TWI444813B - 帶隙電路與其啟動電路 - Google Patents

Description

帶隙電路與其啟動電路

本發明是有關於一種帶隙電路與其啟動電路，且特別是有關於一種具有啟動功能的帶隙電路與其啟動電路。

圖1為傳統之帶隙電路的電路圖。如圖1所示，帶隙電路100包括啟動電路110與參考電流產生電路120。其中，參考電流產生電路120包括多個電流鏡121~124，且電流鏡121~124相互疊接並具有偏壓節點N₁₁ ~N₁₄ 。此外，相互疊接的電流鏡121~124透過雙載子電晶體BT11與BT12以及電阻R1電性連接至接地端。藉此，參考電流產生電路120將可透過P通道電晶體MT11與MT12，映射出與絕對溫度成比例(proportional to absolute temperature，簡稱PTAT)的偏壓電流IB₁ 。

為了致使參考電流產生電路120可以正常地提供偏壓電流IB₁ ，啟動電路110用以致使參考電流產生電路120脫離零電流狀態(zero-current state)。在操作上，位在偏壓節點N₁₃ 與N₁₄ 之偏壓電壓VB₁₁ 與VB₁₂ ，兩者之其一會被傳送至啟動電路110，且啟動電路110會依據N通道電晶體MN12的導通狀態，而決定是否提供一啟動電壓VT₁ 至偏壓節點N₁₁ 或N₁₂ 。舉例來說，圖2為電源電壓的時序圖。如圖2所示，依據電源開啟(power sequence)程序，啟動電路110會分別在時間區間T₂₁ 與T₂₂ 中啟動參考電流產生電路120。

在時間區間T₂₁ 內，電源電壓VD₁ 會從最低位準(例如：0伏特)逐漸上升至位準LV₂₁ 。此外，在電源電壓VD₁ 上升的初期，偏壓電壓VB₁₁ 與VB₁₂ 接近最低位準，因此N通道電晶體MN11無法導通。此外，此時的N通道電晶體MN12的閘極電壓將被拉升至高電壓位準，進而致使N通道電晶體MN12導通。如此一來，啟動電路110將可輸出啟動電壓VT₁ ，以致使參考電流產生電路120脫離零電流狀態。之後，偏壓電壓VB₁₁ 與VB₁₂ 將隨著電源電壓VD₁ 的逐漸上升而上升，進而導通N通道電晶體MN11。此時，N通道電晶體MN12的閘極電壓將被下拉至低電壓位準，進而致使N通道電晶體MN12無法導通。如此一來，啟動電路110將停止輸出啟動電壓VT₁ ，且參考電流產生電路120將可正常地供應偏壓電流IB₁ 。

然而，當啟動電路110進行二次啟動時，也就是在時間區間T₂₂ 內，電源電壓VD₁ 會從位準LV₂₂ 逐漸上升至位準LV₂₁ 。此時，由於電源電壓VD₁ 沒有完全地下拉至最低位準(例如：0伏特)，因此偏壓電壓VB₁₁ 與VB₁₂ 將無法完全地被放電。藉此，在電源電壓VD₁ 上升的初期，電晶體MN11將維持在導通的狀態，進而致使電晶體MN12無法導通，且電流鏡121~124無法產生初始電流。如此一來，參考電流產生電路120將可能無法脫離零電流狀態。

換言之，當電源電壓沒有被完全下拉至最低位準，或是電源電壓關閉後隨即又很快地被啟動時，由於位在偏壓節點上的偏壓電壓沒有完全地被放電，因此傳統的啟動電路110將誤判進行啟動的時間點。換言之，傳統的啟動電路110在某些電源開啟程序上會有一定的機率無法啟動參考電流產生電路120。

本發明提供一種啟動電路，藉由感測參考電路中的電流來作為啟動的依據。藉此，即使位在偏壓節點上的偏壓電壓沒有完全地被放電，啟動電路依舊可以正常地對參考電路進行啟動。

本發明提供一種帶隙電路，利用啟動電路來啟動參考電路。此外，即使位在偏壓節點上的偏壓電壓沒有完全地被放電，啟動電路依舊可以正常地對參考電路進行啟動。

本發明提出一種啟動電路，用以啟動包括多個偏壓節點的一參考電路，且啟動電路包括電流源、電流鏡、負載元件、以及控制元件。電流源依據位在部份之偏壓節點的多個偏壓電壓，而決定是否產生內部電流。電流鏡複製內部電流，並據以產生鏡射電流。負載元件依據鏡射電流而調整控制電壓。控制元件依據控制電壓而決定是否產生啟動電壓，並將啟動電壓傳送至部份之偏壓節點之其一，以致使參考電路脫離零電流狀態。

