TWI536139B - 溫度補償電路 - Google Patents

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TWI536139B TW104125482A TW104125482A TWI536139B TW I536139 B TWI536139 B TW I536139B TW 104125482 A TW104125482 A TW 104125482A TW 104125482 A TW104125482 A TW 104125482A TW I536139 B TWI536139 B TW I536139B
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鄭詩翰
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溫度補償電路
本發明是有關於一種溫度補償電路，且特別是有關於一種適用於能隙參考電路之溫度補償電路。
圖1A為習知的能隙參考電路之示意圖。請參照圖1A，能隙參考電路100包含了兩個不同尺寸的雙載子電晶體10~11、兩個誤差放大器12~13、PMOS電晶體14~18與電阻R1、R2、R31與R32。
此能隙參考電路100係利用雙載子電晶體10的射-基極電壓VEB與溫度成反比的關係來取得一與溫度成反比的負溫度電流INT(亦即負溫度電流INT具有負溫度係數)。此外，能隙參考電路100還利用雙載子電晶體10、11的射-基極電壓差△VEB與電阻R1來產生一與溫度成正比的正溫度電流IPT(亦即正溫度電流IPT具有正溫度係數)。因此，能隙參考電路100便可利用由MOS電晶體14~18所形成的二個電流鏡(current mirror)來將負溫度電流INT與正溫度電流IPT鏡射至能隙參考電路100的輸出端VOUT，以將上述二個電流相加而形成參考電流Iref。如此一來，只要調整負溫度電流INT與正溫度電流IPT其中任一的大小(或是二者皆做調整)，理論上就能使得參考電流Iref與溫度的變化無關，進而降低溫度對能 隙參考電路100所輸出之參考電壓的影響。
然而，在實際設計出來的能隙參考電路100中，參考電流Iref的大小仍多少會隨著溫度而改變，一如圖1B所示。圖1B即繪示參考電流Iref與溫度T之變化關係。由於在類比電路的設計裡，能隙參考電路100一直是不可或缺的核心電路，因此若參考電流Iref會隨著溫度而變化，就會影響與能隙參考電路100搭配使用之電子產品的操作穩定性。因此，如何再進一步降低參考電流Iref隨著溫度的變化程度，乃是一個相當重要的課題。
本發明提供一種溫度補償電路，其適用於能隙參考電路。上述溫度補償電路包括有第一電流源、第二電流源、第三電流源、第四電流源、第一電流鏡及第二電流鏡。第一電流源之一端電性耦接電源電壓。第二電流源電性耦接於第一電流源之另一端與參考電位之間。第三電流源之一端電性耦接電源電壓。第四電流源電性耦接於第三電流源之另一端與參考電位之間。第一電流鏡包括有第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端與第一控制端，且第一端電性耦接第一電流源之另一端，第二端電性耦接參考電位，而第一控制端電性耦接第一端。第二電晶體具有第三端、第四端與第二控制端，且第三端透過電阻(例如圖1之電阻R31)電性耦接能隙參考電路之輸出端，第四端電性耦接參考電位，而第二控制端電性耦接第一控制端。第二電流鏡包括有第三電晶體及第四電晶體。第三電晶體具有第五端、第六端與第三控制端，且第五端電性耦接第三電流源之另一端， 第六端電性耦接參考電位，而第三控制端電性耦接第五端。第四電晶體具有第七端、第八端與第四控制端，且第七端透過上述電阻電性耦接能隙參考電路之輸出端，第八端電性耦接參考電位，而第四控制端電性耦接第三控制端。
在另一實施例中，上述之溫度補償電路還包括有第三電流鏡及第四電流鏡，且第一電晶體之第一端更透過第三電流鏡電性耦接第一電流源之另一端，而第三電晶體之第五端更透過第四電流鏡電性耦接第三電流源之另一端。第三電流鏡包括有第五電晶體及第六電晶體。第五電晶體具有第九端、第十端與第五控制端。第九端電性耦接電源電壓，第十端電性耦接第一電流源之另一端，而第五控制端電性耦接第十端。第六電晶體具有第十一端、第十二端與第六控制端。第十一端電性耦接電源電壓，第十二端電性耦接第一電晶體之第一端，而第六控制端電性耦接第五控制端。第四電流鏡包括有第七電晶體及第八電晶體。第七電晶體具有第十三端、第十四端與第七控制端，第十三端電性耦接電源電壓，第十四端電性耦接第三電流源之另一端，而第七控制端電性耦接第十四端。第八電晶體具有第十五端、第十六端與第八控制端，第十五端電性耦接電源電壓，第十六端電性耦接第三電晶體之第五端，而第八控制端電性耦接第七控制端。
