DE102020214185A1 - Temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung - Google Patents

Abstract

Das vorliegende Gebrauchsmuster stellt eine temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung dar, umfassend: eine Bandabstandsreferenz-Kernschaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung basierend auf einer externen Stromversorgung; eine erste Temperaturkompensationsschaltung, die an einen ersten Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung angeschlossen ist und zum Erzeugen eines ersten Kompensationsstroms, der jeweils einem ersten Temperaturbereich oder einem zweiten Temperaturbereich entspricht, dient; und eine zweite Temperaturkompensationsschaltung, die an einen zweiten Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung angeschlossen ist und zum Erzeugen eines zweiten Kompensationsstroms, der einem dritten Temperaturbereich entspricht, basierend auf einer Abtastspannung aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung, dient, wobei die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) basierend auf dem ersten Kompensationsstrom und dem zweiten Kompensationsstrom die Referenzspannung ausgibt, die eine durch eine im ersten, zweiten und dritten Temperaturbereich liegende Temperatur erzeugte Spannungsdrift kompensieren kann.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung gehört zu dem Gebiet analoger integrierter Schaltungen und betrifft konkret eine Bandabstandsreferenzschaltung mit Temperaturkompensation hoher Ordnung.
• Stand der Technik
• Eine Bandabstandsreferenzschaltung stellt ein übliches und wichtiges integriertes Schaltungsmodul in der Ausgestaltung analoger integrierter Schaltungen dar und dient zum Erzeugen einer stabilen Spannung als Referenzspannung, die als Bezugsspannung einem anderen Modul bereitgestellt wird. Bei einer integrierten Schaltung wird eine Bezugsspannung mit hoher Ausgabegenauigkeit benötigt, und die Ausgangsspannung soll sich nicht in Abhängigkeit von u.a. der Temperatur und dem Prozess ändern. Daher stellt das Sicherstellen einer hohen Genauigkeit, einer konstanten Größe und einer geringen Temperaturabhängigkeit des Ausgangsspannungswerts einer Bandabstandsreferenzschaltung einen Schwerpunkt in der Ausgestaltung einer Bandabstandsreferenzschaltung dar.
• 1 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung des Aufbaus einer Bandabstandsreferenz-Spannungsquelle im Stand der Technik. Wie sich aus der Abbildung ergibt, wird eine Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten anhand der Differenz zwischen den Emitter-Basis-Spannungen zweier Trioden T1 und T2 ΔUBE (nämlich UBE1-UBE2) und eine Spannung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten anhand von UBE2 über T2 erzeugt, womit eine durch eine Temperaturänderung verursachte Spannungsdrift einer von einem Operationsverstärker OP ausgegebenen Referenzspannung Uref bis zu einem gewissen Grad kompensiert werden kann. 1B zeigt einen Verlauf der Referenzspannung Uref nach einer derartigen Temperaturkompensation. Wie aus der Abbildung zu entnehmen ist, wird die Ausgabe der Referenzspannung Uref nach einer derartigen Temperaturkompensation bei einer niedrigen Temperatur durch die Temperatur stärker beeinflusst. Mit der Erhöhung der Temperatur neigt dann die Ausgabe, stabil zu werden. Nach Erreichen des Hochtemperaturbereichs nimmt die Spannungsstabilität jedoch wieder drastisch ab.
• Offenbarung der Erfindung
• Dem vorliegenden Gebrauchsmuster liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandabstandsreferenzschaltung vorzuschlagen, bei dem die Kompensation in Abhängigkeit von dem Temperaturbereich erfolgt, sodass mit einer derartigen Bandabstandsreferenzschaltung bei allen Temperaturbereichen eine gute und stabile Ausgabe ermöglicht werden kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung, die umfasst: eine Bandabstandsreferenz-Kernschaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung, eine erste Temperaturkompensationsschaltung, die an einen ersten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung angeschlossen ist und zum Erzeugen eines ersten Kompensationsstroms, der jeweils einem ersten Temperaturbereich oder einem zweiten Temperaturbereich entspricht, dient, und eine zweite Temperaturkompensationsschaltung, die an einen zweiten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung angeschlossen ist und zum Erzeugen eines zweiten Kompensationsstroms, der einem dritten Temperaturbereich entspricht, basierend auf einer Abtastspannung aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung, dient, wobei die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung basierend auf dem ersten Kompensationsstrom und dem zweiten Kompensationsstrom die Referenzspannung ausgibt, die eine durch eine im ersten, zweiten und dritten Temperaturbereich liegende Temperatur erzeugte Spannungsdrift kompensieren kann.
