzeugen. Es erschließt sich dabei, dass gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltungen eine Anzahl von Vorteilen bereitstellen, einschließlich:

- die Ausgangsspannung, die eine Form einer zur absoluten Temperatur proportionalen Spannung (PTAT) aufweist, ist sehr konsistent, mit reduzierter durch Fertigungsverfahrensveränderungen und Fehlanpassung verursachter Variabilität,
- in einer Stapelanordnung für hohe PTAT-Spannung wird die Basis-Emitter-Differenz des Biasstromgenerators als erste ΔV_BE-Zelle verwendet, so dass sich die Anzahl von gestapelten Zellen für die gleiche Ausgangsspannung um eine reduziert,
- geringes Rauschen,
- kann in Kleinleistungsumgebungen betrieben werden, und
- kann mit weniger Silizium ausgeführt werden, als es für herkömmliche oder bekannte Anordnungen erforderlich ist.

Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende Lehre auf irgendein Vorteils- oder Merkmalspaket zu beschränken, da Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren des Bereitstellens einer temperaturabhängigen Spannungsausgabe sind vorstehend unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Durch umsichtiges Kombinieren von Schaltungselementen in eine oder zwei Zellen ist es möglich, Biasstrom wirksam aus anderen Zellen der Schaltung in ein Impedanzelement einer ersten Zelle abzuladen. Infolgedessen kann die Schaltung insgesamt mit kleineren Impedanzelementen betrieben werden und dadurch weniger Fläche einnehmen, als bei einer Ausführung in Silizium. Es ist auch möglich, den zum Bereitstellen spezieller Ausgangsströme oder -spannungen erforderlichen Speisestrom zu reduzieren.
Dem Fachmann wird sich jedoch erschließen, dass die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen für beliebige andere Systeme, Vorrichtungen oder Verfahren bei denen Bedarf an einer temperaturempfindlichen Ausgangsgröße besteht, verwendet werden können.
Außerdem könnte, obwohl die Basis-Emitter-Spannungen mit Bezug auf die Verwendung von bestimmten Arten von bipolaren Transistoren beschrieben wurden, jeder andere geeignete Transistor oder andere geeignete Transistoren, die in der Lage sind, Basis-Emitter-Spannungen bereitzustellen, gleichermaßen im Rahmen der vorliegenden Lehre verwendet werden. Es ist vorgesehen, dass jeder einzelne beschriebene Transistor als Mehrzahl von Transistoren ausgeführt werden kann, deren Basis-Emitter parallel geschaltet sein würden. Wenn zum Beispiel Schaltungen gemäß der vorliegenden Lehre in einem CMOS-Fertigungsverfahren ausgeführt werden, kann jeder Transistor als mehrere bipolare Substrattransistoren jeweiliger Flächeneinheit ausgeführt werden, und die Flächenbereiche der Transistoren in jedem Zweig würden durch die Anzahl von bipolaren Substrattransistoren jeweiliger Flächeneinheit bestimmt werden, die mit deren jeweiligen Basis-Emittern parallel geschaltet sind.
Allgemein gilt, dass wo die Schaltungen gemäß der vorliegenden Lehre in einem CMOS-Fertigungsverfahren ausgeführt werden, die Transistoren bipolare Substrattransistoren sind und die Kollektoren der Transistoren auf Ground gehalten werden, wenngleich die Kollektoren der Transistoren auch auf einer anderen Referenzspannung als Ground gehalten werden können.
Solche Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren können in verschiedenen elektronischen Bauelementen und Geräten umgesetzt werden. Beispiele für elektronische Geräte können Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, elektronische Testgeräte, Funkverkehrinfrastruktur usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für die elektronischen Bauelemente und Geräte können zum Beispiel auch Schaltungen für optische Netzwerke oder andere Kommunikationsnetze und Plattenlaufwerktreiberschaltungen umfassen. Die Verbraucherelektronikprodukte können Messinstrumente, medizinische Geräte, drahtlose Geräte, ein Mobiltelefon (zum Beispiel ein Smartphone), zellulare Basisstationen, ein Telefon, ein Fernsehgerät, einen Computer-Monitor, einen Computer, einen Taschencomputer, einen Tabletcomputer, einen elektronischen Organizer, ein Mikrowellengerät, einen Kühlschrank, eine Stereoanlage, einen Kassettenrekorder oder ein Kassettenabspielgerät, einen DVD-Player, einen CD-Player, einen digitalen Videorekorder (DVR), einen Videokassettenrekorder (VCR), einen MP3-Player, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, einen Waschtrockner, ein Kopiergerät, ein Faxgerät, einen Scanner, ein multifunktionales Peripheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Ferner kann das elektronische Bauelement unfertige Produkte umfassen.