在上述各實施例中，上述之溫度補償電路其第一電流源與第四電流源所供應之電流皆具有負溫度係數，第二電流源與第三電流源所供應之電流皆具有正溫度係數。第一電流源與第四電流源皆依據能隙參考電路所產生之第一電流來產生其輸出電流。其中，第一電流具有負溫度係數。第二電流源與第三電流源皆依據能隙參考電路所產生之第二電流 來產生其輸出電流。其中，第二電流具有正溫度係數。
在又一實施例中，上述之溫度補償電路還包括有第三電流鏡，且第一電流鏡之第一端更透過第三電流鏡電性耦接第一電流源之另一端，其中第三電流鏡包括有第五電晶體及第六電晶體。第五電晶體具有第九端、第十端與第五控制端，第九端電性耦接電源電壓，第十端電性耦接第一電流源之另一端，而第五控制端電性耦接第十端。第六電晶體具有第十一端、第十二端與第六控制端，第十一端電性耦接電源電壓，第十二端電性耦接第一電晶體之第一端，而第六控制端電性耦接第五控制端。
在上述又一實施例中，第一電流源與第三電流源所供應之電流皆具有正溫度係數或皆具有負溫度係數，第二電流源與第四電流源所供應之電流皆具有正溫度係數與負溫度係數中之不同於第一電流源與第三電流源所具有者，且第一電流源與第三電流源皆依據能隙參考電路所產生之第一電流來產生其輸出電流，第一電流具有正溫度係數與負溫度係數的其中之一，而第二電流源與第四電流源皆依據能隙參考電路所產生之第二電流來產生其輸出電流，第二電流具有正溫度係數與負溫度係數的其中另一。
本發明解決前述問題的方式，乃是利用四個電流源與至少二個電流鏡來構成溫度補償電路，並使其中二個電流源依據能隙參考電路所產生之具有正溫度係數的電流來產生同樣具有正溫度係數的輸出電流，同時使另外二個電流源依據能隙參考電路所產生之具有負溫度係數的電流來產生同樣具有負溫度係數的輸出電流。因此，只要透過適當地配置上述四個電流源的相對位置來形成互鎖機制，就能使溫度補 償電路隨著溫度的變化而分成二個部分來進行操作。溫度補償電路的其中一部份會在能隙參考電路操作在低溫度區(例如-40℃~5℃)時，自能隙參考電路的輸出端汲取一負溫度電流，相當於提供一正溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償；而溫度補償電路的另一部份則會在能隙參考電路操作在高溫度區(例如60℃~140℃)時，自能隙參考電路的輸出端汲取一正溫度電流，相當於提供一負溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償。如此一來，參考電流Iref隨著溫度的變化量便可再進一步降低。
10、11、14~18、251、252、261、262、511、512、521、522、722、732、752、762、822、842、872‧‧‧電晶體
12、13‧‧‧誤差放大器
21~24‧‧‧電流源
25、26、51、52、730、760、830、840、870‧‧‧電流鏡
100‧‧‧能隙參考電路
101、102、710、720、740、810、820、850、860‧‧‧電路
200、500‧‧‧溫度補償電路
GND‧‧‧接地電位
I‧‧‧電流大小
Iref’‧‧‧經過溫度補償後的參考電流Iref
ICC、Iti、Itl、ILT、IHT、INT、IPT、Iref‧‧‧電流
R、R1、R2、R31、R32‧‧‧電阻
T‧‧‧溫度
T1、T2、T3、T4‧‧‧溫度點
VDD‧‧‧電源電壓
VOUT‧‧‧輸出端
△VEB‧‧‧射-基極電壓差
圖1A為習知的能隙參考電路之示意圖。
圖1B係繪示參考電流Iref與溫度T之變化關係。
圖2A為本發明之溫度補償電路之第一實施例之示意圖。
圖2B係繪示正溫度電流IPT與負溫度電流INT二者的電流大小I與溫度T之變化關係。
圖2C係繪示電流ICC與溫度T之變化關係。
圖2D係繪示經過溫度補償後的參考電流Iref與溫度T的變化關係。
圖3為調整低溫度區的補償溫度點之其中一方式的示意圖。
圖4為調整高溫度區的補償溫度點之其中一方式的示意圖。
圖5為本發明之溫度補償電路之第二實施例之示意圖。
圖6A為本發明之溫度補償電路之第三實施例之示意圖。