• Figurenliste
• Zur besseren Erläuterung der Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung oder der Ausgestaltungen im Stand der Technik werden nachfolgend in den Ausführungsbeispielen verwendete beiliegende Zeichnungen kurz beschrieben, wobei es sich versteht, dass die nachstehenden Zeichnungen lediglich die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen und es für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet möglich ist, ohne erfinderische Tätigkeiten anhand der bereitgestellten Zeichnungen weitere Zeichnungen zu erhalten. Darin zeigen:
• 1A eine beispielhafte schematische Darstellung einer Bandabstandsreferenzschaltung im Stand der Technik,
• 1B einen Verlauf der durch die Bandabstandsreferenzschaltung gemäß 1A ausgegebenen Referenzspannung in Abhängigkeit von der Temperatur,
• 2 eine schematische Darstellung einer Bandabstandsreferenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
• 3 eine schematische Darstellung einer Bandabstandsreferenzschaltung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Ausführungsbeispiele,
• 4A schematisch einen Spannung-Temperatur-Verlauf, bei dem allein die erste Temperaturkompensationsschaltung auf die Referenzspannung einwirkt,
• 4B schematisch einen Strom-Temperatur-Verlauf des Ausgangs der zweiten Temperaturkompensationsschaltung,
• 4C schematisch einen umfassenden Spannung-Temperatur-Verlauf der durch die temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung ausgegebenen Referenzspannung.
• Konkrete Ausführungsformen
• Nachfolgend werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele anhand beiliegender Zeichnungen in den Ausführungsbeispielen der Erfindung vollständig und klar erläutert, wobei es sich versteht, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung dienen, ohne diese einzuschränken. Alle anderen Ausführungsbeispiele, die von Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet anhand der Ausführungsbeispiele der Erfindung ohne erfinderische Tätigkeiten erhalten werden, gehören ebenfalls zu dem Schutzumfang der Erfindung.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bandabstandsreferenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie sich aus der Abbildung ergibt, umfasst die Bandabstandsreferenzschaltung eine Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100, eine erste Temperaturkompensationsschaltung 200 und eine zweite Temperaturkompensationsschaltung 300. Die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 dient zum Erzeugen einer Ausgangs-Referenzspannung Uref basierend auf einer externen Stromversorgung. Hierbei kann die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 anhand irgendeiner bekannten Schaltung im Stand der Technik, beispielsweise der in 1 dargestellten Schaltung in dem vorliegenden Beispiel, verwirklicht werden. Die erste Temperaturkompensationsschaltung 200 kann an einen ersten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 angeschlossen sein und dient zum Erzeugen eines ersten Kompensationsstroms, der jeweils einem ersten Temperaturbereich oder einem zweiten Temperaturbereich entspricht. Die zweite Temperaturkompensationsschaltung 300 ist an einen zweiten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 angeschlossen, empfängt eine Abtastspannung aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 und erzeugt somit einen zweiten Kompensationsstrom, der einem dritten Temperaturbereich entspricht. Bei der aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 empfangenen Abtastspannung handelt es sich um eine gemessene Spannung, die im Zusammenhang mit der Betriebstemperatur der Bandabstandsreferenzschaltung steht. Somit kompensiert die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 basierend auf dem ersten Kompensationsstrom und dem zweiten Kompensationsstrom die Referenzspannung Uref und schaltet den Einfluss einer durch eine innerhalb des ersten, des zweiten und des dritten Temperaturbereichs liegende Temperatur verursachten Spannungsdrift auf die Ausgangs-Referenzspannung Uref aus. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann die erste Temperaturkompensationsschaltung 200 dazu eingerichtet sein, den Einfluss einer Spannungsdrift bei einem Niedertemperaturbereich von ungefähr -40°C bis 20°C bzw. einem Hochtemperaturbereich von ungefähr 90°C bis 150°C auf die Referenzspannung Uref auszuschalten, während die zweite Temperaturkompensationsschaltung 300 dazu eingerichtet sein kann, den Einfluss einer Spannungsdrift bei einem normalen Betriebstemperaturbereich von ungefähr 20°C bis 90°C auf die Referenzspannung Uref auszuschalten.
