TW201126302A - Circuits and methods to produce a VPTAT and/or a bandgap voltage with low-glitch preconditioning - Google Patents

Description

201126302 六、發明說明： 【優先權聲明】 本申請案主張以下美國專利申請案的優先權： 由Steven G. Herbst在2009年10月8日申請的標題爲 CIRCUITS AND METHODS TO PRODUCE A VPTAT AND/OR A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-GLITCH PRECONDITIONING (代理申請案編號 ELAN-01242US0 ) 的美國臨時專利申請第61/249,948號；以及 由Steven G. Herbst在2010年8月23日申請的標題爲 CIRCUITS AND METHODS TO PRODUCE A VPTAT AND/OR A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-GLITCH PRECONDITIONING (代理申請案編號 ELAN-01242US 1 ) 的美國非臨時專利申請第12/861,538號，通過引用的方式 將這兩件專利申請結合於此。 【發明所屬之技術領域】 本發明諸實施例一般關於産生與絕對溫度成比例的電 壓（VPTAT)和/或帶隙電壓輸出（VGO)的電路及方法。 【先前技術】 與絕對溫度成比例的電壓（VPTAT )可被用在例如溫 度感測器中，以及帶隙電壓參考電路中。舉例來說，帶隙 電壓參考電路可被用來向工作於溫度波動的環境中的電路 提供基本上恒定的參考電壓。通常，帶隙電壓參考電路將 4 201126302 與絕對溫度互補的電麼「 ( VPTAT) i ( AT)和與絕對溫度成比例的 "( )相加來產生帶隙參考輸出電壓（vg〇)。 VCTAT通常是簡單的二極體電屬’也被稱作基極.至-射極 %辽降、正向電壓降、基極-射極電壓或者簡稱爲VBE。這 樣的二極體電壓通常是由二極體接法的電晶體（也就是將 基極和集極連接在—起的BjrT電晶體）提供。MAT可從 -個或者更多的VBE中得到，其中^彻是具有不同射極 面積和/或電流、從而工作於不同電流密度的BJT電晶體的 VBE之間的差。然而，由於電晶體—般以隨機方式老 化，因此VPTAT (以及VCTAT)將隨時間趨於漂移，這將 對依賴於VPTAT的精確性（和在帶隙㈣參考電路的情况 下的VCTAT的精確性）的溫度感測器和/或帶隙電壓參考 電路造成不利影響。理想的是减少這樣的漂移。另外， VPTAT年口帶隙電壓參考電路產生雜訊，其主要分量爲^ 雜訊（有時被稱作爲閃爍雜訊），其與基極電流有關。理 想的是减少Ι/f雜訊。 【發明内容】 這裏提供了用來產生與絕對溫度成比例的電壓 (VPTAT)和/或具有低1/f雜訊的帶隙電壓輸出（vg〇) 的電路及方法。電路包括由X個電晶體構成的一組電晶體。 通過向第一基極-射極電壓支路内的各個電晶體的電流路徑 (集極和射極之間）提供第一量的電流，該電路的第一基 極-射極電壓支路被用來産生第一基極-射極電壓（Vbei)。 201126302 通過向第二基極-射極電壓支路内的各個電晶體的電流路徑 (集極和射極之間）提供第二量的電流，該電路的第二基 極-射極電壓支路被用來産生第二基極_射極電壓（VBE2)。 在一些實施例中，X個電晶體中的N個被連接至第二基極_ 射極電壓支路，以使它們的電流通過倍數N與連接在第一 基極-射極電壓支路中的電晶體中的電流相關。該電路還可 包括第一電流預調節支路和/或第二電流預調節支路。第一 電流預調節支路被配置爲向第一電流預調節支路内的各個 電晶體提供基本上與第一量的電流相等的電流。第二電流 預調節支路被配置爲向第二電流預調節支路内的各個電晶 體提供基本上與第二量的電流相等的電流。νρτΑτ可基於 VBE1和VBE2來産生，例如，通過確定VBE1和vbe2之 間的差來産生。控制器可控制該電路中的開關，以隨時間 選擇性地改變X個電晶體中的哪些處於第一基極射極電壓 支路、第一基極-射極電壓支路 '第一電流預調節支路和第 二電流預調節支路中。 此外，利用X個電晶體中的至少一個，另一電路部分 (例如，CTAT支路）可被用來産生與絕對溫度互補的電壓 ( T)利用VPTAT和VCTAT，例如，將它們相加， 來得到帶隙參考電壓輸出（)。所述控制器還能控制 開關來隨時間改變哪個/哪些電晶體被用來産生ΜΑΤ。而 且利用第一和/或第二電流預調節支路，哪個/哪些電晶體 被切入CTAT支路和從CTAT支路切出是可以適當地被預調 節的。 6 201126302 如果利用開關使得電晶體從正處於第一基極-射極電壓 支路（或者CTAT”支路）中突然被轉移至第二基極射極 \ ^支路中那麼&供給該電晶體的電流路徑的電流將突 然减少（例如，减少N倍），這將導致發生對νρΤΑτ*/ 或VGO的精確性産生不利影響的突波。另外，如果利用開 關使知電晶體從正處於第二基極-射極電壓支路中突然被改 變爲處於第一基極-射極電壓支路（或者“CTAT”支路） 中，那麼提供給該電晶體的電流路徑的電流將立即増加（例 如，増加N倍），這也可導致發生對νρτΑΤ和/或VG〇的 精確性産生不利影響的突波。爲了大大地减少這樣的突波 和這類突波的影響，當電晶體被從一個支路切出和被切入 另一支路從而提供給該電晶體的電流路徑的電流會增加或 者减少（例如，變化N倍）時，電流預調節支路被用來對 該電晶S體進行預調節。 根據以下提出的詳細描述、附圖以及申請專利範圍， 本發明的實施例的進一步的和替代性的實施例，以及特 性、特徵和優點將會變得更顯而易見。 【實施方式】 圖1例示示例性的習知包含N+1個電晶體的帶隙電壓 參考電路100,包括在該電路的一個支路上並聯連接的二極 體接法電晶體Q1至QN(這被稱爲“N”支路，因爲它包括 N個電晶體）、另一二極體接法電晶體QN+1、差動輸入放 大器120 (例如運算放大器）、一對電阻器r 1以及電阻器 201126302 R2。在這種配置中，電晶體qN+1被用來産生vctat，電 曰曰體Q1至QN連同電晶體qn+1被用來産生vpTAT。在該 貫施例中，QN+1可被認爲是在“ 1 ”支路和“ ctat”支路 兩者中，其術語將參照圖3進一步解釋。更具體地來講， VCTAT爲電晶體QN+1的基極-射極電壓（VBE)的函數， VPTAT爲AVBE的函數，ΛνΒΕ爲電晶體QN+ i的基極_ 射極電壓和並聯連接的電晶體Q1至qN的基極_射極電壓之 間的差的函數。在這裏’帶隙電壓輸出（VGO )表示如下： VGO= VBE+ ( R1/R2) *Vt*ln ( N)。如果 VBE〜（約等 於）0.7V，且（Ri/R2) *vt*ln ( n)〜0.5V，那麽 vG0 〜 1.2V。在圖1的配置中，由於電晶體QN +丨的老化情况與 電晶體Q1至QN中的至少一些不同，所以帶隙電壓輸出 (VGO )將隨著時間漂移，這將是不合需要的。 