圖6B為本發明之溫度補償電路之第四實施例之示意圖。
圖7係繪示將本發明之溫度補償電路200應用於能隙參考電路100之其中一種實施方式。
圖8係繪示將本發明之溫度補償電路601或602應用於能隙參考電路100之其中一種實施方式。
圖2A為本發明之溫度補償電路之第一實施例之示意圖。如圖2A所示，溫度補償電路200包括有電流源21、電流源22、電流源23、電流源24、電流鏡25及電流鏡26。電流源21之一端電性耦接電源電壓VDD。電流源22電性耦接於電流源21之另一端與參考電位(例如是接地電位GND)之間。電流源23之一端電性耦接電源電壓VDD。電流源24電性耦接於電流源23之另一端與接地電位GND之間。
電流鏡25包括有電晶體251及電晶體252。電晶體251具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體251之第一端電性耦接電流源21之另一端，電晶體251之第二端電性耦接接地電位GND，而電晶體251之控制端電性耦接電晶體251之第一端。電晶體252亦具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體252之第一端透過電阻R(在此例中，電阻R係採用圖1之電阻R31來實現)電性耦接能隙參考電路100之輸出端VOUT，電晶體252之第二端電性耦接接地電位GND，而電晶體252之控制端電性耦接電晶體251之控制端。
電流鏡26包括有電晶體261及電晶體262。電晶體261具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體261之第一端電性耦接電流源23之另一端，電晶體261之第二端電性 耦接接地電位GND，而電晶體261之控制端電性耦接電晶體261之第一端。電晶體262亦具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體262之第一端亦透過電阻R電性耦接能隙參考電路100之輸出端VOUT，電晶體262之第二端電性耦接接地電位GND，而電晶體262之控制端電性耦接電晶體261之控制端。
在此例中，電晶體251、電晶體252、電晶體261與電晶體262各以一NMOS電晶體來實現，且這些NMOS電晶體的尺寸皆相同。此外，電流源21與電流源24皆依據能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT來產生其輸出電流，因而所產生的輸出電流也具有負溫度係數。而電流源22與電流源23皆依據能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT來產生其輸出電流，因而所產生的輸出電流也具有正溫度係數。在圖2A中，在電流源21與電流源24旁所標示的INT乃是表示這二者所產生之輸出電流的大小係與負溫度電流INT的大小相等，而在電流源22與電流源23旁所標示的IPT乃是表示這二者所產生之輸出電流的大小係與正溫度電流IPT的大小相等。圖2B即繪示正溫度電流IPT與負溫度電流INT二者的電流大小I與溫度T之變化關係。
請合併參照圖2A與2B。當能隙參考電路100操作於低溫度區時，由於此時能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT大於正溫度電流IPT，且依據柯西荷夫電流(KCL)定律可得Iti=INT-IPT，因此可知Iti亦為負溫度電流，且電流鏡25會動作以透過電阻R而自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取負溫度電流ILT。而由於依據柯西荷夫電流定律可得Itl=0，因此可知此時的電流鏡26不會動作而使得電流IHT 亦為0。由於參考電流Iref在低溫度區時是呈現負溫度係數(請見圖1B)，而此時溫度補償電路200會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取具負溫度電流ILT，相當於提供一正溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償，一如圖2C之低溫度區所示。圖2C即繪示電流ICC與溫度T之變化關係。請再合併參照圖1B與圖2C，將此二圖於低溫度區的線段相加，便可取得經過溫度補償後的參考電流Iref與溫度T的變化關係，一如圖2D之低溫度區所示。圖2D即繪示經過溫度補償後的參考電流Iref與溫度T的變化關係，其中標示Iref ’表示經過溫度補償後的參考電流。