• 3 zeigt die Konfiguration einer konkreten beispielhaften Schaltung für die Bandabstandsreferenzschaltung als ein Beispiel. Wie sich aus der Abbildung ergibt, umfasst die Bandabstandsreferenzschaltung eine Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100, eine erste Temperaturkompensationsschaltung 200 und eine zweite Temperaturkompensationsschaltung 300. Die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 umfasst einen Operationsverstärker OP, wobei der erste Eingang des Operationsverstärkers OP, nämlich der negative Eingang, über einen Widerstand R1 mit einer externen Stromversorgung verbunden ist und der zweite Eingang, nämlich der positive Eingang, über einen Widerstand R2 mit der externen Stromversorgung verbunden ist. Das Ausgangsende des Operationsverstärkers OP stellt eine Ausgangs-Bezugsspannung Uref bereit. Die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 umfasst ferner eine primäre Temperaturkompensationsschaltung, die Trioden T1 und T2, deren Basis-Emitter-Spannung sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, sowie Widerstände R3, R4, R5 und R6 umfasst, wie aus der Abbildung zu entnehmen ist. Wie sich aus der Abbildung ergibt, ist konkret der Kollektor der Triode T1 an den ersten Eingang des Verstärkers OP angeschlossen und ferner über den Widerstand R1 mit der externen Stromversorgung verbunden, um Strom einzuspeisen. Der Emitter der Triode T1 ist über einen Widerstand R3 und einen Widerstand R4, die in Reihe geschaltet sind, geerdet. Der Kollektor der Triode T2 ist an den zweiten Eingang des Verstärkers OP angeschlossen und der Emitter ist an einen Knoten N1 zwischen dem Widerstand R3 und dem Widerstand R4 angeschlossen. In dem vorliegenden Beispiel ist die Bezugsspannung Uref über einen Widerstand R5 und einen Widerstand R6, die in Reihe geschaltet sind, geerdet und die Basis von sowohl der Triode T1 als auch der Triode T2 ist an einen Knoten N2 zwischen dem Widerstand R5 und dem Widerstand R6 angeschlossen. Somit kann die durch die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 ausgegebene Bezugsspannung Uref wie folgt ermittelt werden: $${\text{U}}_{\text{ref}}=\left[{\text{U}}_{\text{BE2}}+\Delta {\text{U}}_{\text{BE}}\ast \left({\text{R}}_{\text{4}}{\text{/R}}_{\text{3}}\right)\right]\ast \left(1+{\text{R}}_{\text{5}}{\text{/R}}_{\text{6}}\right).$$

  
• Darin steht U_BE2 für die Basis-Emitter-Spannung in der Triode T2 und ΔU_BE für die Spannungsdifferenz zwischen der Basis-Emitter-Spannung U_BE1 in der Triode T1 und der Basis-Emitter-Spannung U_BE2 in der Triode T2. Wie oben aufgeführt, handelt es sich bei Δ U_BE um eine Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, die also mit der Erhöhung der Temperatur zunimmt und mit der Senkung der Temperatur abnimmt. Bei UBE2 handelt es sich hingegen um eine Spannung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, die mit der Erhöhung der Temperatur abnimmt und mit der Senkung der Temperatur zunimmt. Mittels einer derartigen primären Temperaturkompensationsschaltung kann die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 innerhalb des ganzen Temperaturbereichs den Einfluss einer Temperaturänderung auf die Bezugsspannung Uref vorläufig kompensieren. 1B zeigt schematisch den charakteristischen Spannung-Temperatur-Verlauf der Bezugsspannung Uref bei alleinigem Vorhandensein der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100. Wie aus 1B zu entnehmen ist, unterliegt die Bezugsspannung bei dem Niedertemperaturbereich und dem Hochtemperaturbereich immer noch einem großen Einfluss durch die Temperatur.