圖2A例示另一示例性的習知帶隙電壓參考電路 200A，包括並聯連接的電晶體qi至qN(在“N”支路中）、 另一電晶體QN+1 (在“1”支路中）、差動輸入放大器 120、電阻器IU、電阻器R2、二極體接法電晶體QN + 2 (在 ‘‘ CTAT”支路中）以及電流槽I。在這種配置中，電晶體 QN + 2被用來産生VCTAT，而電晶體Q1至QN + 1被用來 産生VPTAT。在該配置中，如果電晶體QN + 2的老化情况 與電晶體Q1至QN+1中的至少一些電晶體不同，那麼 VCTAT相對於VPTAT就會漂移，從而導致發生不合需要的 VGO的漂移。同樣，如果電晶體QN + 1的老化情况與電晶 體Q1至QN中的至少一些不同，那麼VPTAT就會漂移， 201126302 從而導致不合需要的VGO的漂移。 圖2B例示示例性的用來産生VPTAT的習知電路 200B，包括並聯連接的電晶體Q 1至qn(在‘‘ N”支路中）、 另一電晶體QN + 1 (在“ 1”支路中）、差動輸入放大器 120、電阻器Rl、R2和R3、以及電流槽I。在該配置中， 如果電晶體QN + 1的老化情况與電晶體q 1至qN中的至少 一些不同，那麼將發生不合需要的VPTAT的漂移。將圖2B 和圖2A進行比較，發現除了在圖2B中用電阻器R3代替了 電晶體QN + 2外，圖2B與圖2A相同。由於在圖2B中不 會産生VCTAT，所以沒有“ CTAT”支路。 在圖1中’被連接至電阻器R1的上端的差動輸入放大 器120的輸出通過反饋回路調節，直到放大器12〇的非反 相（+ )輸入和反相輸入（-)相等。這將兩個R1電阻器兩 端的電壓設置成相等，從而在兩條支路上建立了相等的電 流，確立了如上所述的△ VBE。在圖2A和圖2B中，放大 器120的作用是爲了在“N”和“丨，’電晶體的集極上建立 相同的電位。這樣就在電阻器R2兩端建立了 avbe，使得 電流△ VBE/R2流過電阻器R1。在圖2A的情形中，這設定 了 VGO = VCTAT+ △ VBE+R1/R2* △ VBE = VCTAT + △ VBE* U + IU/R2)。注意 ΛνΒΕ. pTAT 電壓。類似地， 在圖 2B 中，VPTAT=AVBE* ( 1+ (R1 + R3) /R2)。 圖3例示另一示例性的習知帶隙電壓參考電路3㈧，包 括並聯連接的電晶體Q1至QN (在“ Ν” ± . 又吟甲）、電晶體 QNH (在“厂’支路中），以及另一電晶體QN+2(在 201126302 CTAT”支路中）。在該配置中，電晶體qn+2被用來産 生VCTAT ’電晶體Q1至QN連同電晶體QN+ ][一起被用 來產生VPTAT。更具體地講，VCTAT是電晶體QN+2的基 極射極電壓（VBE )的函數，vpTAT是△ VBE的函數，△ VBE爲電晶體QN+1的基極_射極電壓和並聯連接的電晶 體Q1至QN的基極·射極電壓之間的差的函數。 在圖1中，放大器120向“ N”和“ ！，，支路提供電流。 結果，放大器拓撲應該具有緩衝輸出級。這將引入放大器 偏移，因而增大了在帶隙輸出（VG〇)看到的偏移。然而， 消除對緩衝器的需求是可能的。放大器丨2〇相反可被用來 控制PMOS電晶體的閘極，PM〇s電晶體具有很高的輸入阻 抗，幾乎不從放大器120吸取DC電流。如圖3中所示，正 是這些PMOS電晶體’而不是放大器12〇向“N” 、 “ i” 和“CTAT”支路提供電流。由於PM〇s電晶體的閘極被連 接在一起’且它們的源極端都被連接至正電壓線，因此這 些電晶體的源極-至-閘極電壓是相等的。結果，“N” 、” 和 CTAT 支路工作於相同的電流Iptat。由於負反饋，放 大器120調整共同的PMOS閘電壓直到放大器12〇的非反 相端（+ )和反相端（-)的電位相等。該情形在Ipat*R2 + (VBE-△ VBE) = VBE時會發生，其中VBE對應於單個Npn電晶體 的基極-至-射極電壓。因而，Iptat=Z\VBE/R2。

在這裏’帶隙電壓輸出（VGO)表達如下：vg〇=VBE + Rl/R2*Vt*ln(N)。如果 VBE〜0.7V，且 Rl/R2*Vt*ln(N)〜 0_5V’那麼VGO〜1.2V。在圖3的配置中，由於電晶體qn 10 201126302 + 1和QN + 2的老化情况彼此不同，並且與至少電晶體Q 1 至QN中的一些電晶體不同’所以帶隙電壓輸出（VGO )會 隨時間漂移，這將是不合需要的。 圖1 -3被用來示例說明一些示例性的習知帶隙電壓參 考電路和VPTAT電路的不足之處。如上所述，這樣的不足 疋由電路中的各個電晶體的不同老化情况導致的，這會導 致VPTAT、VCTAT和/和VGO隨時間發生不合需要的漂 移下面的圖4A-9B，在相關的共同所有的標題爲‘‘ Circuits

Methods to Produce a VPTAT and/or a Bandgap Voltage”的美國專利申請第12/U1，796號中有所介紹示 例說明以上描述電路的各種方式的缺陷可被克服。在其他 的帶隙電壓參考電路和vpTAT中存在相同的缺陷。因此， 儘管使用下面要討論的多個附圖來闡明如何克服以上描述 、、Po仁疋本領域的普通技術人員從本文的描述中會理 解以下描述的實施例的概念如何能應用到其它替代的帶隙 電壓參考電路和替代的VPTAT電路中。 圖4A例示帶隙電壓參考電路4〇〇A，其爲以上參照圖i 輻述的電路100的變形。帶隙電壓參考電路4〇〇a包括N + 固電晶體（也就是電晶㈣丨至料丨）、差動輸入放大 益120、—對電阻器R1、以及電阻器R2。帶隙電壓參考電 2 4〇〇A還包括開關s丨至SN +丨，每個開關都被示爲雙刀 開關。可採用一對單刀單擲開關代替雙刀雙擲開關’ 疋這樣的一對將仍被稱爲開關。例如，可利用CMOS電 晶體來實現這些開關。 201126302 將圖4A與圖1進行比較可見，圖4A中的電晶體Q4 由開關S4連接’以使其以與圖1中所示的電晶體qn + 1 連接方式相同，並且圖4A中餘下的電晶體都由它們各自的 開關以與圖1中所示的電晶體Q1至QN相同的連接方式被 連接。換句話說，在圖4A中，電晶體Q4被連接爲獨立的 ‘1’’二極體接法電晶體（在“1”支路和“CTAT”支路 中）’餘下的N個電晶體被連接爲並聯的二極體接法電晶 體（在“N”支路中）。 在一貫施例中’開關由控制器402控制以使被連接爲 獨立的二極體接法電晶體的“丨”電晶體隨時間改變（例 如，以一種循環或者隨機的方式），這還意味著多個並聯 的二極體接法電晶體隨時間改變（例如，以一種循環或者 隨機的方式）。換言之，N+1個電晶體中的"皮用來產生 第一基極-射極電壓（VBE1)，並且N+1個電晶體中的N 被用來産生第二基極-射極電壓（VBE2) 。vbei和 之間的差被用來産生VPTAT。在圖4A中，侧丄還被用來 產生VCTAT。哪些電晶體被用來產i侧、從而產生 VPTAT和VCTAT是隨時間改變的u 、1』如以循環或者隨機 的方式）。這樣，如果利用例如據波器4 〇 4來對v⑽ 平均化，那麼任何單獨電晶體的老化的影響就達到平衡， 從而减少經濾波的VG0的漂移。 ‘‘丨，，“_ ， 移換…哪些電晶體處於 1 ' CTAT”和“N”支路中县庐“士 〒疋隧者時間改變的。 