請再合併參照圖2A與2B。當能隙參考電路100操作於高溫度區時，由於此時能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT大於負溫度電流INT，且依據柯西荷夫電流定律可得Itl=IPT-INT，因此可知Itl亦為正溫度電流，且電流鏡26會動作以透過電阻R而自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取正溫度電流IHT。而由於依據柯西荷夫電流定律可得Iti=0，因此可知此時的電流鏡25不會動作而使得電流ILT亦為0。由於參考電流Iref在高溫度區時是呈現正溫度係數(請見圖1B)，而此時溫度補償電路200會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取具正溫度電流IHT，相當於提供一負溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償，一如圖2C之高溫度區所示。請再合併參照圖1B與圖2C，將此二圖於高溫度區的線段相加，便可取得經過溫度補償後的參考電流Iref與溫度T的變化關係，一如圖2D之高溫度區所示。
經比較圖1B與圖2D所示內容，可知本發明之溫度補償電路200確實可以再進一步降低參考電流Iref隨著溫 度T的變化程度。
請再參照圖2A。此溫度補償電路200還有一個重要功能，就是藉由調整電流源21與電流源22之輸出電流的大小，就能進一步調整低溫度區的補償溫度點。同樣地，藉由調整電流源23與電流源24之輸出電流的大小，就能進一步調整高溫度區的補償溫度點。以圖3與圖4來分別說明之。
圖3即為調整低溫度區的補償溫度點之其中一方式的示意圖。如圖3所示，假設電流源21目前的輸出電流大小為A2倍的負溫度電流INT，而電流源22目前的輸出電流大小為A11倍的正溫度電流IPT，因此若將電流源22的輸出電流大小由A11倍的正溫度電流IPT提升為A12倍的正溫度電流IPT，那麼低溫度區的補償溫度點就會由溫度點T1下降至溫度點T2。這表示，溫度補償電路200原本在溫度點T1以下就會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取負溫度電流ILT來進行溫度補償，而經調整後，溫度補償電路200則會在溫度點T2以下才會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取負溫度電流ILT來進行溫度補償。而由以上可知，調整補償溫度點就是在調整溫度的補償範圍。
圖4即為調整高溫度區的補償溫度點之其中一方式的示意圖。如圖4所示，假設電流源23目前的輸出電流大小為B2倍的正溫度電流IPT，而電流源24目前的輸出電流大小為B11倍的負溫度電流INT，因此若將電流源24的輸出電流大小由B11倍的負溫度電流INT提升為B12倍的負溫度電流INT，那麼高溫度區的補償溫度點就會由溫度點T3上升至溫度點T4。這表示，溫度補償電路200原本在溫度點T3以上就 會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取正溫度電流IHT來進行溫度補償，而經調整後，溫度補償電路200則會在溫度點T4以上才會自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取正溫度電流IHT來進行溫度補償。
請再參照圖2A。值得一提的是，藉由調整電晶體251與252二者之尺寸的比例，就能進一步調整負溫度電流ILT的大小。舉例來說，若將電晶體251的尺寸維持不變，並增大電晶體252的尺寸，就能增大負溫度電流ILT的大小。同理，藉由調整電晶體261與262二者之尺寸的比例，就能進一步調整正溫度電流IHT的大小。
圖5為本發明之溫度補償電路之第二實施例之示意圖。在圖5中，標示與圖2A中之標示相同者係表示相同的物件或訊號。而經比較圖5與圖2A所示內容，可知溫度補償電路500相對於溫度補償電路200而言乃是額外採用了電流鏡51及電流鏡52。