• Bei dem vorliegenden Beispiel wird unter Verwendung der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 der Nachteil unzureichender Kompensation durch die primäre Temperaturkompensationsschaltung in der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 bei niedriger Temperatur und hoher Temperatur kompensiert. Wie sich aus der Abbildung ergibt, umfasst die erste Temperaturkompensationsschaltung 200 einen MOS-Transistor M1, einen MOS-Transistor M2 und eine Triode T3. Die Basis der dritten Triode T3 ist mit dem Kollektor verbunden und empfängt über den Widerstand R8 einen Bezugsstrom Ib, sodass an den Knoten THNH und TKN an zwei Enden des Widerstands R8 jeweils die Spannungen V_TKNH bzw. V_TKN erzeugt werden. Der Emitter der Triode T3 ist geerdet. Das Gate des MOS-Transistors M2 ist zwischen dem Widerstand R9 und dem Widerstand R7 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstands R9 empfängt den Bezugsstrom Ib, während das andere Ende des Widerstands R7 geerdet ist. Somit durchströmt der Bezugsstrom Ib die Widerstände R9 und R7 und erzeugt einen Spannungsabfall V_TKPH bzw. V_TKP an den Knoten TKPH bzw. TKP an zwei Enden des Widerstands R9. Die Source des MOS-Transistors M2 ist mit der Source des MOS-Transistors M1 verbunden und dient zum Empfangen eines gemessenen Stroms IPAT1, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, während der Drain geerdet ist. In dem vorliegenden Beispiel kann es sich bei dem MOS-Transistor M1 und dem MOS-Transistor M2 jeweils um einen PMOS-Transistor und bei dem gemessenen Strom IPAT1 um einen durch die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 erzeugten PTAT-Strom, der im proportionalen Verhältnis zu der absoluten Temperatur steht, handeln.
• Das Gate des MOS-Transistors M1 ist an die Basis und den Kollektor der Triode T3 angeschlossen und die Source empfängt einen gemessenen Strom IPTAT1, während der Drain an den Knoten N2 der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 angeschlossen ist und zum Versorgen der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 mit einem Temperaturkompensationsstrom Icomp2 dient, bei welchem Strom Icomp2 es sich um einen PTAT-Strom handelt, der also mit der Erhöhung der Temperatur zunimmt und mit der Senkung der Temperatur abnimmt. Der Strom Icomp2 kann wie folgt angegeben werden: $$I_{COMP2}=\left[\text{IPAT}1-\left(U_{BE3}-Ib\ast R_7\right)\ast Gm\right]/2$$

  
• Dabei steht U_BE3 für die Basis-Emitter-Spannung der Triode T3, die einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und also in umgekehrt proportionalem Verhältnis zu der Temperatur steht, und Gm für die Transkonduktanz zwischen den MOS-Transistoren M1 und M2. Der Strom Icomp2 wird in die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 eingespeist, womit eine weitere Kompensation einer Temperaturdrift bei dem Nieder- und dem Hochtemperaturbereich ermöglicht wird. Wie sich aus der folgenden Formel ergibt, kann die allein unter Einwirkung der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 kompensierte Bezugsspannung Uref wie folgt angegeben werden: $$\text{Uref}=\left[U_{BE2}+\Delta U_{BE}\ast \left(\frac{\text{R4}}{\text{R3}}\right)+I_{comp2}\ast \text{R}4\right]\ast \left(1+\frac{\text{R5}}{\text{R6}}\right)$$

  
• Bei einem Niedertemperaturbereich beispielsweise von -40°C bis 20°C ist die Spannung V_TKP an dem Knoten TKP geringer als die Spannung V_TKN an dem Knoten TKN, sodass M2 zugeschaltet und M1 abgeschaltet wird, weshalb an dem Drain von M1 nahezu kein Strom erzeugt wird und also Icomp2 annähernd bei null liegt. Somit kann eine Referenzspannung Uref mit einem Temperaturkoeffizienten von null ausgegeben werden, um eine Kompensation bei niedriger Temperatur zu ermöglichen. Bei einem Hochtemperaturbereich beispielsweise von 90°C bis 150°C ist die Spannung an dem Knoten TKP höher als die Spannung an dem Knoten TKN, sodass M1 zugeschaltet und M2 abgeschaltet wird, weshalb der Strom IPAT1 nahezu sämtlich den Drain von M1 durchströmt, womit ein Kompensationsstrom Icomp2 erzeugt wird. Nun liegt Icomp2 nahe an IPAT1. Unter gemeinsamer Einwirkung von U_BE2, ΔU_BE und Icomp2 bei einer hohen Temperatur kann immer noch eine Referenzspannung Uref mit einem Temperaturkoeffizienten von null ausgegeben werden, um eine Kompensation bei hoher Temperatur zu ermöglichen. 