在-實施例中，在N+1個週期的時間内，n+曰 體中的每個都可被選擇用來産 電曰曰 座生VBE1，以及用來産生 12 201126302 VBE2。然而，這不是必需的。在一實施例中，控制器‘Μ 控制開關產生可預計形狀的開關雜訊，該開關雜訊可由濾 波益404或者另一濾波器濾波。這可包括特意地不利用某 些電晶體來産生VBE1和/或特意地不利用某些電晶體來產 生VBE2 ’和/或特意地不利用某些電晶體來産生vcTAT ^ 控制器402可由簡單的計數器、狀態機、微控制器、處理 器來實現，但是並不局限於此。纟某些實施例中，例如， 利用可作爲控制g的—部分或者控制_能够實現的隨機或 者僞隨機的數位發生器，控制器402能够任意地選擇哪個/ 哪些電晶體被用來產生VBE1和/或哪個/哪些電晶體被用來 産生VCTAT。即使存在隨機的或者僞隨機排序的電晶體， 某些電晶體也可被特意地不用來産生VBE1、VBE2和/或 VCTAT。當控制器4〇2循環决定哪個/哪些電晶體被用來產 生VBE1和/或哪個/哪些電晶體被用來産生vctaT時，循 %可總爲同一次序，或者循環次序也可變化。而且，在循 裱期間，某些電晶體可被特意地不用來産生VBE1、VBE2 或 CTAT 換句活§兒，在電路的一個或者更多個支路 中，某些電晶體可特意地不被利用。 在圖4A的實施例中，各個電晶體總是爲二極體接法。 因此，每個二極體可以爲固定的二極體接法，圖4A中的雙 刀雙擲開W S1 i SN+!(或者替代的單刀單擲開關對）可 被單刀單擲開關所替代，如圖4B中的帶隙電壓參考電路 400B所不。在本文描述的這種實施例以及其他實施例中， 田開關被用來選擇性地改變電路結構時，最好採用先閉後 13 201126302 斷的方式（也就是在舊的連接被斷開前建立新的連接）來 控制開關’以使移動觸點始終不會開路，從而防止VPTAT (和/或VCTAT和/或VGO )發生閃變。 在圖4A和4B的實施例中’假設當産生VBE1和VBE2 時期望的是利用比率爲N至1的電晶體（例如N=8 )。可 替代地’可利用2* ( N+1 )個電晶體來實現，像圖4A和4B 中的電晶體Q4那樣同時連接2個電晶體，並且像圖4A和 4B中的電晶體Q1那樣連接剩下的2*n個電晶體。因而， 更一般地講，假設X個電晶體被用來産生VBE1和VBE2， X個電晶體中的第一小組γ個電晶體可被用來産生第一基 極-射極電壓（VBE1 )，並且X個電晶體中的第二小組z 個電晶體可被用來產生第二基極_射極電壓（VBE2 ),其中 1 Y< Z< X。 圖5A例示帶隙電壓參考電路5〇〇a，其爲以上參照圖 2A描述的電路2〇〇A的變形。帶隙電壓參考電路5〇〇a包括 N+2個電晶體（也就是電晶體（^1至（^[+2)、差動輸入 放大器120'電阻器R1、電阻器R2和電流槽j。帶隙=壓 參考電路5〇0以包括開關SmN+1，每個開關都被顯 不爲雙刀雙擲開關。可利用一對單刀單擲開關來代替雙刀 雙擲開關，但是該對開關仍被稱爲開關。 將圖5A和圖2A進行比較可見，在兩個圖中開關卵 + 2的連接方式相同，圖5A中的電晶體Q4由開關μ連接， 以使其以與圖2中電晶體QN+1相同的連接方式被連接， 並且圖5A中的其餘電晶體由它們各自的開關以與圖中 14 201126302 的電晶體Q1至QN相同的方式被連接。在這襄，n+ 2個 電晶體中的1被用來産生第一基極-射極電壓（VBEl) ，n + 2個電晶體中的N被用來產生第二基極-射極電壓 (VBE2 ) ’且VBE1和VBE2之間的差被用來產生vptat。 在圖5A中，N+2個電晶體中的一個（也就是電晶體qN + 2 )總是被用來産生VC TAT。哪個電晶體被用來産生vbei 和VBE2是隨時間變化的（例如，以循環或者隨機的方式）。 這樣，如果利用例如濾波器404來平均化VGO，那麼任何 單個電晶體的老化對VPTAT的影響就被平均化’從而减少 了經過濾波的VGO的漂移。換言之，在圖5A中，哪些電 晶體處於‘ Γ和“ N”支路是隨時間變化的，但是，電晶 體QN + 2處於“ CTAT”支路中不會改變。 根據一實施例’在N + 1個週期的時間中，n + 1個電 晶體中的每一個都被選擇用來産生VBE1，以及用來產生. VBE2。然而，這不是必需的。根據一實施例，控制器4〇2 控制開關産生可預計形狀的開關雜訊，該開關雜訊可被濾 波器404或者另一濾波器濾波。這可包括特意地不利用某 些電晶體來産生VBE1和/或特意地不利用某些電晶體來産 生VBE2。以上描述了控制器4〇2的另外的細節。在控制器 402循％决定哪個/哪些電晶體被用來産生VBE1和/或vbE2 時循環可總爲同一次序，或者次序可變化。而且，在循 ^過程中，某些電晶體可特意地不被用來產生VBE1和/或 VBE2。 在圖5A的帶隙參考電壓電路500A中，電晶體QN+2 15 201126302 的老化的影響沒有被降低《因此，提供了圖5 B的帶隙參考 電壓電路500B，其中圖中的“ Γ 、 “N，，和“CTAT”支 路中的電晶體隨時間改變。正如從圖5B中可以看出的，被 用來産生VCTAT的電晶體也隨時間改變（例如，以循環或者 隨機的方式）。在這裏，N+2個電晶體中的1被用來産生 第一基極-射極電壓（VBE1) ’ N+2個電晶體中的！^被用 來產生第二基極-射極電壓（VBE2 )，而VBE1和VBE2之 間的差被用來產生VPTAT。而且，在圖5B的帶隙參考電壓 電路500B中’N+2個電晶體中的1被用來産生vcTAT。 在圖5B中，帶隙參考電壓電路500B中的開關Sll至sn + 21以及開關S 12至S N + 22可以爲例如雙刀雙擲開關或者單 刀單擲開關對。 根據一實施例，在N + 2個週期時間内，N + 2個電晶 體中的每個都被選擇用來産生VBE1，以及用來産生VBE2 和用來產生VCTAT。然而，這不是必需的。根據一實施例， 控制器402控制開關來産生可預計形狀的開關雜訊，開關 雜訊可由濾波器404濾波。這可包括特意地不利用某些電 晶體來産生VBE1和/或不利用某些電晶體來産生VBE2，和 /或不利用某些電晶體來産生VCTAT^之前描述了控制器 402的另外的細節。在控制器402循環確定哪個/哪些電晶 體被用來產生VBE 1和/或VBE2、和/或哪個/哪些電晶體被 用來産生VCTAT時，循環可總是相同的次序，或者次序可 發生變化。而且，在循環期間，某些電晶體可特意地不用 來產生 VBE1、VBE2 和 / 或 VCTAT。 16 201126302