Sofern der Zusammenhang nicht offensichtlich etwas anderes erfordert, sind in der gesamten Beschreibung und allen Ansprüchen die Wörter „umfassen“, „umfassend“, „mit“, „einschließlich“ und dergleichen in einem einschließenden Sinn auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn, also im Sinn von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf”. Die Begriffe „gekoppelt“ oder „verbunden“, wie sie hier allgemein verwendet werden, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Außerdem sind die Wörter „hier“ bzw. „vorliegend“, „vorstehend“, bzw. „oben“ oder „nachfolgend“ und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, soweit sie in dieser Anmeldung verwendet sind, so zu verstehen, dass sich diese auf diese Anmeldung in ihrer Gesamtheit und nicht auf irgendwelche bestimmten Teile dieser Anmeldung beziehen. Wo es der Zusammenhang gestattet, können Begriffe, die in der Einzahl oder Mehrzahl verwendet sind, jeweils auch die Mehrzahl oder Einzahl einschließen. Der Begriff „oder“ in Bezug auf eine Liste mit zwei oder mehr Bestandteilen soll alle folgenden Interpretationen des Begriffs abdecken: ein beliebiges Bestandteil der Liste, alle Bestandteile der Liste und jegliche Kombination von Bestandteilen der Liste. Alle hier angegebenen Zahlenwerte sollen ähnliche Werte im Bereich eines Messfehlers beinhalten.
Die Lehren der vorliegenden Erfindungen können auch auf andere Systeme, nicht unbedingt die vorstehend beschriebenen Schaltungen, angewendet werden. Die Elemente und Ausführungshandlungen der verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Die Ausführungshandlung der hier erörterten Verfahren kann in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Ausführungshandlungen der hier erörterten Verfahren in geeigneter Weise nacheinander oder parallel ausgeführt werden.

Claims

PTAT-Schaltung, mit: einer ersten Gruppe von Schaltungskomponenten (C1), die a) ein Paar von bipolaren Transistoren (qnl, qn2) mit einem mit einer ersten Kollektorstromdichte betriebenen ersten bipolaren Transistor (qnl) und einem mit einer zweiten, niedrigeren Kollektorstromdichte betriebenen zweiten bipolaren Transistor (qn2) aufweist, wobei das Paar von bipolaren Transistoren ausgestaltet ist, eine auf eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene erste Spannungskomponente bereitzustellen, b) ein ohmsches Lastelement (r1) aufweist, welches mit einem Emitter von einem bipolaren Transistor des Paars von bipolaren Transistoren (qn1, qn2) gekoppelt ist; und c) einen Biasgenerator (mp3, mp4) aufweist, der ausgestaltet ist, eine erste Biasspannung zu erzeugen und einen ersten Biasstrom für das ohmsche Lastelemente bereitzustellen, wobei der erste Biasstrom einen Wert aufweist, der auf einen Wert des ohmschen Lastelements und der ersten Spannungskomponente bezogen ist, und wobei die PTAT-Schaltung ferner eine zweite Gruppe (C2) von Schaltungskomponenten aufweist, die mit der ersten Gruppe von Schaltungskomponenten gekoppelt ist, wobei die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten funktionell mittels der ersten Biasspannung vorgespannt wird und einen zweiten Biasstrom (lex) für das ohmsche Lastelement (r1) der ersten Gruppe von Schaltungskomponenten bereitstellt, wobei die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten ausgestaltet ist, zumindest eine zweite auf eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene Spannungskomponente zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die auf eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene zumindest eine zweite Spannungskomponente aus einem Emitter-Verhältnis eines mit einer ersten Kollektorstromdichte betriebenen dritten bipolaren Transistors (qn3) und eines mit einer zweiten, niedrigeren Kollektorstromdichte betriebenen vierten bipolaren Transistors (qn4) erzeugt wird.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung ausgestaltet ist, die erste und die zumindest eine zweite Spannungskomponente zu kombinieren, um an einem Ausgang der Schaltung eine PTAT-Spannung bereitzustellen, die von der Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen den mit verschiedenen Stromdichten betriebenen ersten und zweiten Gruppen (C1, C2) von bipolaren Transistoren abhängig ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Biasstrom an einem Knoten, an dem der erste Biasstrom erzeugt wird, in die erste Gruppe (C1) von Schaltungskomponenten eingekoppelt wird.