上述之電流鏡51包括有電晶體511與512，而電流鏡52包括有電晶體521與522。電晶體511具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體511之第一端電性耦接電源電壓VDD，電晶體511之第二端電性耦接電流源21之另一端，而電晶體511之控制端電性耦接電晶體511之第二端。電晶體512亦具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體512之第一端亦電性耦接電源電壓VDD，電晶體512之第二端電性耦接電晶體251之第一端，而電晶體512之控制端電性耦接電晶體511之控制端。此外，電晶體521具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體521之第一端電性耦接電源電壓VDD，電晶體521之第二端電性耦接電流源23之另一端，而 電晶體521之控制端電性耦接電晶體521之第二端。電晶體522亦具有第一端、第二端與一控制端，且電晶體522之第一端亦電性耦接電源電壓VDD，電晶體522之第二端電性耦接電晶體261之第一端，而電晶體522之控制端電性耦接電晶體521之控制端。
在此例中，電晶體511、512、521與522各以一PMOS電晶體來實現。此外，電流源21與電流源24皆依據能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT來產生其輸出電流，因而所產生的輸出電流也具有負溫度係數。而電流源22與電流源23皆依據能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT來產生其輸出電流，因而所產生的輸出電流也具有正溫度係數。在圖5中，在電流源21與電流源24旁所標示的INT乃是表示這二者所產生之輸出電流的大小係與負溫度電流INT的大小相等，而在電流源22與電流源23旁所標示的IPT乃是表示這二者所產生之輸出電流的大小係與正溫度電流IPT的大小相等。
請合併參照圖5與圖2B。當能隙參考電路500操作於低溫度區時，由於此時能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT大於正溫度電流IPT，且依據柯西荷夫電流定律可得Iti=0，因此可知此時的電流鏡51與25皆不會動作而使得電流IHT亦為0。而由於依據柯西荷夫電流定律可得Itl=INT-IPT，因此可知Itl亦為負溫度電流，且電流鏡52與26皆會動作以透過電阻R而自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取負溫度電流ILT。
而當能隙參考電路500操作於高溫度區時，由於此時能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT大於負溫度電 流INT，且依據柯西荷夫電流定律可得Iti=IPT-INT，因此可知Iti亦為正溫度電流，且電流鏡51與25皆會動作以透過電阻R而自能隙參考電路100的輸出端VOUT汲取正溫度電流IHT。而由於依據柯西荷夫電流定律可得Itl=0，因此可知此時的電流鏡52與26皆不會動作而使得電流ILT亦為0。
請再參照圖2A與圖5。由於溫度補償電路200與500的電路架構皆為對稱，因此這二者的電流源21與電流源24皆需依據能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT來產生同樣具有負溫度係數的輸出電流，而電流源22與電流源23則都必須依據能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT來產生同樣具有正溫度係數的輸出電流，這樣才能讓整個電路在低溫度區與高溫度區時分別只有一半的電路會動作，從而形成互鎖機制。
圖6A為本發明之溫度補償電路之第三實施例之示意圖。在圖6A中，標示與圖5中之標示相同者係表示相同的物件或訊號。而經比較圖6A與圖5所示內容，可知溫度補償電路601相對於溫度補償電路500而言乃是少採用了電流鏡52。圖6B為本發明之溫度補償電路之第四實施例之示意圖。在圖6B中，標示與圖5中之標示相同者係表示相同的物件或訊號。而經比較圖6B與圖5所示內容，可知溫度補償電路602相對於溫度補償電路500而言乃是少採用了電流鏡51。
