DE102015107023B4

DE102015107023B4 - Drei spannungsreferenzschaltungen und ein verfahren zum erzeugen einer spannungsreferenz

Info

Publication number: DE102015107023B4
Application number: DE102015107023.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Marinca; Gabriel Banarie
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: US20150323950A1; CN105094196A; US9600014B2; DE102015107023A1; CN105094196B; US20170255221A1

Abstract

Spannungsreferenzschaltung, aufweisend:eine PTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines PTAT-Signals, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen ersten und zweiten Bipolartransistoren (qn11..qn1m, qn21..qn2m) der PTAT-Komponente abhängt, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten;eine CTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines CTAT-Signals, wobei das CTAT-Signal ein CTAT-Strom ist;dadurch gekennzeichnet, dass die CTAT-Komponente einen ersten Trimmpunkt aufweist, der dafür ausgebildet ist, einen Temperaturkoeffizienten der Spannungsreferenzschaltung zu variieren;wobei die CTAT-Komponente operabel mit der PTAT-Komponente gekoppelt ist, um eine CTAT-Signalkomponente an das PTAT-Signal zu koppeln, um an einem Ausgang der Spannungsreferenzschaltung eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die in der ersten Ordnung temperaturunempfindlich ist, und wobei die Spannungsreferenzschaltung nur durch die CTAT-Komponente kalibrierbar ist.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Generieren einer Spannungsreferenz. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Methodik und Schaltungsanordnung, die ausgebildet sind zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das eine PTAT-Komponente (PTAT - Proportional To Absolute Temperature) mit einer CTAT-Komponente (CTAT - Complimentary To Absolute Temperature) kombiniert, um ein stabiles Ausgangssignal zu generieren, das nicht temperaturabhängig ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist wohlbekannt, dass die Temperatur die Leistung einer elektrischen Schaltungsanordnung beeinflusst, und es ist wichtig, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, die ein Ausgangssignal liefert, das nicht von Temperaturfluktuationen abhängt, d.h. eine Spannungsreferenz. Es versteht sich, dass eine Spannungsreferenz in eine Stromreferenz umgewandelt werden kann, und für die folgende Erläuterung wird die vorliegende Lehre unter Bezugnahme auf die Bereitstellung einer Spannungsreferenz am Ausgang der Schaltung beschrieben, doch versteht sich, dass die vorliegende Lehre die Möglichkeit beinhalten sollte, sie auf Stromquellen zu erweitern.
Im Kontext des Bereitstellens von Spannungsreferenzen wird bekannterweise eine Spannungsreferenz vom Bandabstandstyp verwendet, die auf einer Summe aus zwei Spannungskomponenten mit entgegengesetzten und abgestimmten (balanced) Temperaturkoeffizienten (TCs - Temperature Coefficients) basiert. Üblicherweise steht die erste Spannungskomponente zu einer Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors in Beziehung, die inhärent eine CTAT-Form besitzt, als eine CTAT-Spannung bezeichnet. Die zweite Spannungskomponente wird aus der Basis-Emitter-Spannungsdifferenz ΔV_BE von zwei Bipolartransistoren erhalten, die bei verschiedenen Kollektorstromdichten arbeiten. Die Spannung ist proportional zur absoluten Temperatur und wird als PTAT-Spannung bezeichnet. Die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz spiegelt sich oftmals über einen Widerstand wieder, der einen entsprechenden PTAT-Strom generiert. Mit einem zweiten Widerstand vom gleichen Typ (gleichen TC) wird die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz auf den gewünschten Pegel verstärkt, um die CTA-Spannungskomponente auszugleichen.
Eine reale Spannungsreferenz wird durch viele Fehler wie etwa Temperaturdrift oder Temperaturkoeffizient (TC) beeinflusst. Eine derartige Variation bei der Reaktion bezüglich Arbeitstemperatur kann als eine Variation erster Ordnung angesehen werden, es ist aber auch möglich, dass resultierende Fehler einen Beitrag von Fehlerkomponenten höherer Ordnung besitzen. Solche Fehler höherer Ordnung können sehr gut durch eine parabolische Form oder eine Form zweiter Ordnung über der absoluten Temperatur approximiert werden. Um diese Fehler zu kompensieren, besteht immer eine Notwendigkeit für eine Trimmschaltung und ein Verfahren zum Garantieren der Zielspezifikationen unabhängig davon, wie die Schaltung oder ihre Architektur ausgelegt ist.
Kurz gesagt gibt es einen ständigen Bedarf nach Schaltungen, die eine präzise Referenzschaltung bereitstellen können.
US 6 954 059 B1 offenbart eine Bandlückenschaltung, bei der die Temperaturabhängigkeit dadurch kompensiert wird, indem Schalttransistoren in einen Pfad mit einem Bipolartransistor hinzu oder aus dem weg geschaltet werden.
DE 10 2013 111 083 A1 offenbart eine Spannungsreferenz, bei der die PTAT-Spannung und die CTAT-Spannung über eine Kette von Transistoren zusammengeführt werden, die als Widerstände arbeiten.
US 2014 / 0 028 376 A1 offenbart eine Spannungsreferenzschaltung, die dafür ausgebildet ist, die Referenz bei einer konkreten Temperatur einzustellen.
US 2013 / 0 200 878 A1 offenbart eine Spannungsreferenzschaltung mit einer Vielzahl von DeltaVBE-Zellen, von denen jede vier bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) umfasst, die in einer Kreuz-Quad-Konfiguration verbunden und zur Erzeugung einer DeltaVBE-Spannung angeordnet sind.
US 2009 / 0 121 698 A1 offenbart eine Bandlücken-Spannungsreferenzschaltung mit einem ersten Schaltungsteil und einem zweiten Schaltungsteil. Der erste Schaltungsteil erzeugt eine Spannung, die der absoluten Temperatur entspricht (VCTAT). Der zweite Schaltungsteil erzeugt eine zur absoluten Temperatur proportionale Spannung (VPTAT), die zur VCTAT addiert wird, um eine Bandlückenspannungsreferenzausgabe zu erzeugen. Der erste Schaltungsteil umfasst eine Vielzahl von Delta-Basis-Emitter-Spannungsgeneratoren (VBE), die als eine Vielzahl von Stapeln von Delta-VBE-Generatoren angeschlossen sind. Jeder Delta-VBE-Generator kann ein Paar von Transistoren enthalten, die mit unterschiedlichen Stromdichten arbeiten und dadurch eine Differenz der Basis-Emitter-Spannungen (DeltaVBE) erzeugen. Die mehreren Delta-VBE-Generatoren innerhalb jedes Stapels sind miteinander verbunden, und die mehreren Stapel von Delta-VBE-Generatoren sind miteinander verbunden, so dass die von den mehreren Delta-VBE-Generatoren erzeugten DeltaVBEs arithmetisch addiert werden, um die VPTAT zu erzeugen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Probleme werden durch eine Spannungsreferenzschaltung behandelt, die gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellt wird. Durch vernünftiges Kombinieren von Schaltungselementen ist es möglich, eine Spannung oder einen Strom an einem Ausgangsknoten der Schaltung zu generieren, die temperaturunabhängig ist. Die Schaltungselemente enthalten eine erste Gruppe von Komponenten, die relativ zueinander ausgebildet sind, ein Ausgangssignal der PTAT-Form bereitzustellen. Diese erste Gruppe von Komponenten weist wünschenswerterweise Bipolartransistoren auf, und die Komponenten sind ausgebildet zum Generieren eines Signals, das proportional zu einer Differenz bei Basis-Emitter-Spannungen von zwei Bipolartransistoren, ΔV_BE, ist.