的實施例中，當產生VBE1和VBE2時， 爲N至1 (例如n=8 )個的電晶體。可替 N+ 1 )個電晶體來實現，像圖5A和5B 在圖5A和5B 假設期望利用比率 代地，可利用2 * ( 中的電日日祖Q4那樣同時連接2個電晶體，且像圖和圖 5B中的電曰曰體Q1那樣連接2*N個電晶體。因此，更概括 也說作又《又利用X個電晶體來產生和，那麼X 個電日曰體中的第-小組γ個電晶體可被用來產生第一基極_ 射極電[(VBE1 )，χ個電晶體中的第二小組ζ個電晶體 可被用來産生第二基極-射極電壓（VBE2 )，其中1 γ〈 Ζ < X另外，X個電晶體中的至少一個可被用來産生 VCTAT被用來產生VCTAT的電晶體可保持與圖5Α中的 相同，或者變化爲圖5B中的那樣。 圖6例示VPTAT電路_，其爲以上參照圖2B描述的 電路麵的變形。除了用電阻器R3代替了電晶體QN+ i 外，圖6的VPTAT電路_與圖5A中的帶隙電壓參考電 路500A以相同的方式運行。在圖6中’“丨，，和“γ支路 中的電晶體隨時間改變。 、圖7例示帶隙電壓參考電路700,其爲以上參照圖3描 述的電路300的變形。更具體地說，圓7例示圖3中所示 的帶隙電壓參考㈣3〇〇如何也能够被變形以包括開關和 控制器，以使被用來產生VBE丨和VBE2，最好也包含vctat 的電晶體隨時間改變。在圖7中，處於“丨” 、“ N，，和 CTAT 支路中的電晶體隨時間變化。 在本文描述的實施例中，被用來產生第一基極-射極電 201126302 壓（VBEl )的一個或多個電晶體也可被稱爲正處於第一基 極-射極電壓支路範圍内，且被用來産生第二基極射極電壓 (VBE2)的電晶體可被稱爲正處於第二基極_射極電壓支路 的範圍内。類似地，被用來産生VCTAT的一個或多個電晶 體可被稱爲正處於CTAT支路範圍内。 在以上描述的實施例中，設置了雙載子接面電晶體 (BJT)的池，並且其中的一個（或者可能更多個）被用作 相對於該池中的其餘電晶體的ΔνΒΕ參考值。假定一個由N 個BJT構成的池。如果一個BJT器件（在圖中顯示爲“ 1 ” ） 被選擇來用作相對於其它N_i個器件的ΔνΒΕ參考值，該 早個器件將具有l/f分量，而其餘器件中的每—個將具有" (N-D分量。由於在該池器件中有其單個i/f雜訊要被均 方根UMS) @ Μ個器件，所以我們將每—個電晶體的 雜訊除以VN-1作爲該έ且m M 、 朴舄邊，，且裔仵的雜讯成分。相對於該單個的 電晶體，工作電流也將降低，從而進一步减少了 i/f分 量。因而，單個的電晶體具有主要的雜訊，電晶體池的雜 訊被平均弱化。通過以較1/f快得多的速率循環電晶體組之 外的-個（或更多個）電晶體作爲該單個的電晶體，則1/f 分量將被在頻率上向上調製。如果循環頻率爲fc，那麼頻 率：的i/f頻譜將被增强’如圖7令所示。由於則固器件的 雜訊的RMS，因此這也BJT的1 八θ 乂一的1/f分量在RMS中將被减少 ’但是每個具有1/N的工作週期。現在高頻i/f雜訊可被 例如據波II 404據除4種循環可被數位化控制（例如隨 機化的），來限制峰值譜分量。現在，i/f雜訊被轉換，所 18 201126302 以其類似於圖8 〇 i言婵百士、， ^ 樣具有更少的峰值譜分量，但是展寬雜 降至fc/N ;主思’在圖8中l/f雜訊减少，但是沒有消 失："f調節開關光譜峰值。對於fc的時脈，將會有最低的 頻調fc/N，其中有N個器件要被反復開關。從到不完 全的fc將會有n個頻碰公旦〈！没_丨 两D曰刀里（僅僅示出了一些）。所有的 fc/N至不完全的fc分量將存在諧波。 換。之，1電晶體將具有與其工作電流密度成比例 '雜。孔刀里電晶體將相對於1 /f頻率快逮地循環（或 者其匕方式的被選擇爲;)進入和離開“「位置。假定當 VGO或者VPTAT信號被平均或者濾波時，n個電晶體中的 每一個只有時間的1/N (不必需爲這種情形）處於“【，，位 置’每個電晶體貢獻其電壓的僅1/N。然而，各個具有 獨立雜訊的N個電晶體將輪流被添加至“丨，，位置。因 此，“1”電晶體貢獻其雜訊的或者而結 束。N個電晶體的Ι/f能量的餘下部分將被循環調製程序提 升至更高的頻譜。其它N-1個電晶體斟 日趙對雜汛的貢獻與習知 靜止帶隙的N-1個電晶體相同，儘管由 s田於更小的電流密度 而小於“ 1 ”電晶體的Ι/f雜訊。 圖9A爲用來總結以上描述的利用_ έ m 組χ個電晶體來産 生VPTAT的技術的高階流程圖。在步驟 乂唧902，利用X個電 晶體的第·一小組Y個電晶體來産峰笛 主生第一基極-射極電壓 (VBE1 )，其中1 Y < X。在步驟904，刹田γ加a 利用X個電晶體 中的第二小組z個電晶體來産生m _甘上 土弟一基極-射極電壓 (VBE2) ’其中Y<Z<X。在步驟9〇6，通過確定第一基 19 201126302 極-射極電壓（VBE1)和第二基極_射極電壓（νΒΕ2·)之間 的差來產生VPTAT。在步驟908，X個電晶體中的哪γ個 電曰曰體處於被用來産生第一基極·射極電壓（VBE1)的第一 小組，和X個電晶體中的哪Z個電晶體處於被用來産生第 一基極-射極電壓（VBE2 )的第二小組隨時間變化（例如， 以循環的或者隨機的方式）❶在具體實施例中，γ= 1。在其 它的實施例中，Υ 2 < Χ/2。 圖9Β爲被用來概述以上描述的利用一組X個電晶體來 產生帶隙電壓的技術的高階流程圖。在步驟9丨〇，利用X個 電晶體的至少一個來産生與絕對值溫度互補的電壓 (VCTAT)。在步驟912，利肖X個電晶體的第一小組γ 個電晶體來産生第一基極_射極電壓（VBE1 )，其中i γ < X。在步驟914，利用X個電晶體中的第二小組z個電晶 體來產生第二基極-射極電壓（VBE2)，其中γ<ζ<χ。在 步驟916,通過確定第一基極_射極電壓（VBE1 )和第二基極 射極電壓（VBE2 )之間的差來産生與絕對溫度成比例的電 壓（VPTAT)。在步驟9丨8，通過將vCTAT與vpTAT相 加來産生帶隙電壓。如步驟92〇中所指示的，X個電晶體中 的哪Y個電晶體處於被用來產生第一基極-射極電壓 (VBE1 )的第一小組，和χ個電晶體中的哪z個電晶體處 於被用來產生第二基極-射極電壓（VBE2 )的第二小組隨時 間熒化（例如，以循環的或者隨機的方式）。在具體的實 把例中，X個電晶體中的哪至少一個電晶體被用來產生 VCTAT隨時間變化（例如，以循環的或者隨機的方式）。 20 201126302 在特疋的貧施例中’ Y=1。在其它實施例中，Y 2〈 ^。 以上描述和在相應的附圖中示出的只是νρΤΑ 丁和帶隙 電壓參考電路的少數例子，1中 ν、Τ 了選擇性地控制（包括改 ’）哪些電晶體被用來産生VPTAT#，VCTAT。然而， 本領域的普通技術人員會理解以上說明的特徵可被用於替 代性的VPTAT電路和替代性的帶隙錢參考電路。例如， 可以用共同發明和共同擁有的美國專利申請號爲 1職’⑸、於麵年！月2曰申請的、名稱爲“Bandgap Voltage Reference Circuits and Methods for Producing Bandgap V〇itages，，#申請中所示出和描述的電路來選擇 性地控制哪些電晶體被用來產生νρτΑτ和/或WAT，這 裏引用該申請作爲參考。 低突波預調節 在:以上描述的電路中，處於“丨，，和“CTAT，，位置的 電晶體（也可被稱作“Γ和“CTAT”支路中的電晶體） 的工作電流爲處於‘‘ N”位置的電晶體（也可被稱作“ N” 支路中的電晶體）的工作電流的N倍。因而，當開關被用 來從“N”支路連接或者斷開電晶體時，通過該電晶體的電 流將變化倍數N。更具體地講，如果電晶體被從“ N”支路 切入“Γ支路或者“CTAT”支路，則通過該電晶體的電 流將增大N倍。相反地，如果電晶體被從“〖”支路或者 “CTAT” t路切a “N”支路，通過該電晶體的電流將减 少N倍*當這樣的切換發生時，電路的控制回路向電晶體 提供電流脈衝，據此來調整其基極電荷。