TWI313531B - - Google Patents

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1313531 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 , 本發明係損—種參考電壓產生電路，_是.-種能根 -據f要調整輸出·且辭域溫錢化的參考電壓產生電路。 -5 【先前技術】 在電子電財，時常需要參考電麵生H供應-敎的參考 電壓。圖1係-傳統的參考電壓產生器1〇，其包括一能隙參考電 壓電路12供應無關溫度變化的電壓Vbg，電阻R1&R2串聯在參 w考賴㈣及接地GND之間，當刚s電晶體16操作於飽和區時， 運算放大器14透過電阻R1形成負回授，所以電壓νρΒ等於電壓 心，因此參考電壓Vref的大小就取決於電阻Ri及R2以及電壓 • 在參考電壓產生器、1〇 + ’參考電壓μ的大小可以達到 (VDD—VsD) ’其中，™為電源電壓，而VSD為PMOS電晶體16的源 :15極與汲極之間的壓差，但PM〇s電晶體16的源極係連接至電源電 壓VDD，由於源極與閘極之間有追隨的現象，故當電源電壓· 中有雜訊時’將使PM〇s電晶體16閘極上的信號Vg也受到雜訊的 〇 θ ‘致觸S電晶體16進入三極管（triode)區，進而景擇到 參考電壓Vref，換言之，參考電壓產生器1G具有較差的電源供應 2〇 抑制率(Power SuPPly Rejection Ratio; PSRR)。 為了提高參考電壓產生器10的PSRR能力，如圖2所示的參 1313531 考電壓產生器20，一般係將PMOS電晶體16換成NMOS電晶體22， 電源電壓VDD連接議電晶體22的沒極，因此電源電壓㈣中 :的雜訊並不影響NM0S電晶體22閘極上的信號Vg，是以參考電壓 '產生器20具有較好的PSRR，然而，由於信號Vg與參考電壓VRf 5之間有追隨關係，Vg=Vref+Vth，其中vth係NM0S電晶體22的臨 界電壓，因此，若NM0S電晶體22要維持在飽和區，則參考電壓 Vref必須小於(vdd_Vsd—vth)，假如電壓電壓VDD的最低工作電壓 >為3V，而所需的參考電壓Vref為2.5V時，參考電壓產生器邡 便不適用。 °° 1〇 圖3係根據參考電壓產生器10利用電腦軟體所設計的電路， 其中能隙參考電壓電路30對應圖！中的能隙參考電壓電路以，比 例電壓產生器32對應圖1中運算放大器14、PM〇s電晶體16、電 阻R1及R2所組成的放大電路，電路34及36則是輪出緩衝器。 圖4係圖3中能隙參考電壓電路3〇的輸出電壓沏在不同頻率下 k的PSRR模擬圖，其中X軸係頻率，γ軸係電壓的此值。圖5侧 3中比例電壓產生器32輸出的電麗簡及丽i在不同頻率^的 PSRR模擬圖’其中x轴係頻率’ γ軸係電壓的DB值，曲線兕係 電壓vm，曲線39係電壓麵。圖6係圖3中輸出緩衝器34輸 出的參考電壓的·模擬圖，其中χ轴係頻率，γ轴係電壓 2〇的DB值。圖7係圖3中輸出緩衝器3 6輸出的參考電壓丽的爾 模擬圖，其中X軸係頻率，γ軸係電壓的⑽值。圖4顯示能隙參 1313531 考電壓電路30所輸出的賴Vbg的DB值最大是在_28左右，而電 壓Vbg經比例電壓產生器32放大後所得的電壓而及觀的诎 :值最大分別為-4及-6左右，如圖5所示，所以，能隙參考電壓電 *路30的爾遠較比例電壓產生器32良好，因此，若能直接由能 5隙參考電壓電路30提供參考電壓VRT1及麵，應能得到具有良 好PSRR的參考電壓VRT及麵。然而，雖然能隙參考電壓電路具 有較佳的PSRR以及能提供錢溫度變⑽穩定賴之優點，^ 是，習知的能隙參考電壓電路係利用雙極性電晶體來產生電壓， 即使適當的設計雙極性電晶體可以提供無關溫度變化的電壓，但 10習知的能隙參考電壓電路僅能供應l 23v左右的電壓。 因此’-雜根據需要調整輸出電_參考電壓產生電路， 乃為所冀。 【發明内容】 本發明的目的之―，在於提出—種能根據需要調整輸出電壓 的參考電壓產生電路。 根據本發明…種參考產生電路包括—雙極性電晶體接 成-二極體…電阻連接在鱗考電壓產生電_輸出端及雙極 性電晶體之間，-第-電流源供應—具有正溫度係數的第一電流 至該電阻，以及-第二電流源’供應—具有負溫度係數的第二電 流至該電阻。 1313531 由；本U增加了具有貞溫度係數的該第二電流至該電阻， 本^柯藉由§膽第—及第二電流與電阻得到所需要且幾 - 乎無關溫度變化的參考電壓。 5【實施方式】 圖8係本發明的實施例，在參考電壓產生電路4〇中，自偏電 路401供應電流Iptat，pM〇s電晶體4〇2及雙極性電晶體明串聯 • 在電源電壓VDD及接地GND之間，pm〇S電晶體4〇4、電阻R3及雙 極性電晶體Q4串聯在電源電壓VDD及接地GND之間，pM〇s電晶體 〇 备，連接在參考電壓產生電路4〇的輸出端，以穩定 參考電壓Vref，其中PMOS電晶體402及404鏡射電流lptat分別 產生電流12及II。在自偏電路401中，PMOS電晶體406及408 與NMOS電晶體410及412形成兩個串疊（casc〇de)的電流鏡，雙 極性電晶體Q1經電阻R1連接NMOS電晶體412，雙極性電晶體Q2 *15則連接NM〇S電晶體410，又NMOS電晶體410及412組成電流鏡， 因此節點A及B的電位相等’故可求得通過電阻ri的電流