在本發明之一實施例中，上述之電流源包括多個第一P通道電晶體。其中，這些第一P通道電晶體的閘極電性連接部份之偏壓節點，且這些第一P通道電晶體相互串接在電源電壓與電流鏡之間。

在本發明之一實施例中，上述之電流鏡包括第一N通道電晶體與第二N通道電晶體。其中，第一N通道電晶體的汲極與閘極電性連接電流源，且第一N通道電晶體的源極電性連接至接地電壓。第二N通道電晶體的汲極電性連接負載元件，第二N通道電晶體的閘極電性連接第一N通道電晶體的閘極，第二N通道電晶體的源極電性連接至接地電壓。

在本發明之一實施例中，上述之負載元件包括多個第二P通道電晶體。其中，這些第二P通道電晶體的閘極電性連接至接地電壓，且這些第二P通道電晶體相互串接在電源電壓與第二N通道電晶體的汲極之間。

在本發明之一實施例中，上述之控制元件包括第三N通道電晶體。其中，第三N通道電晶體的汲極電性連接部份之偏壓節點之其一，第三N通道電晶體的閘極電性連接第二N通道電晶體的汲極，第三N通道電晶體的源極電性連接至接地電壓。

本發明提出一種帶隙電路，包括參考電路與啟動電路。參考電路包括多個偏壓節點。啟動電路用以啟動參考電路，並包括電流源、電流鏡、負載元件、以及控制元件。其中，電流源依據位在部份之偏壓節點的多個偏壓電壓，而決定是否產生內部電流。電流鏡複製內部電流，並據以產生鏡射電流。負載元件依據鏡射電流而調整控制電壓。控制元件依據控制電壓而決定是否產生啟動電壓，並將啟動電壓傳送至部份之偏壓節點之其一，以致使參考電路脫離零電流狀態。

基於上述，本發明是利用電流源來感測參考電路中的電流，並依據內部電流的產生與否來做為啟動的依據。如此一來，即使在啟動的期間內，位在偏壓節點上的偏壓電壓沒有完全地被放電，本發明之啟動電路依舊可以正常地對參考電路進行啟動，以促使參考電路脫離零電流狀態。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖3為依據本發明之一實施例之帶隙電路的電路圖。如圖3所示，帶隙電路包括啟動電路310與參考電路320。其中，參考電路320可例如是參考電流產生電路或是參考電壓產生電路。在此，本實施例是以參考電流產生電路為例來進行說明，因此參考電路320包括電流鏡321~324、電阻R3、雙載子電晶體BT31與BT32、以及P通道電晶體MT31與MT32。

電流鏡321~324相互疊接，具有偏壓節點N₃₁ ~N₃₄ 。此外，電流鏡321用以接收電源電壓VD₃ 。電流鏡324的一端透過電阻R3與雙載子電晶體BT31電性連接至一接地電壓，且電流鏡324的另一端透過雙載子電晶體BT32電性連接至接地電壓。藉此，參考電流產生電路320將可透過P通道電晶體MT31與MT32，映射出與絕對溫度成比例的偏壓電流IB₃ 。

請繼續參照圖3，啟動電路310包括電流源311、電流鏡312、負載元件313、以及控制元件314。其中，電流源311包括多個P通道電晶體MP31與MP32。在此，P通道電晶體MP31與MP32相互串接在電源電壓VD₃ 與電流鏡312之間。且就細部連接結構來看，P通道電晶體MP31的源極電性連接電源電壓VD₃ ，且P通道電晶體MP31的閘極電性連接偏壓節點N₃₁ 。再者，P通道電晶體MP32的源極電性連接P通道電晶體MP31的汲極，P通道電晶體MP32的閘極電性連接偏壓節點N₃₂ ，且P通道電晶體MP32的汲極電性連接電流鏡312。

電流鏡312包括N通道電晶體MN31與MN32。其中，N通道電晶體MN31的汲極與閘極電性連接電流源311，且N通道電晶體的源極電性連接至接地電壓。此外，N通道電晶體MN32的汲極電性連接負載元件313，N通道電晶體MN32的閘極電性連接N通道電晶體MN31的閘極，且N通道電晶體MN32的源極電性連接至接地電壓。

負載元件313包括多個P通道電晶體MP33~MP36。其中，P通道電晶體MP33~MP36的閘極電性連接至接地電壓，且P通道電晶體MP33~MP36相互串接在電源電壓VD₃ 與N通道電晶體MN32的汲極之間。再者，控制元件314包括N通道電晶體MN33。其中，N通道電晶體MN33的汲極電性連接偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 之其一，N通道電晶體MN33的閘極電性連接N通道電晶體MN32的汲極，且N通道電晶體MN33的源極電性連接至接地電壓。此外，負載元件313也可由單一或是多個電阻串接而成。