這樣的控制回路 21 201126302 包括放大器1 20 ’其輸出電壓控制PMOS的閘極，從而設定 N”和‘‘ 1 ’’支路中的電流，從而設定放大器丨2〇的非反 相輸入端（+ )和反相輸入端（_)的電壓，從而設定放大 器120的輸出電壓，等等。因而，反饋回路包括“N”和“1” 支路，但是不包括“ CTAT”支路。爲了例示說明，設想工 作於Iptat/N的電晶體（該器件兩端的電壓：vbe-Λ VBE ) 被交換進入“ Γ支路。這將會使放大器丨2〇的反相輸入端 (-)的電壓降低△VBEsVtMn (N)，但是保持非反相輸 入端（+ )不變。放大器12〇放大該差值，從而使得其輸 出盔同。這使得CTAT支路中的電流降低，從而導致在輸 出々而産生負向的突波。然而，這種電流脈衝可能被鏡像進 入（或者以其它方式影響）所有的電路支路，從而可能導 致帶隙輸出的突波。這類的突波可能是對系統精確性的限 制因素，因爲突波下方的區域通過系統輸出處的低通遽波 器（例如404)被整合爲DC誤差。以下描述的本發明的實 施例大大地减少了由於上料BJT電晶體的切換 突浊。 ^圖1〇A例示根據本發明實施例的電路1000A，該售 此够破用來减少在電晶體被切人會增大通過該電晶體^ =的支路時發生的突波。在該實施例中，當電晶體從^ :破切入丫或者“CTAT”支路時，在被標識爲‘ =’，的支路、但是也可被稱作低_至·高電流預調節支 “圍内，該電晶財先在㈣回路外部的支路中被預 P至其新的更高電流。預調節電流最好是模擬該電晶體 22 201126302 1或者‘‘CTAT”支路中將要接收的電流。例如，這可 通㈣用相同的電流鏡生成控制回路内部的電流來産生預 調節電流。有益的是，由於低_至_高電流預調節支路在控制 回路外部，因此預調節支路不會影響該電路的輸出。具體 而言，在該支路中預調節電晶體的動作不會影響帶隙輸出。 圖10B例示根據本發明實施例的電路丨，該電路 被用來减少在電晶體被切換至通過該電晶體的電流减 :少的 支路時會發生的突波。在該實施例中，當電晶體從“ 1 ”或 者V，支路被切換至支路時，在被標識爲“低 電流區支路、但也可被稱作高_至_低電流預調節支路的範 圍内，該電晶體首先在控制回路外部的支路中被預調節至 其新的更低電流。該預調節電流較佳模擬該電晶體在“N” 支路中將要接收的電流。例如，如在“N”支路中那樣，這 可通過'使正在被預調節的電晶體作爲㈣同樣的 :一個來實現。有益的是，由於高-至-低電流預調節支路在 被用來產生VBE1、VBE2和CTAT沾φ lL ΓΑΤ的電路部分的外部，因 此預調節支路不會影響該電路的輸出。 在圖10Β中，只有一個雷曰 |體地干中(即電晶體QN+3)被 “出正被切入和切出“低電流區，，1路。在… 施例中，“低電流區，，支路中 貫 又塔τ的所有電晶 晶體中的至少多個）被切入和 U “些電 ,出低電流區（low current _州）’，支路，並且由此進 l WCUr制 根據-實施例，在電路中同 路的其匕支路。 節支路和…電流預調節支路，流預調 1定在電晶體被切換至 23 201126302 更高電流和在電晶體被切換至更低電流時都進行預調節。 換句話說’電路1000C可包括“高電流區”和“低電流區” 兩者，如圖I0C中所示。 圖1 0D爲能够被用來控制電路 入和切出同時包括“高電流區”支路和“低電流區，，支路 的電路（例如，圖10C中的i〇〇〇c)的各個支路的示例性 時序圖。在圖10D中，電晶體開始於“N”支路，然後被切 入“低電流區”，然後“高電流區”，然後‘‘ CTAT”支 路，然後“1”支路，然後“CTAT”支路，然後‘‘高電 流區”，然後“低電流區”，然後“N”支路，等等。在 本發明的精神範圍内的替代性的時序圖也是可能的。注 意，當電晶體從“「支路被切入“CTAT”支路時或者 與之相反時，如果提供、給“1”支路和“CTAT”支路中的 ==流路捏的電流㈣’那麼該電晶體不需要通過 預调即區中的一個。但是，如果電晶體總是在從”，，、 N和CTAT支路中的任何_個被切入“工”、 和“CTAT”支路中的s ^ 支路中的另-個之間被切入 能實現邊際的改進。 卩久路’就可 根據一實施例，各個電晶體在“r 、“ ，, -電流區支路中的每一個上花 和向 在“N”和“低-電流區，，支路中的/ +3)的時間，且 的時間。在其它的實施例中， 化費N/(2N+3) +疋廷種情形。 根據一實施例，R1=9*R2 。 成電路的帶隙輸出電壓的可變r ^跨多個單個集 R2/Rl的比率自身應具有 24 201126302 低差異。由於電阻器差異隨著其死區而减小，使R2和ri 具有相同的物理尺寸是有意義的。否則，更小的電阻器的 差異將占主導地位，被用來實現更大電阻器的額外區域將 會被浪費。一種使得Ri和R2尺寸相等的方法是使它們都 由電阻值爲R的等同電阻器Μ構造。具有更大值的R1由 串聯連接的Μ個電阻器形成（等效阻值：MR) 。R2由並 聯連接的Μ個電阻器形成（等效阻值：R/M )。這樣，Rl/R2 =Μ2。在示例性的帶隙中，爲了正好消除帶隙輸出電壓的 ΡΤΑΤ和CTAT溫度係數，R1/R2被設定爲等於23 5/1η(Ν)β 通過回解Ν，很明顯當Μ = 3時産生了滿意值（Ν〜丨4 )。如 果Μ = 2，Ν〜3〗6，這將導致不合理的大電壓參考終止。如 果Μ=4，Ν〜4，這樣會太小以致不能從在支路中轉換電晶 體中得到統計優勢。 在本文說明的實施例中，被用來產生第一基極-射極電 壓（VBE1)的那個/那些電晶體還可被稱爲正處於第一基極 -射極電壓支路中，且被用來産生第二基極-射極電壓 (VBE2 )的電晶體可被稱爲正處於第二基極_射極電壓支路 中。類似地，被用來產生VCTAT的那個/那些電晶體可被 稱爲正處於CTAT支路内。而且，當電晶體處於“高電流 區或者低電流區”時，電晶體可被稱爲正處於預調節 支路中。 圖11繪製了不具有預調節的圖3電路的VGO，以及帶 有預調節的圖10A和圖10B的電路的VGO的曲線圖。更具 體而言，正如可以從圖丨丨中瞭解到，當同時採用高_至_低 25 201126302 電流預調節支路和低-至-高電流預調節支路時，峰值_至_峰 值的突波幅度可被减少大約40倍》 在也可能遭遇低頻雜訊和精確性問題的圖丨〇 A_丨〇c的 貫施例（和其他實施例）中，類似的技術可對電阻器尺2和 R1執行。思路是對於將被輪換的電阻器而言這也是很有只 的’因爲它們遇到與BJT類似的雜訊和漂移問題，但是旋 轉電阻器呈現了與旋轉電晶體類似的突波問題。因而，爲 了减少這樣的突波，可進行類似的電阻器預調節。這可通 過在當前的“高電流區”和“低電流區，，預調節支路中的 BJT上方堆叠將要被預調節的電阻器來實現，而不需要消耗 額外的電流。 包括高-至-低電流預調節支路和/或低_至_高電流預調 節支路的電路輸出的VG0可被濾波（例如，利用濾波器 4〇4)，以產生經濾波的VG〇e由於突波顯著减少，整合的 DC誤差將會很小，因爲與示例性的開關速度（1〇此^2 )相 比突波的幅值很低且短。而且，相較於過濾更大的突波， 這樣小的突波更容易被過濾（例如，利用濾波器4〇4)並且 需要更小的電容器。