Eine zweite Gruppe von Komponenten wird an diese erste Gruppe von Komponenten gekoppelt. Die zweite Gruppe von Komponenten liefert operabel (operably) ein Ausgangssignal, das eine CTAT-Form besitzt.
Die vorliegende Lehre sorgt für eine Kopplung der ersten und zweiten Gruppe von Komponenten auf eine Weise, wodurch ein Trimmen der zweiten Gruppe von Komponenten bei einer einzigen Temperatur verwendet werden kann, um durch Prozessparameter und Fehlanpassung eingeführte Fehler zu kompensieren. Da die erste Gruppe von Schaltungskomponenten ein Ausgangssignal generiert, das selbstreferenzierend ist, das PTAT durch ein Verhältnis interner Schaltungskomponenten generiert wird, weicht dieser einzelne Trimmschritt aus, um eine Spannungsreferenz am Ausgang der Schaltung zu liefern, die bis zu einer ersten Ordnung temperaturunempfindlich ist.
Figurenliste
Ausführungsformen, die vorgelegt werden, um das Verständnis der vorliegenden Lehre zu unterstützen, werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:

1a ein Schemadiagramm, das Komponenten einer veranschaulichenden Schaltung zeigt, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird;
1b ein Schemadiagramm, das Komponenten einer veranschaulichenden Schaltung zeigt, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird;
1c ein Schemadiagramm, das Komponenten einer veranschaulichenden Schaltung zeigt, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird;
2a ein Schemadiagramm, das ein Detail von Schaltungskomponenten zeigt, die ausgebildet sind zum Generieren eines PTAT-Ausgangssignals gemäß der vorliegenden Lehre;
2b ein Schemadiagramm, das ein Detail von Schaltungskomponenten zeigt, die ausgebildet sind zum Generieren eines PTAT-Ausgangssignals gemäß der vorliegenden Lehre;
3 ein Schemadiagramm, das ein Detail von Schaltungskomponenten zeigt, die ausgebildet sind zum Generieren eines CTAT-Ausgangssignals gemäß der vorliegenden Lehre;
4 ein Schemadiagramm, das zeigt, wie Schaltungskomponenten kombiniert werden können, um eine Krümmungskorrekturzelle gemäß der vorliegenden Lehre bereitzustellen;
5 ein Schemadiagramm, das Schaltungselemente zeigt, die nützlicherweise in einer Schaltung verwendet werden können, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird;
6 eine beispielhafte Darstellung, wie mehrere PTAT-Zellen relativ zueinander gestapelt werden können, um den PTAT-Beitrag zu einer Schaltung zu vergrößern, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird; und
7a und 7b sind graphische Darstellungen, die Simulationsdaten einer Schaltung zeigen, die gemäß der vorliegenden Lehre aufgezeigt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Lehre liefert eine Referenzschaltung, die das Ausgangssignal von einer ersten Gruppe von Schaltungselementen mit dem Ausgangssignal von einer zweiten Gruppe von Schaltungselementen kombiniert. Die erste Gruppe von Schaltungselementen liefert mindestens eine PTAT-Zelle, die ausgebildet ist zum Generieren einer Spannung, die temperaturabhängig ist und insbesondere mit der Umgebungstemperatur zunehmen wird. Die zweite Gruppe von Schaltungselementen liefert mindestens eine CTAT-Zelle, die ausgebildet ist zum Generieren einer Spannung, die temperaturabhängig ist und spezifisch mit der Umgebungstemperatur zunehmen wird. Durch Kombinieren der PTAT- und CTAT-Spannungen von der ersten und zweiten Gruppe von Schaltungselementen kann das Gesamtausgangssignal der Schaltung ohne Temperaturempfindlichkeiten geliefert werden, d.h., es nimmt mit Änderungen bei der Umgebungstemperatur weder zu noch ab. Auf diese Weise liefert die Schaltung eine Spannungsreferenz.
Die vorliegende Lehre wird nun unter Bezugnahme auf beispielhafte Anordnungen beschrieben. Die genaue Implementierung einer Schaltung gemäß der vorliegenden Lehre kann variieren, doch teilen sich die Abweichungen eine gemeinsame Architektur, wodurch, wenn Einstellungen vorgenommen werden, die als Teil eines Trimm- oder Kalibrierungsregimes notwendig sind, die Gruppe von Schaltungselementen, die die PTAT-Komponente der Schaltung bereitstellen, nicht abgeändert wird. Eine Basisblockstruktur einer Architektur, die innerhalb des Kontextes der vorliegenden Lehre verwendet werden kann, ist in jeder von 1a, 1b und 1c gezeigt. 1a zeigt eine Gruppe von Schaltungselementen, die in einem Spannungsmodus ausgebildet sind, 1b zeigt eine Gruppe von Schaltungselementen, die in einem CTAT-Strommodus ausgebildet sind, und 1c zeigt eine Gruppe von Schaltungselementen, die in einem PTAT-Strommodus ausgebildet sind. Wie oben erwähnt wurde, werden in allen Fällen etwaige Einstellungen derart vorgenommen, dass die PTAT-Komponente, die so ausgelegt ist, dass sie gegenüber einer Variation von Prozessparametern stabil ist, nicht abgeändert wird.
Die Schaltung von 1a liefert zwei Spannungskomponenten, eine PTAT und eine CTAT. Jede der beiden Komponenten ist über zwei Widerstände R_PTAT und R_CTAT an einen gemeinsamen Knoten V_ref gekoppelt. Wenngleich in Blockschemaform gezeigt, ist die zugrunde liegende Architektur, die als diese PTAT-Spannungskomponente verwendet wird, derart gewählt, dass die PTAT-Spannungskomponente sehr gleichmäßig ist mit minimaler Empfindlichkeit gegenüber Prozessvariationen und gegenüber lokalen Fehlanpassungen ihrer verschiedenen Schaltungselemente. Falls beispielsweise die PTAT-Komponente aus einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen zwei Bipolartransistoren generiert wird, dann ist die tatsächliche Spannung ein relativer Ausdruck, der sich selbst für Abweichungen in den individuellen Elementen kompensiert, die verwendet werden, um die individuellen BasisEmitter-Spannungen zu generieren. Auf diese Weise kann die PTAT Spannungskomponente als eine interne Referenz innerhalb der Gesamtarchitektur der Referenzschaltung angesehen werden.