Schaltung nach Anspruch 2, mit: einer dritten Gruppe (C3) von Komponenten, die ausgestaltet sind, eine auf eine aus einem Emitterverhältnis eines mit einer ersten Kollektorstromdichte betriebenen fünften bipolaren Transistors (qn5) und eines mit einer zweiten, niedrigeren Kollektorstromdichte betriebenen sechsten bipolaren Transistors (qn6) erzeugte Basis-Emitter-Spannungsdifferenz bezogene dritte Spannungskomponente zu erzeugen, wobei die dritte Gruppe von Schaltungskomponenten mit der zweiten Gruppe (C2) von Schaltungskomponenten gekoppelt ist und funktionell mittels einer aus der ersten Gruppe (C1) von Schaltungskomponenten stammenden Spannung vorgespannt ist.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei die dritte Gruppe (C3) von Schaltungskomponenten ausgestaltet ist, einen Biasstrom in die erste Gruppe (C1) von Schaltungskomponenten bereitzustellen.
Schaltung nach Anspruch 3, ferner mit einem Widerstand, an dem die PTAT-Spannung repliziert wird, um einen PTAT-Strom zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 3, ferner mit einem im Triodenbereich betriebenen MOS-Bauelement, an dem die PTAT-Spannung repliziert wird, um einen PTAT-Strom zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 3, ferner mit einem Spannungspuffer, der ausgestaltet ist, die PTAT-Spannung zu puffern und einen Biasstrom in die erste Gruppe (C1) von Schaltungselementen bereitzustellen.
Schaltung nach Anspruch 3, ferner mit: einem Schaltungselement, das ausgestaltet ist, eine zur absoluten Temperatur komplementäre (CTAT) Spannungskomponente zu erzeugen, wobei die Schaltung ausgestaltet ist, die CTAT-Spannungskomponente mit der PTAT-Spannung zu koppeln, um an einem Ausgang der Schaltung eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die eine Temperaturunabhängigkeit erster Ordnung aufweist.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei die CTAT-Spannungskomponente einen bipolaren Transistor aufweist, der eine Basis-Emitter-Spannung bereitstellt, die mit der PTAT-Spannung gekoppelt wird.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei die CTAT-Spannungskomponente von mehreren mit einem bipolaren Transistor gekoppelten diodenverbundenen Transistoren bereitgestellt wird, die eine Teilung einer aus dem bipolaren Transistor stammenden Basis-Emitter-Spannung in drei Spannungskomponenten bewirkt.
Schaltung nach Anspruch 12, ferner mit einer Widerstandskette, die ausgestaltet ist, eine Einregulierung der Ausgangsspannung zu gestatten.
Eine PTAT-Schaltung, die ausgestaltet ist, an einem Ausgangsknoten der Schaltung eine Spannung zu erzeugen, die temperaturabhängig ist, wobei die Schaltung aufweist: mehrere Schaltungselemente, die mit einem einzelnen Biasstrom gekoppelt sind, eine erste Gruppe (C1) von Schaltungselementen, die ausgestaltet sind, als Biasspannungsgenerator, Biasstromgenerator und als eine erste PTAT-Spannungszelle der Schaltung zu arbeiten, wobei eine PTAT-Spannung an einem gemeinsamen Konten innerhalb der ersten Gruppen von Schaltungselementen erzeugt wird, und eine zweite Gruppe (C2) von Schaltungselementen, die mittels einer Biasspannung, welche von der ersten Gruppe (C1) von Schaltungselementenerzeugt ist, vorgespannt werden und ausgestaltet sind, zumindest einen Biasstrom (Iex) an den gemeinsamen Knoten in der ersten Gruppe von Schaltungselementen rückzuführen, wobei die zweite Gruppe (C2) von Schaltungselementen eine zweite PTAT-Zelle aufweist.