有益的是，由於在突波幅值方面的顯 著改善（例如，圖1 1中所示的40χ的改善），被用來將輪 出突波减少至理想水平的濾波器的電容器可以被集成，從 而節省了電路板空間並减少了成本。爲了改善輸出νρτΑτ 的電路的性能，可類似地採用高-至-低電流預調節支路和/ 或低-至-南電流預調節支路。 本發明的實施例的帶隙電壓參考電路可被用在那些期 26 201126302 望在-定溫度範圍内產生基本上恒定的參考電壓的任何電 路中。例士口，根據本發明#具體實施你】，本文描述的帶隙 電壓參考電路可被用來產生電壓調節器電路。例如，這可 通過對VGO進行緩衝並將該經緩衝的VG〇提供給放大器 來完成，該放大器將VG0 (例如，笔12v)提升至期望水 平。下面參照附圖13和14來說明示例性的電壓調節器電 路。 圖1 2 A爲被用來概括以上描述的利用電流預調節减少 突波來產生VPTAT的技術的高階流程圖。在步驟12〇2，在 第一電路支路内通過向各個電晶體的電流路徑提供第—量 的電流來產生第一基極-射極電壓（VBE1)❶在步驟12〇4 , 通過在第二電路支路内向各個電晶體的電流路徑提供第二 1的電流來產生第二基極_射極電壓（VBE2)，其中第二量 的電流'小於第一量的電流。在步驟12〇6，基於vbei和 VBE2，例如通過確定第一基極_射極電壓（vbei)和第二 基極-射極電壓（VBE2)之間的差，來產生vpTAT。如步 驟1208所指示的，哪些電晶體處於第一電路支路和第二電 .路支路中是被變化的。正如以上所述，可利用這種特徵來 减少Ι/f雜訊。如步驟1212所指示的，在電晶體被從第一 電路支路切出之後’並且在所述電晶體被切入第二電路支 路之則，該電晶體以基本上等於第二量電流的電流來預調 即。正如步驟丨2丨4所指示的，在電晶體被從第二電路支路 切出之後’並且在該電晶體被切入第一電路支路之前該 電阳體被以基本上等於第一數量電流的電流來預調節。如 27 201126302 上所述’這樣的預調節减少了 VPTAT中的突波。 圖12B爲被用來概括以上描述的利用電流預調節减少 帶隙電壓輸出（VG0”的突波來産生帶隙電壓的技術的 高階流程圖。在步驟1220,利用CTAT支路内的至少—個 電晶體來産生與絕對溫度互補的電壓（vctat) ^在步驟 1222 ’通過向第一電路支路内的各個電晶體的電流路經提 供第一量的電流來産生第一基極_射極電壓（VBE1)。在步 驟1 224，通過向第^電路支路内的各個電晶體的電流路徑 k供第一量的電流來產生第二基極-射極電壓（vbe2)。在 步驟1226’基於第一基極-射極電壓（VBEl)和第二基極· 射極電壓（VBE2)，例如通過確定VBE1和VBE2之間的 差，來確疋與絕對溫度成比例的電壓（νρτΑτ )。正如步 驟1228所指明的，可基於VCTAT^ νρτΑτ，例如通過將 VCTAT肖VPTAT相加來確定帶隙電壓。如步驟123〇所指 明的，哪些電晶體處於第一電路支路和第二電路支路中是 隨時間邊化的。如步驟1232所指示，在電晶體被從第一電 路支路切出（或者從CTAT支路被切出）之後，並且在該 電曰曰體被切入第二電路支路之前，該電晶體被預調節成具 有基本上等於第二量電流的電流。如步驟1234所指明的， 在電明體被從第二電路支路切換出之後，i且在該電晶體 被切入第一電路支路（或者被切入CTAT支路）之前，該 電晶體被預調節成具有基本上等於第一數量電流的電流。 圖1 3爲示例性的固定輸出線性電壓調節器13〇2的方 塊圖，該電壓調節器包括改變哪些電晶體處於“丨，，和 28 201126302 N支路（並且最好也包括“ CTAT”支路）、並包括高_ 至低電流預§周節支路和/或低_至_高電流預調節支路（最好 是二者都包括）的帶隙電壓參考電路13〇〇。帶隙電壓參考 電路1300産生低突波的帶隙電壓輸出（vG〇)，該輸出被 提供給作爲緩衝器連接的運算放大器13〇6 例子 非反相輸人卜運算放大器刪的另—輸人（例^=相 輸入）接收放大器的輸出電壓（ν〇υτ)作爲反饋信號。通 過利用該反饋’輸出電壓（V0UT )保持仏公差（例如，仏^) 地基本固定。 圖14爲示例性的輸出可調節線性電壓調節器的 方塊圖，該電壓調節器包括改變哪些電晶體處於“丨，，和 N”支路（並且最好也包括“ cTAT”支路）、並包括高 至-低電流預调#支路和/或低_至_高電流預調節支路（最好 是二者都包括）的帶隙電壓參考電路13〇〇。從圖14中可以 理解，VOUT VG0*(1+R1/R2)。因而，通過選擇電阻器幻 和R2的適當值，可選擇期望的ν〇υτ。電阻器以和可 在該調節器内部，或者在該調節器外部。一個電阻器或者 兩個電阻器可以是可編程的或者可調整的。 帶隙電壓參考電路和/或VPTAT電路還可被用來提供 溫度感測器。圖1 5爲此類溫度感測器丨5丨〇的例子。改變 哪些電晶體處m “N”支路（並且最好也包括 “CTAT”支路）的帶隙電壓參考電路13〇〇可以向類比-至_ 數位轉換器（ADC)⑽的參考電壓輸人端提供基本上恒 定的帶隙電壓輸出（VG0)信號15〇4。改變哪些電晶體處 29 201126302 於 Γ’和“N”支路中的VPTAT電路15〇1可向ADC 15〇6 的信號輸入端提供類比的VPTAT信號15〇2。帶隙電壓參考 電路130G和VPTAT電路⑽各自可包括高至低電流預 調節支路和/或低-至-高電流預調節支路（最好是二者都包 括）。在這樣的實施例中，因爲ADC丨5〇6的輸入與溫度成 比例，ADC 1506的輸出爲指示溫度的數位信號15〇8。或 者，可以使用與以上所描述的本發明實施例相同的電路來 同時産生VGO和VPTAT，並且VG〇可被用來向adc 15〇6 提供基本上恒定的參考電壓，vpTAT (從該電路中被分接） 可被提供至ADC 1506的信號輸入。再一次，因爲adci5〇6 的輸入是與溫度成比例的，所以aDC 1506的輸出爲指示溫 度的數位信號。 之前的描述爲本發明的較佳實施例。提供這些實施例 旨在示例說明和描述，並不是爲了窮舉或者將本發明限制 爲所公開的確定形式》許多的修正和變形對於本領域技術 人員而5是顯而易見的。爲了最佳地說明本發明的原理及 其實踐應用而選擇和描述了一些實施W，因此它們能够使 得本領域的其他技術人員理解本發明。輕微的修正和變形 將被認爲落在本發明的精神和範圍之内。本發明的範圍由 以下的申請專利範圍及其等同物來確定。 【圖式簡單說明】 圖1例示示例性的習知帶隙電壓參考電路。 圖2A例示替代性的示例性的習知帶隙電壓參考電路 30 201126302 — ® 2B例示用來產生與絕對溫度成比例的電麼（VPTAT) 的不例性電路。 圖3例示另一示例性的習知帶隙電壓參考電路。 圖4A、4B、5A和5B例示可克服圖i和圖2八電路中 的一些缺陷的各種不同的帶隙電壓參考電路。 圖6例示可克服圖2B電路中的一些缺陷、用來產生與 絕對溫度成比例的電壓（VPTAT )的電路。 圖7例示可克服圖3電路中的一些缺陷的帶隙電壓參 考電路。 圖8A例示習知帶隙參考電壓或者νρτΑτ電路的示例 性的1/F雜訊。 圖8Β例不圖4Α-7的實施例如何能够被用來展寬1/F 雜訊’從而减少其尖峰光講含量。 圖9A是用來概括用於產生vpTAT的各個實施例的高 階流程圖。 圖9B疋用來概括用於産生帶隙電壓的各個實施例的高 階流程圖。 