必須注意的是，由於溫度補償電路601與602的電路架構皆為非對稱，因此若要使溫度補償電路601與602形成前述之互鎖機制會有二種方式。第一種方式就是使這二者的電流源21與電流源23皆依據能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT來產生同樣具有負溫度係數的輸出電流，並 使這二者的電流源22與電流源24皆依據能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT來產生同樣具有正溫度係數的輸出電流。而第二種方式就是使這二者的電流源21與電流源23皆依據能隙參考電路100所產生之正溫度電流IPT來產生同樣具有正溫度係數的輸出電流，並使這二者的電流源22與電流源24皆依據能隙參考電路100所產生之負溫度電流INT來產生同樣具有負溫度係數的輸出電流。而由於溫度補償電路601與602的動作方式係與溫度補償電路200與500的動作方式類似，在此便不再贅述。
以下將舉例說明如何將本發明之溫度補償電路應用於能隙參考電路100。圖7即繪示將本發明之溫度補償電路200應用於能隙參考電路100之其中一種實施方式。在圖7中，電路101與102的組合即為前述之能隙參考電路100，而其餘的電路則用以形成溫度補償電路200。請再同時參照圖7與圖2A。在圖7中，能隙參考電路100之電阻31用以作為圖2A中之電阻R。此外，在圖7中，電路710用以形成溫度補償電路200之電流源23，電路720用以形成形成溫度補償電路200之電流源24，而電流鏡730用以作為溫度補償電路200之電流鏡26。另外，在圖7中，電路740用以形成溫度補償電路200之電流源21，電路750用以形成形成溫度補償電路200之電流源22，而電流鏡760則用以作為溫度補償電路200之電流鏡25。在此例中，電路710與740各以一PMOS電晶體來實現，而電流鏡730與760各以二個NMOS電晶體來實現。至於電路720與750，這二者各以三個MOS電晶體來實現，其中電性耦接電源電壓VDD者係以PMOS電晶體來實現，而電性耦接接地電位GND者則以NMOS電晶體來實現。
假設圖7中之所有MOS電晶體的尺寸原本皆相同，然此時卻需要調整高溫度區的補償溫度點，那麼這樣的需求可以透過調整電路710中之PMOS電晶體的尺寸與電路720中之NMOS電晶體722的尺寸這二者的至少其中之一來達到。同理，若此時需要調整低溫度區的補償溫度點，那麼這樣的需求可以透過調整電路740中之PMOS電晶體的尺寸與電路750中之NMOS電晶體752的尺寸這二者的至少其中之一來達到。另外，調整電流鏡730中之NMOS電晶體732的尺寸則可改變高溫度區時所汲取之電流的大小。同理，調整電流鏡760中之NMOS電晶體762的尺寸則可改變低溫度區時所汲取之電流的大小。
圖8即繪示將本發明之溫度補償電路601或602應用於能隙參考電路100之其中一種實施方式。以下說明將以溫度補償電路601應用於能隙參考電路100來舉例說明。在圖8中，電路101與102的組合即為前述之能隙參考電路100，而其餘的電路則用以形成溫度補償電路601。請再同時參照圖8與圖6A。在圖8中，能隙參考電路100之電阻R31用以作為圖6A中之電阻R。此外，在圖8中，電路810用以形成溫度補償電路601之電流源21，電路820用以形成形成溫度補償電路601之電流源22，電流鏡830用以作為溫度補償電路601之電流鏡51，而電流鏡840用以作為溫度補償電路601之電流鏡25。
另外，在圖8中，電路850用以形成溫度補償電路601之電流源23，電路860用以形成溫度補償電路601之電流源24，而電流鏡870則用以作為溫度補償電路601之電流鏡26。在此例中，電路810與850各以一PMOS電晶體來 實現，而電路860以一NMOS電晶體來實現。此外，電流鏡830、840與870各以二個MOS電晶體來實現，其中電性耦接電源電壓VDD者係以PMOS電晶體來實現，而電性耦接接地電位GND者則以NMOS電晶體來實現。至於電路820，其以三個MOS電晶體來實現，其中電性耦接電源電壓VDD者係以PMOS電晶體來實現，而電性耦接接地電位GND者則以NMOS電晶體來實現。
假設圖8中之所有MOS電晶體的尺寸原本皆相同，然此時卻需要調整高溫度區的補償溫度點，那麼這樣的需求可以透過調整電路850中之PMOS電晶體的尺寸與電路860中之NMOS電晶體的尺寸這二者的至少其中之一來達到。同理，若此時需要調整低溫度區的補償溫度點，那麼這樣的需求可以透過調整電路810中之PMOS電晶體的尺寸與電路820中之NMOS電晶體822的尺寸這二者的至少其中之一來達到。另外，調整電流鏡870中之NMOS電晶體872的尺寸則可改變高溫度區時所汲取之電流的大小。同理，調整電流鏡840中之NMOS電晶體842的尺寸則可改變低溫度區時所汲取之電流的大小。