Wie oben erwähnt wurde, koppelt eine gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltung eine PTAT-Komponente mit einer CTAT-Komponente, um eine temperaturunabhängige Spannung V_ref zu generieren. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, ist die Schaltung derart ausgebildet, dass die PTAT-Komponente durch eine erste Gruppe von Schaltungskomponenten bereitgestellt wird, die ausgebildet sind zum Generieren eines PTAT-Signals, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Bipolartransistor abhängt, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten. Dieses PTAT-Signal könnte eine Spannung oder ein Stromsignal sein. Die CTAT-Komponente wird durch eine zweite Gruppe von Schaltungskomponenten bereitgestellt, die ausgebildet sind zum Generieren eines CTAT-Signals, das wieder ein CTAT-Strom oder eine CTAT-Spannung sein könnte. Durch Anordnen der PTAT-Komponente mit der CTAT-Komponente ist es möglich, die CTAT-Signalkomponente an das PTAT-Signal zu koppeln, um an einem Ausgang der Schaltung eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die in erster Ordnung temperaturunempfindlich ist. Dieses Koppeln erfolgt typischerweise durch Anordnen der PTAT- und CTAT-Komponenten in einer Brückenkonfiguration. Innerhalb des Kontextes der vorliegenden Lehre soll der Ausdruck „Brückenkonfiguration“ einen ersten und zweiten Zweig einer Schaltung definieren, die relativ zu einem gemeinsamen Abgriffspunkt so angeordnet sind, dass Änderungen in einem der beiden Zweige das Signal am gemeinsamen Abgriffspunkt beeinflussen. Die PTAT-Komponente definiert einen ersten Zweig und die CTAT-Komponente definiert einen zweiten Zweig, wobei der gemeinsame Abgriffspunkt Vref ist, der Ausgang der Schaltung.
Durch Bereitstellen der PTAT- und CTAT-Komponenten in einer Brückenkonfiguration kann die PTAT-Komponente eine interne Referenz für die Schaltung liefern. Zudem kann die Verwendung der CTAT-Komponente alleine ausreichen, um eine Kalibrierung der Schaltung bereitzustellen. Diese Kalibrierung kann durch vernünftiges Wählen der Werte der Schaltungskomponenten, die in dem CTAT-Zweig vor der Schaltungsherstellung verwendet werden erfolgen. Auf diese Weise wird der Wert der CTAT-Komponente in die Schaltung hartcodiert oder hartverdrahtet. Bei einer anderen Konfiguration ist es möglich, den durch die Schaltungskomponenten der CTAT-Komponente bereitgestellten Wert zu trimmen oder anderweitig abzustimmen, um seinen Beitrag zu dem insgesamt erfassten Signal am gemeinsamen Abgriffspunkt zu variieren.
Falls die Schaltung so ausgelegt ist, dass die PTAT-Komponente nicht als Teil einer Trimmübung variiert wird, um die gewünschte Spannungsreferenz bereitzustellen, dann sind die einzigen Schaltungselemente, die variiert werden können, jene, die die zweite Spannungskomponente V_CTAT liefern. Da die beiden Spannungskomponenten V_PTAT und V_CTAT entgegengesetzte Temperaturvariationen besitzen, d.h. verschiedene Steigungen über der Temperatur, können die beiden Widerstände R_PTAT und R_CTAT derart ausgelegt werden, dass die Spannung am gemeinsamen Knoten V_ref in erster Ordnung temperaturunabhängig ist. Bei anderen Anordnungen kann der Wert der Widerstände R_PTAT und R_CTAT auf der Basis erwarteter Arbeitsbedingungen der Schaltung sorgfältig gewählt werden. Auf diese Weise kann die Einstellung direkt an der CTAT-Komponente der Schaltung durchgeführt werden, die den Temperaturkoeffizienten der Ausgangsspannung hauptsächlich variieren wird. Im Fall, dass der Betrag der Ausgangsspannung geändert werden muss oder der Trimmbereich der CTAT-Komponente eingestellt werden muss, kann dann der Abgriffspunkt, der die Ausgangsspannung der Schaltung liefert und zwischen den Widerständen R_PTAT und R_CTAT liegt, entfernt werden.
Auf ähnliche Weise kann eine temperaturunabhängige Spannung auf der Basis der Blockschemata von 1b und 1c generiert werden. Im Blockdiagramm von 1b wird die PTAT-Spannung V_PTAT mit einem CTAT-Strom I_CTAT und einem Widerstand R_CTAT kombiniert. Die Referenzspannung V_ref kann so getrimmt werden, dass sie temperaturunabhängig ist, indem der CTAT-Strom verstellt wird oder bei einem festen CTAT-Strom der Wert des Widerstands R_CTAT eingestellt wird. In einem bestimmten Fall dieser beispielhaften Anordnung kann R_CTAT entfallen und die Verstellung von V_ref kann durch eine Verstellung nur von I_CTAT bereitgestellt werden.
Analog kann eine CTAT-Spannung mit einem PTAT-Strom kombiniert werden. Eine derartige Schaltung ist in 1c gezeigt und kann nützlicherweise zum Generieren einer temperaturunabhängigen Spannung Vref verwendet werden. Während im Schemadiagramm von 1c ein Widerstand R_PTAT gezeigt ist, kann ein derartiger Widerstand entfallen. Ähnlich der oben bezüglich 1a und 1b beschriebenen wird eine etwaige Verstellung der Referenzspannung über den CTAT-Zweig der Schaltung durchgeführt, sei dies die tatsächliche CTAT-Spannung oder R_CTAT.
Gemäß der vorliegenden Lehre wird die PTAT-Zelle als eine interne Referenz verwendet, wobei das Ergebnis ist, dass andere Schaltungselemente der Schaltung relativ zur PTAT-Zelle referenziert werden. Auf diese Weise werden Einstellungen an dem Schaltungsausgangssignal erzielt, indem andere Schaltungselemente der Schaltung - seien dies die CTAT Spannungsreferenzzelle oder die Widerstände - variiert werden.
Eine CTAT-Zelle liefert typischerweise ein Ausgangssignal, das auf der Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors basiert und deshalb als eine Spannung angesehen werden kann, die sehr stark prozessabhängig und auch gegenüber Fehlanpassungen empfindlich ist. Sie besitzt auch eine recht signifikante nichtlineare Variation über der Temperatur, sehr oft in der Form TlogT, wobei T die absolute Temperatur bezeichnet. Durch Fokussieren auf ein Trimmen oder eine andere Modifikation der Schaltungselemente, die diese CTAT-Zelle bilden, ist es möglich, diese Abweichungen zu kompensieren. Gleichzeitig können die Schaltungselemente, die zum Bereitstellen der PTAT-Spannungszelle verwendet werden, auf der Basis ihrer Präzision und Unabhängigkeit gegenüber einer Abweichung gewählt werden.