在實際操作上，以圖2所繪示的電源開啟程序為例來看，啟動電路310會分別在時間區間T₂₁ 與T₂₂ 中啟動參考電路320。在時間區間T₂₁ 內，電源電壓VD₃ 會從最低位準(例如：0伏特)逐漸上升至位準LV₂₁ 。此外，在電源電壓VD₃ 上升的初期，參考電路320中的電流鏡321~324無法產生電流。相對地，此時位在偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 的偏壓電壓VB₃₁ 與VB₃₂ 也將無法促使電流源311產生內部電流IN₃ 。

如此一來，電流鏡312將無法提供鏡射電流給負載元件313。在無法接收到鏡射電流的情況下，負載元件313將把控制電壓VC₃ 的位準上拉至高電壓位準。藉此，控制元件314將依據具有高電壓位準的控制電壓VC₃ 而導通其兩端，進而產生啟動電壓VT₃ 至偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 之其一。在接收到啟動電壓VT₃ 的情況下，參考電路320中的電流鏡321~324將產生初始電流，進而致使參考電路320脫離零電流狀態。

之後，隨著電源電壓VD₃ 的逐漸上升，電流源311將依據偏壓電壓VB₃₁ 與VB₃₂ 開始產生內部電流IN₃ 。相對地，電流鏡312將複製內部電流IN₃ ，並據以產生鏡射電流至負載元件313。在接收到鏡射電流的情況下，負載元件313將把控制電壓VC₃ 的位準下拉至低電壓位準。藉此，控制元件314將依據具有低電壓位準的控制電壓VC₃ 而無法導通其兩端，進而無法產生啟動電壓VT₃ 至偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 之其一。如此一來，啟動電路310將停止輸出啟動電壓VT₃ ，且參考電路320將可正常地供應偏壓電流IB₃ 。

更進一步來看，當啟動電路310進行二次啟動時，也就是在時間區間T₂₂ 內，電源電壓VD₃ 會從位準LV₂₂ 逐漸上升至位準LV₂₁ 。此時，雖然電源電壓VD₃ 沒有完全下拉到最低位準(例如：0伏特)，但是在電源電壓VD₃ 上升的初期，參考電路320中的電流鏡321~324依舊無法產生電流。因此，如同第一次啟動一般，此時位在偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 的偏壓電壓VB₃₁ 與VB₃₂ 依舊無法促使電流源311產生內部電流IN₃ 。藉此，啟動電路310將可提供啟動電壓VT₃ 至偏壓節點N₃₁ 與N₃₂ 之其一。如此一來，參考電路320中的電流鏡321~324將產生初始電流，進而致使參考電路320脫離零電流狀態。

相似地，在二次啟動的期間內，隨著電源電壓VD₃ 的逐漸上升，電流源311將依據偏壓電壓VB₃₁ 與VB₃₂ 開始產生內部電流IN₃ 。相對地，電流鏡312將產生鏡射電流至負載元件313，進而把控制電壓VC₃ 的位準下拉至低電壓位準。藉此，控制元件314將依據具有低電壓位準的控制電壓VC₃ ，而停止輸出啟動電壓VT₃ 至參考電路320。

綜上所述，本發明是利用電流源來感測參考電路中的電流，並依據內部電流的產生與否來做為啟動的依據。如此一來，當電源電壓沒有被完全下拉至最低位準，或是電源電壓關閉後隨即又很快地被啟動時，本發明之啟動電路依舊可以判別出啟動的時間點。換言之，即使在啟動的期間內，位在偏壓節點上的偏壓電壓沒有完全地被放電，本發明之啟動電路依舊可以正常地對參考電路進行啟動，以促使參考電路脫離零電流狀態。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．帶隙電路