4A zeigt einen Verlauf der kompensierten Bezugsspannung Uref, die unter alleiniger Einwirkung der ersten Kompensationsschaltung 200 durch die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 verwirklicht werden kann, in Abhängigkeit von der Temperatur (T). Wie aus 4A zu entnehmen ist, wird unter Einwirkung der ersten Kompensationsschaltung 200 sowohl bei dem Niedertemperaturbereich als auch bei dem Hochtemperaturbereich eine nahezu gleiche Kompensationswirkung verwirklicht. Bei einer mittleren Temperaturzone, nämlich bei einer normalen Betriebstemperatur beispielsweise von ungefähr 20°C bis 90°C, sinkt die Temperaturkompensationsfähigkeit etwas. Bei dem vorliegenden Beispiel wird daher über die zweite Temperaturkompensationsschaltung 300 eine Spannungsdrift bei der mittleren Temperaturzone kompensiert. Bei der zweiten Temperaturkompensationsschaltung 300 handelt es sich eigentlich um eine Temperaturfilterschaltung des Stroms, die also bei hoher Temperatur und niedriger Temperatur einen Strom von 0 ausgibt, wobei also Icomp3 bei null liegt und die Referenzspannung Uref nicht beeinflusst wird, während bei der mittleren Temperaturzone ein Kompensationsstrom Icomp3 ausgegeben und somit die Temperaturkompensationswirkung bei dem normalen Betriebsbereich verbessert wird.
• Wie sich aus 3 ergibt, umfasst die zweite Temperaturkompensationsschaltung 300 zwei Stufen von MOS-Transistorpaaren, nämlich ein erstes MOS-Transistorpaar M3-M4 und ein zweites MOS-Transistorpaar M5-M6. In dem vorliegenden Beispiel kann es sich sowohl bei den MOS-Transistoren M3-M4 als auch bei den MOS-Transistoren M5-M6 jeweils um einen PMOS-Transistor handeln. Das MOS-Transistorpaar der ersten Stufe M3-M4 wird jeweils durch die Abtastspannung V_TKPH bzw. V_TKNH an dem Knoten TKPH bzw. TKNH der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 vorgespannt, während das MOS-Transistorpaar der zweiten Stufe M5-M6 jeweils durch die Abtastspannung V_TKP bzw. V_TKN an dem Knoten TKP bzw. TKN der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 vorgespannt wird. Es versteht sich, dass aufgrund der Widerstände R8 und R9 die Abtastspannung V_TKPH bzw. V_TKNH jeweils, in der Regel ungefähr 700 mV, höher als die Abtastspannung V_TKN bzw. V_TKP an dem Knoten TKP bzw. TKN ist. Wie aus der Abbildung zu entnehmen ist, ist konkret die Source des MOS-Transistors M3 und des MOS-Transistors M4 in dem ersten MOS-Transistorpaar miteinander verbunden und empfängt einen gemessenen Strom IPAT2, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Das Gate des MOS-Transistors M3 empfängt eine aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung 200 stammenden Abtastspannung V_TKPH. Des Weiteren ist der Drain des MOS-Transistors M3 geerdet. Das Gate des MOS-Transistors M4 empfängt eine Abtastspannung V_TKNH an dem Knoten TKNH in der Kompensationsschaltung 200. Die Source des MOS-Transistors M5 und des MOS-Transistors M6 in dem MOS-Transistorpaar M5-M6 ist an den Drain des MOS-Transistors M4 angeschlossen. Das Gate des MOS-Transistors M5 empfängt eine Spannung V_TKP an dem Knoten TKP in der Kompensationsschaltung 200 und der Drain gibt einen Temperaturkompensationsstrom Icomp3 aus. Das Gate des MOS-Transistors M6 empfängt eine Abtastspannung V_TKN an dem Knoten TKN in der Kompensationsschaltung 200 und der Drain ist geerdet. In einem Beispiel der Erfindung kann es sich bei dem gemessenen Strom IPAT2 um einen durch die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100 erzeugten PTAT-Strom, der im proportionalen Verhältnis zu der absoluten Temperatur steht, handeln. Der Strom IPAT2 kann dem durch die Temperaturkompensationsschaltung 200 verwendeten Strom IPAT1 gleichen oder nicht gleichen.