Iptat=(Veb2-Vebl )/Rl 公式 1 2〇其中，Vebl係雙極性電晶體Q1的射極與基極之間的壓差，Veb2 係雙極性電晶體Q2的射極與基極之間的壓差。雙極性電晶體Q1 1313531 其中’ AREA1係雙極性電晶體Q1的尺寸，AREA2係雙極性電晶體 Q2的尺寸’兩個雙極性電晶體的參數Is是相同的。將公式6代入 公式1可得電流

Iptat=[nxkxTxln(AREAl/AREA2)]/(qxRl) 公式 7 其中’ η、k、ln(AREAl/AREA2)、q及R1均為定值，因此，當絕對 溫度τ上升時，電流Iptat將隨著增加，故電流Iptat具有正溫 1〇度係數。 另一方面，PM0S電晶體404及408連接形成一電流鏡，以鏡 射電流Iptat產生電流II至電阻R3,其中PMOS電晶體404與408 的尺寸比為N : 1，故電流iLiptat，PMOS電晶體402及408 連接开>成一電流鏡，以鏡射電流Iptat產生電流12，其中pM〇s 15電晶體402及408的尺寸比為Μ: 1，故電流I2=MxIptat，電阻R2 連接在雙極性電晶體Q3的射極與基極之間，其上的電流為 公式8

Intat=Veb3/R2 2〇其中，Veb3係雙極性電晶體Q3射極與基極之間的壓差。根據pNP 雙極性電晶體的特性，PNP雙極性電晶體q3射極與基極之間的壓 1313531 11 ota 1=11+1 ntat+1 b=Nx I ptat +1 ntat+1 b 公式 13 將公式7、8及10代入公式13可得

X kxTxln( I total = Νχ qxRl AREA1 AREA2； 1 Veb3 ~R2~ 公式14

+

Mxlptat β +1 〇S + l)x~R2

Veb3 再將公式12及14代入公式11可得參考電壓 nxkxTxlnG^1·)

Vref = Veb4 + [Nx___AREA2 + Veb3

QxR1 ~R2~ 公式 15

Mxlptat Veb3 ^ + 1 C^ + 1)xR2]xR3 從么式15可看出，只要調整電阻R1、R2及R3以及尺寸比N及M 便能調整參考電壓Vref。 圖9顯示糊電腦軟體設計的電路，其中電路％係根據圖8 的參考電壓產生電路4Q所設計的，電路52及％則是輸崎衝器。 • 〇及圖11疋根細9的電路所做賴擬圖。圖中最上面所 12 1313531 ί的曲線6G係圖9電㈣所輸出的參考電壓咖在不同溫度時 的換擬圖’中間所示的曲線62是電路5Q所輸出的參考電壓聰