2a zeigt ein Beispiel eines derartigen präzisen und prozessunabhängigen PTAT-Spannungsgenerators, der nützlicherweise als eine PTAT-Zelle innerhalb des Kontextes der Spannungsreferenz der vorliegenden Lehre eingesetzt werden kann. Die Architektur dieser PTAT-Zelle ist hinsichtlich der Form ähnlich der in den US-Patenten US 8,228,052 und US 8,531,169 beschriebenen, deren Inhalt jeweils unter Bezugnahme aufgenommen ist.
In der Schaltung von 2a weist die PTAT-Zelle zwei Arme auf: einen Arm mit einer hohen Kollektorstromdichte und einen Arm mit einer niedrigen Kollektorstromdichte. Der Arm mit der hohen Kollektorstromdichte besteht aus einem Stapel von m-Emitterbereichs-Bipolartransistoren qn11 bis qn1m mit einem Leistungsfaktor von 1, mit dem gleichen Strom I_a vorgespannt. Der Arm mit der niedrigen Kollektorstromdichte besteht aus einem ähnlichen Stapel aus m-Bipolartransistoren qn21 bis qn2m, wobei jeder im Vergleich zu den entsprechenden Bauelementen im ersten Arm eine n-fach größere Emitterfläche besitzt. Der Arm mit der niedrigen Kollektorstromdichte ist mit einem Strom I_b vorgespannt, von dem angenommen wird, dass er die gleiche Temperaturabhängigkeit wie I_a besitzt. Die Basisströme des oberen Paars von Bipolartransistoren q11 und q21 werden von einem Transkonduktanzverstärker geliefert, der aus einem Pegelschieber LS1, einem NMOS-Transistor mn1 und zwei PMOS-Transistoren mp1 und mp2 besteht. Die Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen den beiden Bipolartransistorstapeln wird über mn2 von der Drainelektrode zur Sourceelektrode entwickelt. Diese Spannung beträgt: $Δ V_{b e} = m \frac{k T}{q} ln (n),$
wobei

• m der Anzahl von Bipolartransistoren in einem Stapel entspricht;
• n das Kollektorstromdichteverhältnis von den beiden Armen darstellt;
• k die Boltzmann-Konstante ist;
• T die absolute Temperatur ist;
• q die Elektronenladung ist.

2b zeigt eine weitere Schaltung, die im Kontext der vorliegenden Lehre verwendet werden könnte, um den PTAT-Zweig bereitzustellen. Der Unterschied zwischen den beiden Strukturen besteht aus dem Verfahren zum Liefern des Basisstroms für das obere Paar von Bipolartransistoren qn11 und qn21. Der Transistor mn4 wird zum Generieren der Basisströme von qn11 und qn21 verwendet. Ein in dieser Konfiguration geschalteter Transistor wird üblicherweise als ein „beta-Helfer“ bezeichnet. Die anderen beiden NMOS-Transistoren mn3 und mn5 werden zum Ausgleichen der Basis-Kollektor-Spannungen von qn11 und qn21 verwendet, wodurch der Effekt der sogenannten direkten Early-Spannung minimiert wird. Der Early-Effekt generiert einen Fehler zweiter Ordnung in der Basis-Emitter-Spannung. Der Kompromiss zwischen den in 2a und 2b dargestellten Strukturen ist eine bessere Steuerung des Early-Effekts auf Kosten erhöhter Headroom-Anforderungen.
Auf der Basis einer Headroom-Beschränkung kann eine entsprechende Anzahl der Zellen gemäß 2a und/oder 2b aufeinander gestapelt werden, um eine große PTAT-Spannung zu generieren. Beim Generieren einer größeren PTAT-Spannung mit Hilfe des Stapelns gibt es wichtige Vorteile. Es ist kritisch wichtig, dass die PTAT-Spannung ohne Verstärker generiert wird, die Fehler und Rauschen einführen. Da die Anzahl individueller Zellen zunimmt, nimmt der Effekt assoziierter Fehler aufgrund des Mittelwertbildungseffekts ab. Falls die Anzahl an Zellen in einem Stapel / beträgt, nimmt die zusammengesetzte PTAT-Spannung um einen Faktor von l zu und das Rauschen nimmt nur um einen Faktor von $\sqrt l$
zu.
3 stellt ein Blockdiagramm einer CTAT-Spannungszelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehre vor. Ein einstellbarer Strom I₀ wird zum Vorspannen eines Stapels von in Durchlassrichtung vorgespannten Dioden D1... Dm verwendet, wobei m die Anzahl an Dioden im Stapel ist. Ein derartiger Stapel könnte unter Einsatz von Bipolartransistoren implementiert werden. Eine Krümmungskorrekturzelle V_cv ist in Reihe mit dem Stapel von Dioden gekoppelt, und auch diese V_cv-Zelle kann trimmbar sein. Die CTAT-Spannungskomponente kann über den vollen Stapel entwickelt werden, der aus der Krümmungskorrekturzelle und dem Stapel von Dioden D1... Dm besteht. Der Vorstrom I₀ und die Krümmungskorrekturspannung sind trimmbar, sodass die generierte Spannungskomponente V_CTAT präzise eingestellt werden kann, um durch Prozessparameter und Fehlanpassung eingeführte Fehler zu kompensieren.
Ein beispielhaftes Schemadiagramm von Schaltungselementen, die in einer Krümmungskorrekturzelle V_cv gemäß der vorliegenden Lehre ausgestattet sein könnten, ist in 4 gezeigt. Diese Zelle enthält Elemente, die hinsichtlich der Form ähnlich der in der in 2a dargestellten Zelle beschriebenen Elemente sind. Zwei Diodenstapel aus ähnlichen Bipolartransistoren, die mit unterschiedlichen Kollektorstromdichten arbeiten, sind angeordnet, um einen Arm mit einer höheren Kollektorstromdichte und einen Arm mit einer niedrigeren Kollektorstromdichte bereitzustellen, wobei die Ausdrücke höher und niedriger relative Ausdrücke sind, die bezüglich der Kollektorstromdichte des anderen Arms bestimmt sind. Der Arm mit der hohen Kollektorstromdichte weist einen Stapel von Bipolartransistoren q11 bis q1m auf, wobei m die Anzahl von Transistoren im Stapel ist. Der Stapel wird durch den PTAT-Strom I₀₁ vorgespannt. Der Arm mit der niedrigeren Kollektorstromdichte weist einen Stapel von Bipolartransistoren q21 bis q2m auf, wobei wieder m die Anzahl von Transistoren im Stapel ist. Dieser Stapel wird durch eine trimmbare Kombination aus PTAT- und CTAT-Strömen, mit I₀₂ bezeichnet, vorgespannt. Die beiden Arme sind relativ zueinander so angeordnet, dass eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz auf der Seite mit der niedrigen Kollektorstromdichte entwickelt wird.