• Wenn die Temperatur in dem Niedertemperaturbereich beispielsweise von - 40°C bis 20°C liegt, ist bei der Temperaturkompensationsschaltung 300 die Abtastspannung an TKN höher als die Abtastspannung an TKP. Gleichzeitig ist die Abtastspannung an TKNH höher als die Abtastspannung an TKPH, sodass der MOS-Transistor M3 zugeschaltet und somit der Strom IPAT2 gegen Masse kurzgeschlossen ist, weshalb kein Strom an dem Drain von M5 erzeugt wird und also nun I_comp3 annähernd bei 0 liegt. Wenn die Temperatur in dem Hochtemperaturbereich beispielsweise von 90°C bis 150°C liegt, ist die Abtastspannung V_TKN an TKN niedriger als die Abtastspannung V_TKP an TKP. Gleichzeitig ist die Abtastspannung V_TKNH an TKNH niedriger als die Abtastspannung V_TKPH an TKPH, sodass der MOS-Transistor M6 zugeschaltet und somit auch bei aus M4 ausströmendem Strom IPAT2 dieser durch M6 gegen Masse kurzgeschlossen ist, weshalb kein Strom an dem Drain von M5 erzeugt wird und also nun I_comp3 annähernd bei 0 liegt. Nur bei einem mittleren Temperaturbereich ungefähr von 20°C bis 90°C werden M4 und M5 durch einen Strom ungleich Null durchströmt, der als Temperaturkompensationsstrom I_comp3 ausgegeben wird. Der Kompensationsstrom I_comp3 kann anhand der folgenden Formel ermittelt werden: $$I_{COMP3}=\left\{\left[\text{IPAT}2-\left(U_{BE3}-Ib\ast R_7\right)\ast G{m}_3\right]\text{/}2-\left(Ib\ast R_7-U_{BE3}\right)\ast {\text{Gm}}_5\right\}\text{/}2$$

  
• Darin steht Gm₃ für die Transkonduktanz zwischen den MOS-Transistoren M3 und M4 und Gm₅ für die Transkonduktanz zwischen den MOS-Transistoren M5 und M6.
• 4B zeigt einen Verlauf des durch die Temperaturkompensationsschaltung 300 erzeugten Kompensationsstroms I_comp3 in Abhängigkeit von der Temperatur (T). Der Kompensationsstrom I_comp3 wird in den Knoten N2 der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung 100, nämlich zwischen den Widerständen R5 und R6, eingespeist, womit der Spannungsabfall an dem Widerstand R6 erhöht und somit eine Driftkompensation von Uref bei dem mittleren Temperaturbereich ermöglicht wird. Die folgende Formel 5 gibt die Bezugsspannung Uref an, die durch die Temperaturkompensationsschaltung 200 und die Temperaturkompensationsschaltung 300 kompensiert wurde: $$\text{Uref}=\left[U_{BE2}+\Delta U_{BE}\ast \left(\frac{\text{R4}}{\text{R3}}\right)+I_{comp2}\ast \text{R}4+I_{comp3}\ast R_6\right]\ast \left(1+\frac{\text{R5}}{\text{R6}}\right)$$

  
• 4C zeigt einen Verlauf der Bezugsspannung Uref, die sich aus einer gemeinsamen Einwirkung der jeweils durch die Temperaturkompensationsschaltung 200 bzw. die Temperaturkompensationsschaltung 300 ausgegebenen Kompensationsströme I_comp2 und I_comp3 ergibt. Gegenüber der 4B ist ersichtlich, dass innerhalb des Nieder- und des Hochtemperaturbereichs bei der temperaturkompensierten Bandabstandsreferenzschaltung die durch die Temperaturkompensationsschaltung 200 erzeugte Kompensationswirkung beibehalten und gleichzeitig mittels der Temperaturkompensationsschaltung 300 die nicht ideale Kompensationswirkung der Temperaturkompensationsschaltung 200 bei dem mittleren Temperaturbereich verbessert wird. Somit kann die erfindungsgemäße temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung innerhalb des ganzen Temperaturbereichs eine stabile Referenzspannung Uref mit einer geringeren Temperaturdrift erzielen.