110、310．．．啟動電路

120．．．參考電流產生電路

121~124、321~324、312．．．電流鏡

N₁₁ ~N₁₄ 、N₃₁ ~N₃₄ ．．．偏壓節點

VB₁₁ 、VB₁₂ 、VB₃₁ 、VB₃₂ ．．．偏壓電壓

BT11、BT12、BT31、BT32．．．雙載子電晶體

R1、R3．．．電阻

VD₁ 、VD₃ ‧‧‧電源電壓

MT11、MT12、MT31、MT32、MP31~MP36‧‧‧P通道電晶體

IB₁ 、IB₃ ‧‧‧偏壓電流

MN11、MN12、MN31、MN32‧‧‧N通道電晶體

VT₁ 、VT₃ ‧‧‧啟動電壓

LV₂₁ 、LV₂₂ ‧‧‧位準

T₂₁ 、T₂₂ ‧‧‧時間區間

320‧‧‧參考電路

311‧‧‧電流源

313‧‧‧負載元件

314‧‧‧控制元件

VC₃ ‧‧‧控制電壓

IN₃ ‧‧‧內部電流

圖1為傳統之帶隙電路的電路圖。

圖2為電源電壓的時序圖。

圖3為依據本發明之一實施例之帶隙電路的電路圖。

310．．．啟動電路

320．．．參考電路

321~324．．．電流鏡

R3．．．電阻

BT31、BT32．．．雙載子電晶體

MT31、MT32、MP31~MP36．．．P通道電晶體

N₃₁ ~N₃₄ ．．．偏壓節點

IB₃ ．．．偏壓電流

VB₃₁ 、VB₃₂ ．．．偏壓電壓

311．．．電流源

312．．．電流鏡

313．．．負載元件

314．．．控制元件

MN31、MN32．．．N通道電晶體

VD₃ ．．．電源電壓

VC₃ ．．．控制電壓

VT₃ ．．．啟動電壓

IN₃ ．．．內部電流

Claims (10)

1. 一種啟動電路，用以啟動一參考電路，其中該參考電路包括多個偏壓節點，且該啟動電路包括：一電流源，依據位在部份該些偏壓節點的多個偏壓電壓，而決定是否產生一內部電流；一電流鏡，複製該內部電流，並據以產生一鏡射電流；一負載元件，依據該鏡射電流而調整一控制電壓；以及一控制元件，依據該控制電壓而決定是否產生一啟動電壓，並將該啟動電壓傳送至所述部份該些偏壓節點之其一，以致使該參考電路脫離零電流狀態，其中，該控制元件包括一第一N通道電晶體，該第一N通道電晶體的汲極電性連接所述部份該些偏壓節點之其一，該第一N通道電晶體的閘極電性連接該電流鏡與該負載元件，該第一N通道電晶體的源極電性連接一接地電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之啟動電路，其中該電流源包括：多個P通道電晶體，其中該些P通道電晶體的閘極電性連接所述部份該些偏壓節點，且該些P通道電晶體相互串接在一電源電壓與該電流鏡之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之啟動電路，其中該電流鏡包括：一第二N通道電晶體，其汲極與閘極電性連接該電流源，且該第二N通道電晶體的源極電性連接該接地電壓； 以及一第三N通道電晶體，其汲極電性連接該負載元件，該第三N通道電晶體的閘極電性連接該第二N通道電晶體的閘極，該第三N通道電晶體的源極電性連接該接地電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之啟動電路，其中該負載元件包括：多個P通道電晶體，該些P通道電晶體的閘極電性連接該接地電壓，且該些P通道電晶體相互串接在一電源電壓與該第三N通道電晶體的汲極之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之啟動電路，其中該參考電路為一參考電流產生電路或是一參考電壓產生電路。
6. 一種帶隙電路，包括：一參考電路，包括多個偏壓節點；以及一啟動電路，用以啟動該參考電路，並包括：一電流源，依據位在部份該些偏壓節點的多個偏壓電壓，而決定是否產生一內部電流；一電流鏡，複製該內部電流，並據以產生一鏡射電流；一負載元件，依據該鏡射電流而調整一控制電壓；以及一控制元件，依據該控制電壓而決定是否產生一啟動電壓，並將該啟動電壓傳送至所述部份該些偏壓節點之其一，以致使該參考電路脫離零電流狀態，其中，該控制元件包括一第一N通道電晶體，該第一 N通道電晶體的汲極電性連接所述部份該些偏壓節點之其一，該第一N通道電晶體的閘極電性連接該電流鏡與該負載元件，該第一N通道電晶體的源極電性連接一接地電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之帶隙電路，其中該電流源包括：多個P通道電晶體，其中該些P通道電晶體的閘極電性連接所述部份該些偏壓節點，且該些P通道電晶體相互串接在一電源電壓與該電流鏡之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之帶隙電路，其中該電流鏡包括：一第二N通道電晶體，其汲極與閘極電性連接該電流源，且該第二N通道電晶體的源極電性連接該接地電壓；以及一第三N通道電晶體，其汲極電性連接該負載元件，該第三N通道電晶體的閘極電性連接該第二N通道電晶體的閘極，該第三N通道電晶體的源極電性連接該接地電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之帶隙電路，其中該負載元件包括：多個P通道電晶體，該些P通道電晶體的閘極電性連接該接地電壓，且該些P通道電晶體相互串接在一電源電壓與該第三N通道電晶體的汲極之間。
10. 如申請專利範圍第6項所述之帶隙電路，其中該參考電路為一參考電流產生電路或是一參考電壓產生電路。