Der Gesamtkorrektor an der Krümmung basiert auf einem Verständnis, dass die Nichtlinearität der Basis-Emitter-Spannung über der Temperatur von der Steigung des Vorstroms abhängig ist, wie in Gleichung 2 ersichtlich ist: $V_{b e} (T) = V_{g 0} - (V_{g 0} - V_{b e} (T_{0})) - σ \frac{k T}{q} ln \frac{T}{T_{0}} + \frac{k T}{q} ln \frac{T}{T_{0}},$
wobei

• V_be (T) die Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors bei einer absoluten Temperatur T ist;
• V_g0, der extrapolierte Bandabstands-Spannungswert ist;
• V_be (T₀) die Basis-Emitter-Spannung des Bipolartransistors bei einer absoluten Temperatur T₀ ist;
• σ der Temperaturkoeffizient des Sättigungsstroms des Bipolartransistors ist.

Falls der Arm mit der hohen Kollektorstromdichte der Korrekturschaltung mit einem PTAT-Strom vorgespannt wird und der Arm mit der niedrigen Kollektorstromdichte mit einem konstanten Strom von jedem Paar von Bipolartransistoren vorgespannt wird, hat der in Gleichung (1) vorgestellte Ausdruck der Basis-Emitter-Spannung einen zusätzlichen Term: $Δ V_{b e} = m \frac{k T}{q} ln (n) + m \frac{k T}{q} ln \frac{T}{T_{0}}$
Durch Trimmen des Verhältnisses von PTAT zu CTAT in der kombinierten Stromquelle I₀₂ wird der zweite Term in Gleichung (3) verstellt, so dass sich der nichtlineare Term der Basis-Emitter-Spannung in Gleichung (2) aufhebt und die zusammengesetzte Spannung V_CTAT nur eine lineare Variation über der Temperatur besitzt. Es versteht sich, dass, wo verwendet, ein derartiger logarithmischer Temperaturkoeffizient oder eine Krümmungskorrektur üblicherweise vor der Bestimmung der optimalen Einstellungen für die Temperaturkoeffizientenkorrektur erfolgt.
Die Ausgangsspannung der Schaltung in 1a beträgt $V_{r e f} = \frac{R_{C T A T}}{R_{P T A T} + R_{C T A T}} V_{P T A T} + \frac{R_{P T A T}}{R_{P T A T} + R_{C T A T}} V_{C T A T}$
Das Verhältnis R_PTAT/R_CTAT kann getrimmt werden, indem ein einstellbarer Abgriffspunkt an der Widerstandskette gewählt wird, die R_PTAT + R_CTAT implementiert, wo die Ausgangsspannung gesammelt wird.
Es versteht sich, dass die in 1b und 1c vorgestellten Schaltungen zu der in 1a vorgestellten Schaltung mit Hilfe einfacher Norton-Thevenin-Transformationen mathematisch äquivalent sind.
Unter Verwendung von Schaltungen, die gemäß der Lehre von 1 bis 4 bereitgestellt sind, ist es möglich, einen Spannungsreferenzgenerator bereitzustellen, der bei einer Temperatur getrimmt wird, um die gewünschte Spannungsreferenz am Ausgang bereitzustellen. Ein derartiger Ausgang kann gepuffert werden, und durch Koppeln des Spannungsreferenzgenerators an einen gepufferten Ausgang ist es möglich, einen zweiten Trimmpunkt bereitzustellen. Ein Beispiel für eine derartige gepufferte Ausgangsspannung ist in 5 gezeigt, wo der Blockspannungsreferenzgenerator so angesehen werden kann, dass er Schaltungselemente wie etwa hier oben beschrieben umfasst. Der Ausgang dieses Spannungsreferenzgenerators liefert eine Spannungsreferenz V_REF, die in den positiven Eingang eines Verstärkers gekoppelt wird, um ein gepuffertes Ausgangssignal zu liefern. Der Verstärker ist erwünschtermaßen ein Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, dessen Verstärkungsfaktor eingestellt werden kann, um einen zweiten Trimmpunkt für die Gesamtschaltung bereitzustellen. Bei einer Konfiguration eines derartigen Verstärkers mit einstellbarem Verstärkungsfaktor ist der invertierende Eingang des Verstärkers über eine Widerstandskette R_FB, R_IN in einer Rückkopplungsschleifen-Konfiguration an den Ausgang des Verstärkers, V_OUT, gekoppelt. Der Punkt, an dem der invertierende Eingang an die Widerstandskette gekoppelt ist, kann variiert werden, um den zweiten Trimmpunkt für die Gesamtspannungsreferenzschaltung bereitzustellen. Ein Trimmen des ersten Trimmpunkts (der durch die CTAT-Komponente der Schaltung bereitgestellt wird) und des zweiten Trimmpunkts bei einer einzelnen Temperatur liefert eine Abweichung beim Temperaturkoeffizienten und Betrag der Ausgangsspannung. Ein Trimmen bei einer zweiten Temperatur kann verwendet werden, um die Genauigkeit beim Temperaturkoeffizienten und Betrag der Ausgangsspannung zu verbessern.
6 zeigt ein Beispiel einer derartigen Schaltung, die in einem standardmäßigen 0,18 µm-CMOS-Prozess hergestellt und ausgewertet wurde. Ein V_PTAT-Komponentengenerator wurde als ein Stapel aus / = 5 Zellen implementiert. Die erste Zelle verwendete eine Topologie ähnlich der oben unter Bezugnahme auf 1b beschriebenen, mit m = 2 , n = 48 , Ia = 500nA und I_b = 500nA, wodurch ein ΔV_be-Beitrag zum Gesamtstapel von 200 mV bereitgestellt wurde. Da der verfügbare Headroom abnahm, verwendeten die nächsten drei Zellen eine Topologie wie etwa die in 1b vorgestellte, aber in dieser Implementierung mit m = 1, n = 48 , Ia = 500nA und Ib = 500nA . Jede dieser Zellen lieferte einen ΔV_be-Beitrag von 100 mV. Aufgrund weiterer Headroom-Beschränkungen verwendete die fünfte Zelle eine Topologie wie etwa die in 1a vorgestellte mit m = 1, n = 48 , Ia = 500nA und Ib = 500nA, um einen ΔV_be-Beitrag von 100 mV bereitzustellen. Es versteht sich, dass diese Spannungswerte bei Umgebungstemperatur sind.