圖10 A例不根據本發明的實施例的包括“高電流區” 支路的電路，該支路能用來减少在電晶體被切換至會增加 通過該電晶體的電流的支路時産生的突波。 圖10B例示根據本發明的實施例的包括“低電流區” 支路的電路’該支路被用來减少在電晶體被切換至會减少 通過肩電晶體的電流的支路時産生的突波。 圖10C例不根據本發明的實施例的包括“低電流區” 31 201126302 支路和“高電流區”支路的電路。 圖_爲可被用來控制電路的各個電晶體如何被切入 和被切出包括“低電流區”支路"電流區，，支路的電 路的各個不同支路的示例性時序圖，其中n=4。 的 圖"例示參照圖1〇A和10B說明的實施例是如何能够 被用來减少帶隙電壓參考電路的輸出中的突波。 圖12A爲被用來概括用於產生νρτΑτ的另—實的 高階流程圖。 圖12Β是被用來概括用於產生帶隙電壓的另一實施例 的高階流程圖。 圖13爲包括本發明的實施例的帶隙電壓參考電路的承 例性的固定輸出線性電壓調節器的高階方塊圖。 圖14爲包括本發明的實施例的帶隙電壓參考電路的米 例性的輸出可調節線性電壓調節器的高階方塊圖。 圖1 5爲根據本發明的實施例的示例性的溫度感測器的 高階方塊圖。 【主要元件符號說明】 100,200Α,200Β,300,400Α,500 AS500B,600,700,1000Α, 1000B，1000C，1300，1500:帶隙電壓參考電路 120 差動輸入放大器 402 控制器 404 濾波器 902-920,1202-1234:方法步驟 32 201126302 1302 :固定輸出電壓調節器 1306 :運算放大器 1402 :可調節輸出電壓調節器 1501 : VPTAT 電路 1502 : VPTAT 信號 1504:帶隙電壓輸出（VGO)信號 1506:類比至數位轉換器（ADC) 1508 :指示溫度的數位信號 1 5 1 0 :溫度感測器 Iptat :與絕對溫度成比例的電流 Isink :電流槽 M1,M2，M3,M4 : PMOS 電晶體 Ql，Q2，Q3，Q^"QN，QN+l，QN + 2，QN + 3，QN + 4: 雙載子接面電晶體（BJT) R1,R2，R3 :電阻

Sl,S2,S3,S4…SN，SN+l，SN+2,SN + 3:開關 VBE1，VBE2:基極-射極電壓 VGO :帶隙電壓輸出 VPTAT :與絕對溫度成比例的電壓 33

Claims (1)

1. 201126302 七、申請專利範圍： 比例的 電壓（VPTAT)的 1. 一種用來產生與絕對溫度成 電路，包括： 由X偏電晶體構成的—组電B ^ « ιν „ ^ α .電日日體，母個電晶體都包括 基極以及集極和射極之間的電路路徑； .:數個_ ’被配置成選擇性地改變如何使所述乂個 電曰s體的至少一些被連接在電路内部； β.第一基極-射極電塵支路，被配置成向第一基極-射極電 壓支路内的各個電晶體的電流路徑提供第一量的電流，以 產生第一基極-射極電壓（VBE1); 第二基極-射極電壓支路，被配置成向第二基極_射極電 屋支路内的各個電晶體的電流路徑提供第二量的電流，以 產生第二基極-射極電壓（VBE2)，其中第二量的電流小於 第一量的電流； 第-電流預調節支路，被配置成向第一電流預調節支 路内的各個電晶體提供基本上與第—量的電流相等的電 流；以及 第二電流預調節支路’被配置來向第二電流預調節支 路内的各個電晶體提供基本上與第二量的電流相等的電 流； 其中所述VPTAT是基於分別由第一基極_射極電壓支 路和第二基極-射極電壓支路産生的第一基極_射極電壓 (VBE1)和第二基極-射極電壓（VBE2)來產生； 其中第一和第二預調節支路内的電晶體不被用來産生 34 201126302 VBE1和VBE2 ;以及 其中所述開關被用來隨時間選擇性地改變所❿χ個電 晶體中的哪些處於第一基極_射極電壓支路、第二基極_射極 電壓支路、第一電流預調節支路和第二電流預調節支路中。 2.如申請專利範圍第i項所述的電路，其中： 在所述電晶體處於第一基極_射極電壓支路内之後，但 在開關被用來使料電晶體處於第二基極㈣電壓支路内 之前，㈤關使得所it電晶體處於第二電流預調節支路内； 以及 I極-射極電壓支路内之後 在所 在開關被用來使所述電晶體處於第—基極·射極電壓支路内 之前，開關使得所述電晶體處於第一電流預調節支路内。 3. 如申請專利範㈣2項所述的電路，進—步包括： 控制器，被配置成控制開關以由此控制X個電晶體中 的哪些處於第一基極，極電壓支路、第二基極·射極電壓支 路、第-電流預調節支路和第二電流預調節支路中。 4. 種用來產生與絕對溫度成比例的電壓（νρτΑ”的 方法，包括： 向帛電路支路提供第一量的電流來産生第一基 極-射極電廢（VBE1). 通過向第二電路支路提供第二量的電流來産生第二基 極-射極電塵（VBE2)，其中第二量的電流小於第—量的電 流； 基於第一基極-射極電壓 (VBE1 )和第二基極_射極電 35 201126302 壓（VBE2)産生 VpTAT ; 隨時間改變哪些電晶體處於第一電路支路和第二電路 支路中； 在所述電晶體被從第一電路支路切出後，但在所述電 晶體被切入第二電路支路之前，將所述電晶體預調節成具 有基本上與第二量的電流相等的電流；以及 在所述電晶體被從第二電路支路切換出後，而在所述 電晶體被切換進入第一電路支路之前，將所述電晶體預調 節成具有基本上與第一量的電流相等的電流。 5. —種帶隙電壓參考電路，包括： 由X個電晶體構成的一組電晶體，每個電晶體都包括 基極以及集極和射極之間的電流路徑； 複數個開關，被配置成選擇性地改變如何使所述χ個 電晶體的至少一些連接在電路内部； 第一電路部分，利用X個電晶體中的至少一個來產生 與絕對溫度互補的電壓（VCTAT );以及 第二電路部分，産生與絕對溫度成比例的電壓 (VPTAT ) ，VPTAT與VCTAT相加得到帶隙電壓輸出 (VGO ) ’第二電路部分包括： 第一基極-射極電壓支路，被配置成向第一基極-射極電 壓支路内的各個電晶體的電流路徑提供第一量的電流，以 産生第一基極-射極電壓（VBE1 );和 第二基極-射極電壓支路，被配置成向第二基極_射極電 壓支路内的各個電晶體的電流路徑提供第二量的電节，以 36 201126302 産生第二基極-射極電壓（VBE2)，其中第二量的電流小於 第一量的電流； 其中所述VPTAT基於第一基極_射極電壓（VBE1)和 第二基極-射極電M (VBE2)來產生； 第一電流預調節支路，被配置成向第一電流預調節支 路内的各個電晶體提供基本上與第一量的電流相等的電 流；和 第二電流預調節支路，被配置成向第二電流預調節支 路内的各個電晶體提供基本上與第二量的電流相等的電 流! 其中所述開關被用來隨時間選擇性地改變所述X個電 晶體中的哪些處於第一基極_射極電壓支路、第二基極_射極 電反支路、第一電流預調節支路和第二電流預調節支路中。 6.如申請專利範圍第5項所述的電路，其中： 在處於第一基極-射極電壓支路内之後，但在其被切入 第一基極-射極電壓支路之前，所述電晶體被切換爲處於第 二電流預調節支路内；以及 在處於第二基極-射極電壓支路内之後，但在其被切入 第一基極-射極電壓支路之前，所述電晶體被切換爲處於第 一電流預調節支路内。 