值得一提的是，儘管在上述各實施例中，各電流鏡皆採MOS電晶體來實現，然此並非用以限制本發明，本領域之通常知識者當知上述各電流鏡亦可採用雙載子電晶體來實現。
本發明解決前述問題的方式，乃是利用四個電流源與至少二個電流鏡來構成溫度補償電路，並使其中二個電流源依據能隙參考電路所產生之具有正溫度係數的電流來產生同樣具有正溫度係數的輸出電流，同時使另外二個電流源 依據能隙參考電路所產生之具有負溫度係數的電流來產生同樣具有負溫度係數的輸出電流。因此，只要透過適當地配置上述四個電流源的相對位置來形成互鎖機制，就能使溫度補償電路隨著溫度的變化而分成二個部分來進行操作。溫度補償電路的其中一部份會在能隙參考電路操作在低溫度區時，自能隙參考電路的輸出端汲取一負溫度電流，相當於提供一正溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償；而溫度補償電路的另一部份則會在能隙參考電路操作在高溫度區時，自能隙參考電路的輸出端汲取一正溫度電流，相當於提供一負溫度電流來對此時的參考電流Iref進行溫度補償。如此一來，參考電流Iref隨著溫度的變化量便可再進一步降低。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此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。
200‧‧‧溫度補償電路
21~24‧‧‧電流源
25、26‧‧‧電流鏡
251、252、261、262‧‧‧電晶體
VDD‧‧‧電源電壓
GND‧‧‧接地電位
VOUT‧‧‧輸出端
R‧‧‧電阻
ICC、Iti、Itl、ILT、IHT‧‧‧電流

Claims (12)

  1. 一種溫度補償電路，其適用於一能隙參考電路，該溫度補償電路包括：一第一電流源，其一端電性耦接一電源電壓；一第二電流源，電性耦接於該第一電流源之另一端與一參考電位之間；一第三電流源，其一端電性耦接該電源電壓；一第四電流源，電性耦接於該第三電流源之另一端與該參考電位之間；一第一電流鏡，其包括：一第一電晶體，具有一第一端、一第二端與一第一控制端，該第一端電性耦接該第一電流源之另一端，該第二端電性耦接該參考電位，而該第一控制端電性耦接該第一端；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端與一第二控制端，該第三端透過一電阻電性耦接該能隙參考電路之一輸出端，該第四端電性耦接該參考電位，而該第二控制端電性耦接該第一控制端；以及一第二電流鏡，其包括：一第三電晶體，具有一第五端、一第六端與一第三控制端，該第五端電性耦接該第三電流源之另一端，該第六端電性耦接該參考電位，而該第三控制端電性耦接該第五端；以及一第四電晶體，具有一第七端、一第八端與一第四控制端，該第七端透過該電阻電性耦接該能隙參考電路之該 輸出端，該第八端電性耦接該參考電位，而該第四控制端電性耦接該第三控制端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該第一電流源與該第四電流源所供應之電流皆具有負溫度係數，該第二電流源與該第三電流源所供應之電流皆具有正溫度係數，且該第一電流源與該第四電流源皆依據該能隙參考電路所產生之一第一電流來產生其輸出電流，該第一電流具有負溫度係數，而該第二電流源與該第三電流源皆依據該能隙參考電路所產生之一第二電流來產生其輸出電流，該第二電流具有正溫度係數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度補償電路，其中該第一電流源與該第四電流源二者所輸出的電流大小係與該第一電流的大小分別成一第一預設比例與一第二預設比例，而該第二電流源與該第三電流源二者所輸出的電流大小係與該第二電流的大小分別成一第三預設比例與一第四預設比例。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之溫度補償電路，其中該第一電晶體與該第二電晶體二者的尺寸具有一第一預設比例，而該第三電晶體與該第四電晶體二者的尺寸具有一第二預設比例。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之溫度補償電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體與該第四電晶 體各以一NMOS電晶體來實現。