Der V_CTAT-Komponentengenerator wurde unter Verwendung einer Topologie ähnlich der implementiert, die oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, mit m = 2 und I0 = 1µA nominal. Eine Krümmungskorrekturzelle wurde implementiert und verwendet m = 2 , n = 25/4, I01 = 500nA und I02 = 500nA nominal. Jeder der beiden Widerstände R_PTAT und R_CTAT wurde als Polysiliziumwiderstand mit den Werten R_PTAT = 100kΩ und R_CTAT = 220kΩ implementiert. Die gewünschte Ausgangsspannung der Schaltung wurde in der Größenordnung von 2,5 V bestimmt.
Eine Schaltung gemäß der Implementierung von 6 wurde entworfen und simuliert. 7a zeigt die Variation von den V_PTAT- und den zusammengesetzten V_CTAT-Spannungskomponenten, bevor irgendein Trimmen bewirkt wurde, um das tatsächliche Ausgangssignal der Schaltung an die gewünschte 2,5-V-Ausgabe anzupassen. Nach dem vernünftigen Trimmen von Schaltungselementen ist es möglich, Variationen bei den V_PTAT- und zusammengesetzten V_CTAT-Spannungskomponenten zu untersuchen. 7b zeigt die Variation der Ausgangsspannung nach der Anwendung eines derartigen Optimierungsprozesses. Der größte beobachtete Temperaturkoeffizient von V_OUT betrug 7,8 ppm/°C im Temperaturbereich -40 -> 125°C.
Bei Verwendung von Schaltungen gemäß der vorliegenden Lehre ist es möglich, für ein Trimmen bei einer einzigen Temperatur zu sorgen. Es ist auch möglich, für das Trimmen bei zwei oder mehr Temperaturen zu sorgen, was vorteilhafterweise für präzisere Anwendungen verwendet werden kann. Unter Verwendung einer Architektur wie etwa der gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellten ist es möglich, Flexibilität beim Abwägen von Leistung gegen Herstellungskosten bereitzustellen - es versteht sich, dass das Trimmen bei mehreren Temperaturen eine zusätzliche Kalibrierung erfordert, da zusätzliche Temperaturdurchläufe erforderlich sind. Es versteht sich, dass ein Doppel-Temperatur-Trimmen hinsichtlich der Genauigkeit besser sein wird, doch sind die Unterschiede zwischen Doppel- und Einzel-Temperatur-Trimmen bei weitem nicht so groß wie in traditionellen Architekturen.
Unter Verwendung eines Doppel-Temperatur-Prozesses wird als ein erster Schritt das zu testende Bauelement DUT auf die Temperatur T1 gezwungen und ausgewertet. Das DUT wird dann auf eine zweite Temperatur T2 gezwungen und wieder ausgewertet. Mit den Ergebnissen aus diesen beiden Auswertungen ist es dann möglich, den Wert der Ausgangsspannung zu bestimmen, bei der der Temperaturkoeffizient ein Minimum ist.
Durch Trimmen bei zwei verschiedenen Temperaturen kann die Genauigkeit der Schaltungsausgabe verbessert werden. Der größte beobachtete Temperaturkoeffizient von V_OUT betrug 3,7ppm/°C im Temperaturbereich -40 -> 125°C.
Aus dem Obigen versteht sich, dass die vorliegende Lehre eine Anzahl von Variationen an einer Technik liefert, die eine PTAT- und eine CTAT-Zelle kombiniert, um eine Spannungsreferenz an einem Ausgang der Schaltung bereitzustellen. Die Schaltung verwendet die PTAT-Zelle, um eine interne Spannungsreferenz bereitzustellen, deren Genauigkeit durch die Tatsache geliefert wird, dass die PTAT-Komponente durch ein Differential zwischen zwei Komponenten oder Elementen der Zelle generiert wird, die inhärent Variationen in der jeweils anderen kompensieren. Die ausgegebene PTAT-Spannung von der PTAT-Zelle, die eine PTAT-Form hat, stimmt mit reduzierter Variabilität aufgrund von Prozessänderungen und Fehlanpassung gut überein. Bei Bereitstellung in einer Stapelanordnung können individuelle Basis-Emitter-Differenziale von jeder der Zellen gestapelt werden, um den Gesamtwert der beitragenden PTAT-Komponente zu erhöhen, ohne den Fehler zu vergrößern. Diese gestapelte größere Ausgangsspannung kann dann mit einer CTAT-Komponente kombiniert werden, um etwaige temperaturabhängige Effekte zu entfernen und eine Spannungsreferenz mit Temperaturunempfindlichkeiten mindestens zu einer ersten Ordnung bereitzustellen.
Jedes Trimmen, das am Ausgang erforderlich ist, wird unter Verwendung der Elemente bewirkt, die nicht zur PTAT-Zelle beitragen. Das Ausgangssignal der Schaltung kann unter Verwendung von Trimmtechniken modifiziert werden, die in der einfachsten Form implementiert werden können durch Trimmen einer ersten Gruppe oder tatsächlich mehrerer Gruppen von Komponenten bei einer ersten Temperatur. Durch Bereitstellen von Trimmen bei mehreren Temperaturen ist es möglich, die Genauigkeit der Schaltung zu verbessern.
Es versteht sich, dass gemäß der vorliegenden Lehre bereitgestellte Schaltungen eine Reihe von Vorteilen bieten, einschließlich:

- hohe Präzision sowohl beim Betrag als auch beim Temperaturkoeffizienten;
- geringes Rauschen;
- arbeitet in einer Umgebung mit niedrigem Headroom;
- arbeitet in Umgebungen mit geringer Leistung und
- kann unter Verwendung von weniger Silizium implementiert werden, als dies für herkömmliche oder bekannte Anordnungen erforderlich ist; und
- in Abhängigkeit von der erforderlichen Präzision könnte die Schaltung bei einer oder zwei Temperaturen getrimmt werden.

Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende Lehre auf irgendeine Gruppe von Vorteilen oder Merkmalen zu beschränken, da Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken oder Schutzbereich der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen einer temperaturunabhängigen Spannungsausgabe werden oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Durch vernünftiges Kombinieren von Schaltungselementen in zwei oder mehr Zellen ist es möglich, eine PTAT-Komponente als eine interne Referenz für die Gesamtschaltung zu verwenden und das Ausgangssignal durch Bereitstellen eines Trimmens einer CTAT-Komponente zu modifizieren. Auf diese Weise wird die inhärente, genaue Form der PTAT-Komponente aufrechterhalten und die CTAT-Komponente wird getrimmt.
Ein Fachmann versteht jedoch, dass die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen für beliebige andere Systeme, Vorrichtungen oder Verfahren verwendet werden können, die ein temperaturempfindliches Ausgangsignal benötigen.