7 ’如申睛專利範圍第6項所述的電路，還包括： 控制器’被配置成控制開關以由此控制X個 :哪些處於第一基極侧壓支路、第二基極-射 第—電流預調節支路和第二電流預調節支路中。 37 201126302 8. 如申請專利範圍第5項所述的電路，其中： 在産生VCTAT的第-電路部分内的至少—個χ個電晶 體中的每個電晶體都被提供第—量的電流，以及 所述開關還被用纟隨時間改冑X 4固電晶體中的哪些處 於第一電路部分内。 9. 如申請專利範圍第8項所述的電路，其中： 在處於第一基極-射極電壓支路内後，但在其被切換至 第一基極射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處於 第二電流預調節支路内； 在處於第二基極·射極電壓支路内後，但在其被切換至 第一基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處於 第一電流預調節支路内； 在處於產生VCTAT的第一電路部分内後，但在其被切 換至第二基極_射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲 處於第二電流預調節支路内；以及 在電晶體處於第二基極·射極電壓支路内後，但在其被 切換至産生VCTAT的第一電路部分内之前，所述電晶體被 切換爲處於第一電流預調節支路内。 !〇.如申請專利範圍第9項所述的電路，進一步包括： 控制器’被配置成控制開關以由此控制X個電晶體中 的那些處於第一電路部分、第一基極_射極電壓支路、第二 基極-射極電壓支路、第一電流預調節支路和第二電流預調 節支路中。 11 ·—種用來産生帶隙電壓的方法，包括： 38 201126302 通過向第一電路支路提供第一量的電流來産生第一基 極-射極電壓（VBE1 ); 通過向第二電路支路提供第二量的電流來產生第二基 極-射極電壓（VBE2 ); 利用CTAT支路産生與絕對溫度互補的電壓（VcTAT); 基於第一基極-射極電壓（VBE1)和第二基極-射極電 壓（VBE2 )產生與絕對溫度成比例的電壓（VpTAT ); 基於VCTAT和VPTAT産生帶隙電壓； 隨時間改變哪些電晶體處於第一電路支路和第二電路 支路中； 在所述電晶體從第一電路支路被切出後，但在所述電 晶體被切入第二電路支路之前，將所述電晶體預調節成具 有基本上與第二量的電流相等的電流；以及 在所述電晶體從第二電路支路被切出後，但在所述電 晶體被切入第一電路支路之前，將所述電晶體預調節成具 有基本上與第一量的電流相等的電流。 12.如申請專利範圍第n項所述的方法’其中，所述改 變還包括隨時間改變至少哪一個電晶體處於CTAT支路 中，並且還包括： 在所述電晶體從CTAT支路被切出後，但在所述電晶 體被切入第二電路支路之前，將所述電晶體預調節成基本 上與第二量的電流相等的電流； 在所述電晶體從第二電路被支路切出後，但在所述電 晶體被切入CTAT支路之前，將所述電晶體預調節成基本 39 201126302 上與第一量的電流相等的電流β 1 3 · —種電壓調節器，包括： 用來産生帶隙電壓輸出（VGO )的帶隙電壓參考電路； 以及 運算放大器，包括 接收帶隙電壓輸出.（VG0 )的非反相（+ )輸入， 反相（-)輸入，以及 輸出，産生電壓調節器的電壓輸出（VOUT )； 其中所述帶隙電壓參考電路包括 由X個電晶體構成的一組電晶體，每個電晶體都包括 基極以及集極和射極之間的電流路徑； 複數個開關，被配置成選擇性地改變如何使所述χ個 電晶體的至少一些連接在電路内部； 第一電路部分，利用χ個電晶體中的至少一個來產生 與絕對溫度互補的電壓（VCTAT );以及 第二電路部分，產生與絕對溫度成比例的電壓 (VPTAT )，VPTAT肖VCTAT相加得到帶隙電壓輸出 (VGO)，第二電路部分包括： 第一基極-射極電壓支路，被配置成向第一基極-射極電 壓支路内的各個電晶體的電流路徑提供第—量的電流，以 産生第一基極-射極電壓（VBE1);以及 第二基極·射極電壓支路，被配置成向第二基極-射極電 壓支路内的各個電晶體的電流路徑提供第二量的電流以 産生第二基極-射極電壓（VBE2)，其中第二量的電流小於 40 201126302 第一量的電流； 其中所述基於第一基極_射極 电& (VBE1)和第-其士·ς -射極電壓（VBE2)來產生； J才弟一基極 第一電流預調節支路，被配置 路内的各個電晶體提供基本上與—電流預調節支 '土 ，土 丹弟'量的電流相等的電 流，和 電流預調節支 第二電流預調節支路，被配置來向第 路内的各個電晶體提供基本上與第_旦 ^ —里 流； 其中所述開關被用來隨時間選擇性地改變所述χ個電 晶體中的哪些處於第-基極.射極電壓支路、第二基極·射極 電壓支路、第一電流預調節支路和第二電流預調節支路中。 14. 如申叫專利範圍第1 3項所述的電壓調節器，其中： 在處於第一基極-射極電壓支路内之後，但在其被切換 至第二基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處 於第二電流預調節支路内；且 在處於第一基極-射極電壓支路内之後，但在其被切換 至第一基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處 於第一電流預調節支路内。 15. 如申請專利範圍第13項所述的電壓調節器，其中： 產生VCTAT的第一電路部分内的至少一個X個電晶體 的每個電晶體被提供第一量的電流， 所述開關還被用來隨時間改變X個電晶體中的哪些處 於第—電路部分内。 201126302 16. 如申請專利範圍第Η項所述的電壓調節器，其中： 在處於第一基極-射極電壓支路内後，但在其被切換至 第二基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處於 第二電流預調節支路内； 在處於第二基極-射極電壓支路内後，但在其被切換至 第一基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲處於 第一電流預調節支路内； 在處於産生VCTAT的第一電路部分内後，但在其被切 換至第二基極-射極電壓支路内之前，所述電晶體被切換爲 處於第二電流預調節支路内；以及 在處於第二基極-射極電壓支路内後，但在其被切換至 産生VCTAT的第一電路部分内之前’所述電晶體被切換爲 處於第一電流預調節支路内。 17. 如申請專利範圍第13項所述的電壓調節器，其中， 運算放大器的反相（-)輸入被連接至所述運算放大器的輸 出。 18. 如申請專利範圍第17項所述的電壓調節器，其中， 所述電壓調節器包括輸出固定的線性電壓調節器。 19·如申請專利範圍第13項所述的電壓調節器，進一步 包括： 用來取决於電壓調節器的電壓輸出（V〇UT )產生另_ 電壓的電阻器分壓器； 其中運算放大器的反相（_)輸入接收由電阻器分壓器 產生的另一電壓。 42 201126302 * 20.如申請專利範圍第1 9項所述的電壓調節器，其中， 所述電壓調節器包括輸出可調整的線性電壓調節器。 八、圖式： (如次頁） 43