• Bisher wurde die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen und der bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich dargestellt und beschrieben, wobei jedoch die Erfindung keineswegs auf die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt wird und es sich für Fachleute auf diesem Gebiet versteht, dass durch Kombination der Codeüberprüfungsmethoden in verschiedenen vorstehenden Ausführungsbeispielen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung erhalten werden können, welche Ausführungsbeispiele ebenfalls von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sind.

Claims (9)

1. Temperaturkompensierte Bandabstandsreferenzschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) zum Erzeugen einer Referenzspannung, eine erste Temperaturkompensationsschaltung (200), die an einen ersten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung angeschlossen ist und zum Erzeugen eines ersten Kompensationsstroms, der jeweils einem ersten Temperaturbereich oder einem zweiten Temperaturbereich entspricht, dient, eine zweite Temperaturkompensationsschaltung (300), die an einen zweiten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) angeschlossen ist und zum Erzeugen eines zweiten Kompensationsstroms, der einem dritten Temperaturbereich entspricht, basierend auf einer Abtastspannung aus der ersten Temperaturkompensationsschaltung (200), dient, wobei die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) basierend auf dem ersten Kompensationsstrom und dem zweiten Kompensationsstrom die Referenzspannung ausgibt, die eine durch eine im ersten, zweiten und dritten Temperaturbereich liegende Temperatur erzeugte Spannungsdrift kompensieren kann.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten Temperaturbereich um eine Niedertemperaturzone von ungefähr -40°C bis 20°C, bei dem zweiten Temperaturbereich um eine Hochtemperaturzone von ungefähr 90°C bis 150°C und bei dem dritten Temperaturbereich um eine Temperaturzone für normalen Betrieb von ungefähr 20°C bis 90°C handelt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Temperaturkompensationsschaltung einen Bezugsstrom und einen im proportionalen Verhältnis zu der absoluten Temperatur stehenden ersten Strom empfängt, um die Abtastspannung für die erste Temperaturkompensationsschaltung (200) zu erzeugen, wobei die zweite Temperaturkompensationsschaltung einen im proportionalen Verhältnis zu der absoluten Temperatur stehenden zweiten Strom und die Abtastspannung empfängt und unter Steuerung der Abtastspannung den zweiten Kompensationsstrom basierend auf dem zweiten Strom erzeugt.
4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) den ersten Strom und den zweiten Strom erzeugt.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) umfasst: einen Operationsverstärker, der einen über einen ersten Widerstand (R1) mit einer Stromversorgung verbundenen ersten Eingang, einen über einen zweiten Widerstand (R2) mit der Stromversorgung verbundenen zweiten Eingang und einen über einen dritten Widerstand (R5) und einen vierten Widerstand (R6), die in Reihe geschaltet sind, geerdeten Ausgang zum Ausgeben der Referenzspannung aufweist; eine erste Triode (T1), deren Kollektor an den ersten Eingang angeschlossen ist und deren Emitter über einen fünften Widerstand (R3) und einen sechsten Widerstand (R4), die in Reihe geschaltet sind, geerdet ist; eine zweite Triode (T2), deren Kollektor an den zweiten Eingang angeschlossen ist und deren Emitter an einen ersten Knoten zwischen dem fünften Widerstand und dem sechsten Widerstand angeschlossen ist, wobei es sich beim ersten Knoten um den ersten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (100) handelt; wobei die Basen der ersten Triode und der zweiten Triode an einen zweiten Knoten zwischen dem dritten und dem vierten Widerstand angeschlossen ist, wobei es sich beim zweiten Knoten um den zweiten Kompensations-Eingang der Bandabstandsreferenz-Kernschaltung (2) handelt.