Beispielsweise kann die vorliegende Lehre, wenngleich unter Bezugnahme auf eine Spannungsausgabe beschrieben, gleichermaßen als für das Bereitstellen einer Stromreferenz geeignet angesehen werden. Unter Verwendung bekannter Methodiken versteht sich, dass eine PTAT-Spannung zu einem PTAT-Strom geändert werden kann, sollte sich die Notwendigkeit ergeben. Beispielsweise kann ein PTAT-Strom generiert werden, indem über einen Widerstand eine Basis-Emitter-Spannungsdifferenz von zwei Bipolartransistoren repliziert wird, die bei verschiedenen Kollektorstromdichten arbeiten. Wenn ein geringer Strom in einem kleinen Siliziumbereich generiert werden soll, kann ein in seinem Triodengebiet arbeitender MOS-Transistor verwendet werden. Es versteht sich, dass der „ein“ -Widerstand eines im Triodengebiet arbeitenden MOS-Transistors nicht gut gesteuert ist, sodass, falls Genauigkeit erforderlich ist, dann eine Verwendung von Widerständen bevorzugt wird.
Wenngleich die Basis-Emitter-Spannungen unter Bezugnahme auf die Verwendung spezifischer Typen von Bipolartransistoren beschrieben worden sind, könnten außerdem ein beliebiger oder mehrere beliebige andere geeignete Transistoren, die Basis-Emitter-Spannungen bereitstellen können, gleichermaßen innerhalb des Kontextes der vorliegenden Lehre verwendet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass jeder einzelne beschriebene Transistor als mehrere Transistoren implementiert werden kann, deren Basis-Emitter parallel geschaltet werden würden. Es versteht sich weiterhin, dass bei hierin beschriebenen Transistoren alle drei Anschlüsse zur Verfügung stehen und dass es möglich ist, da moderne CMOS-Prozesse tiefe N-Mulden-Kapazitäten besitzen, diese Prozesse zu verwenden, um vertikale npn-Bipolartransistoren niedriger Qualität, die aber funktionieren, herzustellen.
Solche Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren können in verschiedenen Elektronikeinrichtungen implementiert werden. Zu Beispielen der Elektronikeinrichtungen können unter anderem Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, Elektroniktestgeräte, drahtlose Kommunikationsinfrastruktur usw. zählen. Zu Beispielen der Elektronikeinrichtungen können auch Schaltungen optischer Netzwerke oder anderer Kommunikationsnetzwerke und Plattentreiberschaltungen zählen. Zu den Verbraucherelektronikprodukten können unter anderem Messinstrumente, medizinische Einrichtungen, drahtlose Einrichtungen, ein Mobiltelefon (beispielsweise ein Smartphone), Zellenbasisstationen, ein Telefon, ein Fernsehgerät, ein Computermonitor, ein Computer, ein handgehaltener Computer, ein Tablet-Computer, ein Personal Digital Assistant (PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, eine Stereoanlage, ein Kassettenrekorder oder -player, ein DVD-Player, ein CD-Player, ein digitaler Videorekorder (DVR), ein VCR, ein MP3-Player, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Waschmaschinen/Trockner, ein Kopiergerät, ein Faxgerät, ein Scanner, eine multifunktionale Peripherieeinrichtung, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. zählen. Weiterhin können zur Elektronikeinrichtung unfertige Produkte zählen.
Sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes erfordert, sollen die Wörter „aufweisen“, „aufweisend“, „enthalten“, „enthaltend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem inklusiven Sinne ausgelegt werden im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „enthaltend, aber nicht beschränkt auf“. Die Wörter „gekoppelt“ oder „verbunden“, wie hier allgemein verwendet, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Außerdem sollen sich die Wörter „hierin“, „oben“, „unten“ und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes beziehen und nicht auf irgendwelche bestimmten Abschnitte dieser Anmeldung. Wenn es der Kontext gestattet, können Wörter, die die Einzahl oder Mehrzahl verwenden, auch die Mehrzahl bzw. Einzahl enthalten. Das Wort „oder“ unter Bezugnahme auf eine Liste von zwei oder mehr Gegenständen, soll alle der folgenden Interpretationen des Worts abdecken: einen beliebigen der Gegenstände auf der Liste, alle der Gegenstände auf der Liste und eine beliebige Kombination der Gegenstände auf der Liste. Alle hier aufgezeigten Zahlenwerte sollen ähnliche Werte innerhalb eines Messfehlers beinhalten.
Die Lehren der hierin bereitgestellten Erfindungen können auf andere Systeme angewendet werden, nicht notwendigerweise die oben beschriebenen Schaltungen. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Die Handlung der hier erörterten Verfahren kann in einer beliebigen Reihenfolge, wie angemessen, durchgeführt werden. Zudem können die Handlungen der hierin erörterten Verfahren, wie angemessen, seriell oder parallel ausgeführt werden.
Wenngleich gewisse Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft vorgelegt worden und sollen nicht den Schutzbereich der Offenbarung beschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuartigen Verfahren und Schaltungen in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert werden. Zudem können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen hinsichtlich der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Schaltungen vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, wie sie in den Schutzbereich und Gedanken der Offenbarung fallen würden. Dementsprechend wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindungen unter Bezugnahme auf die Ansprüche definiert.