10 =溫鱗__，最调曲線64伽㈣減去曲線 後所得的鱗’其中，x軸絲溫度，γ軸録賴值。從圖 10的模擬圖中可看^，參考㈣麵_丨· 5V，參考電壓觀 約為2.4V’兩者都高於f知的123V，而联乎不受溫度影響。 圖11中上面的曲線70係電路5〇所輸出的參考電壓刪在不同 頻率下的腿模_，下面的曲線72係電路5Q所輸㈣參考電 壓VRT1在不同頻率下的p猶模擬圖，其中，χ轴為頻率， 電壓的職。從圖11中可看出’參考電壓簡及簡的驗 至少都有-28dB。所以，本發參考電壓產生電路不但具有良好 的PSRR能力，並可以根據需要調整所輪出的幾乎無關 參考電壓。 •15【圖式簡單說明】 圖1係習知的參考電壓產生器； 圖2係另一習知的參考電壓產生器； 圖3顯示利用電腦軟體設計的電路；

的輸出電屋Vbg的PSRR 圖4係圖3中能隙參考電壓電路30 模擬圖； 圖5係圖3中比例電壓產生器32輸出的電壓咖及麵的 13 20 1313531 PSRR模擬圖； 圖6係圖3中參考電壓VRT的PSRR模擬圖； 圖7係圖3中參考電壓VRB的PSRR模擬圖； 圖8係本發明的實施例； 圖9顯示利用電腦軟體設計的電路； 圖10係圖9中參考電壓VRB及VRT在不同溫度時的模擬圖·， 以及 、 ， 圖Π係圖9中參考電壓及聰在不同頻率下的腿模 擬圖。 、 10 【主要元件符號說明】

10 參考電壓產生器 12 能隙參考電壓電路 14 運算放大器 16 PMOS電晶體 20 參考電壓產生器 22 NM0S電晶體 30 能隙參考電壓電路 32 比例電壓產生器 34 輸出緩衝器 36 輸出緩衝器 14 20 1313531 38 電壓VRT1的曲線 39 電壓VRB1的曲線 40 參考電壓產生電路 401 自偏電路 5 402 PMOS電晶體 - 404 PMOS電晶體 406 PMOS電晶體 • 408 PMOS電晶體 410 NM0S電晶體 10 412 丽0S電晶體 414 PMOS電晶體 - 50 參考電壓產生電路 52 輸出緩衝器 54 輸出緩衝器 •l5 60 參考電壓VRB1的曲線 62 參考電壓VRT1的曲線 64 曲線60減去曲線62後所得的曲線 70 參考電壓VRB1的曲線 72 參考電壓VRT1的曲線 15

Claims (1)

1313531 申請專利範圍： -種參考電麵生電路，用以供應—無關溫度變化的參考 電壓在-輸出端，該參考翅產生電路包括： 一雙極性電晶體，接成一二極體； 二件’連接在該輪出端及雙極性電晶體之間； 至該電 第，供應一具有正溫度係數的第一電流至言 阻性7C件；以及

一第供應—具有負溫度係數的第二電流至該 電 10 15 20 2. 如請求項丨之參考電壓產生電路，其中該第—電流源包括： 第-雙極性電晶體，接成—二極體，該第二雙極性曰 體的射極與基極之間具有一第一壓差； 曰曰 -第二雙極性電晶體，接成—二極體，該第三雙極性電晶 體的射極與基極之間具有一第二壓差； 一第二電阻性元件，根據該第一及第二壓差之間的差值大 小產生一具有該正溫度係數的第三電流；以及 一電流鏡，鏡射該第三電流產生該第一電流。 3. 如請求項1之參考電壓產生電路，其中該第二電流源包括： 一第二雙極性電晶體，具有一射極、一集極及一基極連接 該電阻性元件；以及 一第二電阻性元件，連接在該第二雙極性電晶體的射極及 基極之間，根據該第二雙極性電晶體的射極及基極之 間的壓差產生該第二電流。

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