Schaltung nach Anspruch 14, wobei die zweite Gruppe (C2) von Schaltungselementen in zumindest zwei einzelnen Zellen angeordnet ist, wobei jede einzelne Zelle ausgestaltet ist, eine PTAT-Spannung zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 15, wobei eine Ausgangs-PTAT-Spannung der Schaltung eine durch Kombinieren von einzelnen, aus jeder einzelnen Zelle erzeugten PTAT-Spannungen erzeugte Verbundspannung ist.
Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit einem Schaltungselement, das ausgestaltet ist, eine zur absoluten Temperatur komplementäre (CTAT) Spannungskomponente zu erzeugen, wobei die Schaltung ausgestaltet ist, die CTAT-Spannungskomponente mit der Ausgangs-PTAT-Spannung zu koppeln, um an einem Ausgang der Schaltung eine Ausgangsspannung mit einer Temperaturunempfindlichkeit erster Ordnung bereitzustellen.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei die CTAT-Spannungskomponente einen bipolaren Transistor aufweist, der eine Basis-Emitter-Spannung bereitstellt, die mit der Ausgangs-PTAT-Spannung gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei die CTAT-Spannungskomponente von mehreren mit einem bipolaren Transistor gekoppelten, diodenverbundenen Transistoren bereitgestellt wird, die eine Teilung einer aus dem bipolaren Transistor stammenden Basis-Emitter-Spannung in drei Spannungskomponenten bewirkt.
Schaltung nach Anspruch 19 ferner mit einer Widerstandskette, die ausgestaltet ist, eine Einregulierung der Ausgangsspannung zu gestatten.
Verfahren zum Erzeugen einer zur absoluten Temperatur proportionalen (PTAT) Spannung, wobei das Verfahren aufweist: Koppeln mehrerer Schaltungselemente an einen einzelnen Biasstrom, eine erste Gruppe (C1) von Schaltungselementen auszugestalten, als Biasspannungsgenerator, Biasstromgenerator und als eine erste PTAT-Spannungszelle der Schaltung zu arbeiten, wobei eine PTAT-Spannung an einem gemeinsamen Konten innerhalb der ersten Gruppen von Schaltungselementen erzeugt wird, und Vorspannen einer zweiten Gruppe (C2) von Schaltungselementen mittels einer Biasspannung, welche von der ersten Gruppe (C1) von Schaltungselementen erzeugt ist, wobei die zweite Gruppe (C2) von Schaltungselementen zumindest einen Biasstrom (Iex) an den gemeinsamen Knoten in der ersten Gruppe von Schaltungselementen rückzuführt; die zweite Gruppe (C2) von Schaltungselementen auszugestalten, um als eine zweite PTAT-Zelle der Schaltung zu arbeiten, und die PTAT-Spannungen aus der ersten und zweiten PTAT-Zelle der Schaltung an einem Ausgang der Schaltung zu kombinieren, um eine PTAT-Spannung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner aufweist, die PTAT-Spannung mit einer Spannung zu koppeln, die eine zur absoluten Temperatur komplementäre (CTAT) Form aufweist, um an einem Ausgang der Schaltung eine Spannung mit Temperaturunempfindlichkeit der ersten Ordnung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner aufweist, durch Replizieren der PTAT-Spannung an einer ohmschen Last (r1) einen PTAT-Strom zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner aufweist, am Ausgang der Schaltung einen Spannungspuffer bereitzustellen, um die PTAT-Spannung zu puffern.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner aufweist, einen Spannungsteiler bereitzustellen, der ausgestaltet ist, die Spannung mit einer zur absoluten Temperatur komplementären (CTAT) Form herunterzuteilen.