Claims

Spannungsreferenzschaltung, aufweisend: eine PTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines PTAT-Signals, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen ersten und zweiten Bipolartransistoren (qn11..qn1m, qn21..qn2m) der PTAT-Komponente abhängt, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten; eine CTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines CTAT-Signals, wobei das CTAT-Signal ein CTAT-Strom ist; dadurch gekennzeichnet, dass die CTAT-Komponente einen ersten Trimmpunkt aufweist, der dafür ausgebildet ist, einen Temperaturkoeffizienten der Spannungsreferenzschaltung zu variieren; wobei die CTAT-Komponente operabel mit der PTAT-Komponente gekoppelt ist, um eine CTAT-Signalkomponente an das PTAT-Signal zu koppeln, um an einem Ausgang der Spannungsreferenzschaltung eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die in der ersten Ordnung temperaturunempfindlich ist, und wobei die Spannungsreferenzschaltung nur durch die CTAT-Komponente kalibrierbar ist.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 1, wobei die PTAT-Komponente und die CTAT-Komponente in einer Brückenkonfiguration gekoppelt sind.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit zumindest einem Trimmwiderstand (Trim2) separat von der PTAT-Komponente und der CTAT-Komponente, wobei die PTAT-Komponente eine interne Referenz für die Spannungsreferenzschaltung liefert und die Ausgangsspannung der Spannungsreferenzschaltung durch Variieren des zumindest einen Trimmwiderstands (Trim2) und/oder der CTAT-Komponente variiert wird.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das PTAT-Signal eine PTAT-Spannung ist.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 4, wobei die PTAT-Spannung und CTAT-Spannung über einen ersten Widerstand (R_PTAT) bzw. einen zweiten Widerstand (R_CTAT) an den Ausgang der Spannungsreferenzschaltung gekoppelt sind.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 5, wobei der erste Widerstand (R_PTAT) einen festen Wert besitzt und der zweite Widerstand (R_CTAT) einen variablen Wert besitzt, der getrimmt werden kann, um die Ausgangsspannung (Vref) zu variieren.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 1, wobei das PTAT-Signal eine PTAT-Spannung ist und die Ausgangsspannung (Vref) der Spannungsreferenzschaltung eine Kombination aus der mit dem CTAT-Strom kombinierten PTAT-Spannung ist.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 7, wobei die Ausgangsspannung (Vref) der Spannungsreferenzschaltung durch Variieren des CTAT-Stroms operabel variiert wird.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 7, wobei der CTAT-Strom über einen CTAT-Widerstand (R_CTAT) an den Ausgang der Spannungsreferenzschaltung gekoppelt wird und der Wert des CTAT-Widerstands (R_CTAT) operabel geändert wird, um die Ausgangsspannung (V_ref) der Spannungsreferenzschaltung zu variieren.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die PTAT-Komponente einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist, wobei der erste Arm eine erste Kollektorstromdichte besitzt und der zweite Arm eine zweite Kollektorstromdichte besitzt, die unter der ersten Kollektorstromdichte liegt.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 10, wobei die PTAT-Komponente mehrere Schaltungselemente aufweist, die relativ zueinander gestapelt sind, um das durch die PTAT-Komponente generierte PTAT-Signal zu erhöhen.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine an die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten gekoppelte Krümmungskorrekturzelle.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 12, wobei die Krümmungskorrekturzelle einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist, wobei der erste Arm eine erste Kollektorstromdichte besitzt und der zweite Arm eine zweite Kollektorstromdichte besitzt, die unter der ersten Kollektorstromdichte liegt, wobei der zweite Arm operabel mit der PTAT-Komponente und der CTAT-Komponente gekoppelt ist, um eine Kombination aus PTAT- und CTAT-Strömen zu empfangen.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 13, wobei die Kombination aus PTAT- und CTAT-Strömen operabel getrimmt wird, um der Ausgangsspannung (V_ref) eine Krümmungskorrektur zu verleihen.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgang der Spannungsreferenzschaltung an einen Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor gekoppelt ist, um ein gepuffertes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei eine Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers einen zweiten Trimmpunkt für die Spannungsreferenzschaltung liefert.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 15, wobei ein Trimmen des ersten und des zweiten Trimmpunkts bei einer einzigen Temperatur eine Abweichung im Temperaturkoeffizienten und Betrag der Ausgangsspannung (Vref) bereitstellt.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 16, wobei ein Trimmen bei einer zweiten Temperatur die Genauigkeit beim Temperaturkoeffizienten und Betrag der Ausgangsspannung (V_ref) der Spannungsreferenzschaltung verbessert.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 15, wobei der Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor eine Widerstandskette aufweist, die in einer Rückkopplungsschleife zwischen einem Ausgang des Verstärkers und einem invertierenden Knoten des Verstärkers bereitgestellt ist, wobei der zweite Trimmpunkt innerhalb der Rückkopplungsschleife bereitgestellt ist.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kalibrierung der Spannungsreferenzschaltung durch Verwendung der in der CTAT-Komponente verwendeten Komponenten bewirkt wird.
Spannungsreferenzspannungsreferenzschaltung, aufweisend: eine PTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines PTAT-Signals, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen ersten und zweiten Bipolartransistoren (qn11..qn1m, qn21..qn2m) abhängt, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten; eine CTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines CTAT-Signals, wobei die CTAT-Komponente gestapelte Dioden aufweist, die mit einem einstellbaren Strom vorgespannt sind; wobei die PTAT-Komponente und die CTAT-Komponente in einer Brückenkonfiguration gekoppelt sind, die einen ersten und einen zweiten Zweig ausgehend von einem Abgriffspunkt aufweisen, wobei der erste Zweig mit der PTAT-Komponente und der zweite Zweig mit der CTAT-Komponente verbunden ist, und ausgebildet ist zum Koppeln der CTAT-Signalkomponente an das PTAT-Signal, um an einem Ausgang der Schaltung eine Ausgangsspannung (V_ref) bereitzustellen, die in erster Ordnung temperaturunempfindlich ist.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 20, wobei die PTAT-Komponente einen Teil des ersten Zweigs der Brücke darstellt und die CTAT-Komponente einen Teil des zweiten Zweigs der Brücke darstellt, wobei die Ausgangsspannung (V_ref) an dem Abgriffspunkt erfasst wird, der den ersten und zweiten Zweig miteinander koppelt.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 20 oder 21, aufweisend eine an die zweite Gruppe von Schaltungskomponenten gekoppelte Krümmungskorrekturzelle.
Verfahren zum Generieren einer Spannungsreferenz, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer PTAT-Komponente, die ein PTAT-Signal generiert, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Bipolartransistor (qn11..qn1m; qn21..qn2m) abhängig ist, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten, Bereitstellen einer CTAT-Komponente, die ein CTAT-Signal generiert und das CTAT-Signal ein CTAT-Strom ist, wobei die CTAT-Komponente einen ersten Trimmpunkt aufweist, der dafür ausgebildet ist, einen Temperaturkoeffizienten der Spannungsreferenzschaltung zu variieren; Koppeln des CTAT-Signals an das PTAT-Signal, um eine Ausgangsspannung (V_ref) bereitzustellen, die in erster Ordnung temperaturunempfindlich ist; und Anpassen nur der CTAT-Komponente, um die Spannungsreferenzschaltung zu kalibrieren.
Spannungsreferenzschaltung, aufweisend: eine PTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines PTAT-Signals, das von einer Basis-Emitter-Spannungsdifferenz zwischen ersten und zweiten Bipolartransistoren (qn11..qn1m, qn21..qn2m) der PTAT-Komponente abhängt, die bei verschiedenen Stromdichten arbeiten; eine CTAT-Komponente, die ausgebildet ist zum Generieren eines CTAT-Signals; dadurch gekennzeichnet, dass die CTAT-Komponente einen ersten Trimmpunkt aufweist, der dafür ausgebildet ist, einen Temperaturkoeffizienten der Spannungsreferenzschaltung zu variieren; wobei die CTAT-Komponente operabel mit der PTAT-Komponente gekoppelt ist, um eine CTAT-Signalkomponente an das PTAT-Signal zu koppeln, um an einem Ausgang der Spannungsreferenzschaltung eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die in der ersten Ordnung temperaturunempfindlich ist, und wobei die Spannungsreferenzschaltung nur durch die CTAT-Komponente kalibrierbar ist, und wobei das PTAT-Signal ein PTAT-Strom ist und das CTAT-Signal eine CTAT-Spannung ist und wobei die Ausgangsspannung (V_ref) der Spannungsreferenzschaltung durch Variieren der CTAT-Spannung variiert wird.