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之溫度補償電路，其中該第一電晶體之該第一端更透過一第三電流鏡來電性耦接該第一電流源之另一端，而該第三電晶體之該第五端更透過一第四電流鏡來電性耦接該第三電流源之另一端，其中該第三電流鏡包括：一第五電晶體，具有一第九端、一第十端與一第五控制端，該第九端電性耦接該電源電壓，該第十端電性耦接該第一電流源之另一端，而該第五控制端電性耦接該第十端；以及一第六電晶體，具有一第十一端、一第十二端與一第六控制端，該第十一端電性耦接該電源電壓，該第十二端電性耦接該第一電晶體之該第一端，而該第六控制端電性耦接該第五控制端；其中該第四電流鏡包括：一第七電晶體，具有一第十三端、一第十四端與一第七控制端，該第十三端電性耦接該電源電壓，該第十四端電性耦接該第三電流源之另一端，而該第七控制端電性耦接該第十四端；以及一第八電晶體，具有一第十五端、一第十六端與一第八控制端，該第十五端電性耦接該電源電壓，該第十六端電性耦接該第三電晶體之該第五端，而該第八控制端電性耦接該第七控制端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之溫度補償電路，其中 該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體與該第四電晶體各以一NMOS電晶體來實現，而該第五電晶體、該第六電晶體、該第七電晶體與該第八電晶體各以一PMOS電晶體來實現。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之溫度補償電路，其中該第一電流鏡之該第一端更透過一第三電流鏡來電性耦接該第一電流源之另一端，其中該第三電流鏡包括：一第五電晶體，具有一第九端、一第十端與一第五控制端，該第九端電性耦接該電源電壓，該第十端電性耦接該第一電流源之另一端，而該第五控制端電性耦接該第十端；以及一第六電晶體，具有一第十一端、一第十二端與一第六控制端，該第十一端電性耦接該電源電壓，該第十二端電性耦接該第一電晶體之該第一端，而該第六控制端電性耦接該第五控制端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之溫度補償電路，其中該第一電流源與該第三電流源所供應之電流皆具有正溫度係數或皆具有負溫度係數，該第二電流源與該第四電流源所供應之電流皆具有正溫度係數與負溫度係數中之不同於該第一電流源與該第三電流源所具有者，且該第一電流源與該第三電流源皆依據該能隙參考電路所產生之一第一電流來產生其輸出電流，該第一電流具有正溫度係數與負溫度係數的其中之一，而該第二電流源與該第四電流源皆依據該能隙參考電 路所產生之一第二電流來產生其輸出電流，該第二電流具有正溫度係數與負溫度係數的其中另一。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之溫度補償電路，其中該第一電流源與該第三電流源二者所輸出的電流大小係與該第一電流及該第二電流之其中之一的大小分別成一第一預設比例與一第二預設比例，而該第二電流源與該第四電流源二者所輸出的電流大小係與該第一電流及該第二電流之其中另一的大小分別成一第三預設比例與一第四預設比例。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之溫度補償電路，其中該第一電晶體與該第二電晶體二者的尺寸具有一第一預設比例，而該第三電晶體與該第四電晶體二者的尺寸具有一第二預設比例。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之溫度補償電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體與該第四電晶體各以一NMOS電晶體來實現，而該第五電晶體與該第六電晶體各以一PMOS電晶體來實現。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115248613A (zh) * 2021-04-28 2022-10-28 极创电子股份有限公司 具有温度补偿的参考电压电路

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