6. Schaltung nach Anspruch 5, wobei die durch die erste Temperaturkompensationsschaltung erzeugte Abtastspannung umfasst: eine erste Abtastspannung (V_TKNH), eine zweite Abtastspannung (V_TKN), eine dritte Abtastspannung (V_TKPH) und eine vierte Abtastspannung (V_TKP), die anhand des Bezugsstroms erzeugt werden, wobei der Unterschied zwischen der ersten Abtastspannung und der zweiten Abtastspannung eine durch einen siebten Widerstand (R8) bestimmte Spannungsdifferenz beträgt, und der Unterschied zwischen der dritten Abtastspannung und der vierten Abtastspannung eine durch einen achten Widerstand (R9) bestimmte Spannungsdifferenz beträgt; wobei die erste Temperaturkompensationsschaltung basierend auf der zweiten und vierten Abtastspannung den ersten Temperaturkompensationsstrom erzeugt; und wobei die zweite Temperaturkompensationsschaltung basierend auf der ersten, zweiten, dritten und vierten Abtastspannung den zweiten Temperaturkompensationsstrom erzeugt.
7. Schaltung nach Anspruch 6, wobei die erste Temperaturkompensationsschaltung umfasst: einen ersten MOS-Transistor (M1), einen zweiten MOS-Transistor (M2) und eine dritte Triode (T3), wobei das Gate des ersten MOS-Transistors an die Basis und den Kollektor der dritten Triode angeschlossen ist, die Source den ersten Strom empfängt, und der Drain zum Ausgeben des ersten Temperaturkompensationsstroms dient; das Gate des zweiten MOS-Transistors zwischen dem einen Ende des achten Widerstands (R9) und dem einen Ende eines neunten Widerstands (R7) angeschlossen ist, wobei das andere Ende des achten Widerstands (R9) den Bezugsstrom empfängt und das andere Ende des neunten Widerstands geerdet ist, wobei die dritte und die vierte Abtastspannung jeweils den Spannungen an zwei Enden des achten Widerstands entsprechen, wobei die Source des zweiten MOS-Transistors mit der Source des ersten MOS-Transistors verbunden und der Drain geerdet ist; die Basis der dritten Triode mit dem Kollektor verbunden ist und über den siebten Widerstand (R8) den Bezugsstrom empfängt, wobei die erste und die zweite Abtastspannung jeweils den Spannungen an zwei Enden des siebten Widerstands entsprechen, und wobei der Emitter der dritten Triode geerdet ist.
8. Schaltung nach Anspruch 7, wobei die zweite Temperaturkompensationsschaltung umfasst: ein erstes MOS-Transistorpaar, wobei die Sourcen eines dritten MOS-Transistors (M3) und eines vierten MOS-Transistors (M4) in dem ersten MOS-Transistorpaar miteinander verbunden sind und zum Empfangen des zweiten Stroms dienen, wobei das Gate des dritten MOS-Transistors die dritte Abtastspannung empfängt und der Drain geerdet ist; wobei das Gate des vierten MOS-Transistors (M4) die erste Abtastspannung empfängt; die Sourcen eines fünften MOS-Transistors (M5) und eines sechsten MOS-Transistors (M6) in einem zweiten MOS-Transistorpaar an den Drain des vierten MOS-Transistors (M4) angeschlossen sind, wobei das Gate des fünften MOS-Transistors die vierte Abtastspannung empfängt und der Drain den zweiten Temperaturkompensationsstrom ausgibt; wobei das Gate des sechsten MOS-Transistors die zweite Abtastspannung empfängt und der Drain geerdet ist.
9. Schaltung nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem ersten MOS-Transistorpaar und dem zweiten MOS-Transistorpaar um PMOS-Transistoren handelt.

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