TWI804042B - 參考電壓產生系統及其啟動電路 - Google Patents

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Abstract

一種啟動電路，包含串接的複數第一型第一電晶體，於啟動期間流通啟動電流，該串接的複數第一型第一電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間；及第一型第二電晶體，於啟動期間流通提升電流，該第一型第二電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間，且其閘極連接至輸出節點，以提供偏壓。

Description

參考電壓產生系統及其啟動電路
本發明係有關一種啟動電路，特別是一種適用於能隙電壓參考電路的啟動電路。
能隙電壓參考(bandgap voltage reference)電路係一種不受溫度影響的電壓參考電路，普遍應用於積體電路當中。能隙電壓參考電路可產生定電壓，不受電源變異、溫度改變或電路負載的影響。
電壓參考電路(例如能隙電壓參考電路)通常需要配合使用啟動(start-up)電路，於啟動期間，用以啟動相應的電壓參考電路。傳統啟動電路容易受到製程-電壓-溫度(PVT)變異的影響。例如，於低溫、低壓的場合，能隙電壓參考電路所產生的能隙電壓容易被維持在錯誤的穩態。又例如在高壓的場合，啟動電路無法在啟動結束後確實關閉，進而影響能隙電壓參考電路的能隙電壓之輸出。
因此亟需提出一種新穎機制，以改善傳統啟動電路的諸多缺失。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種啟動電路，不會受到製程-電壓-溫度(PVT)變異的影響，而能成功啟動能隙電壓參考電路。
根據本發明實施例，參考電壓產生系統包含能隙電壓參考電路與啟動電路。能隙電壓參考電路用以產生能隙電壓，啟動電路用以啟動能隙電壓參考電路。啟動電路於輸出節點提供偏壓給能隙電壓參考電路，且能隙電壓饋至啟動電路的輸入節點。啟動電路包含串接的複數第一型第一電晶體與第一型第二電晶體。串接的複數第一型第一電晶體於啟動期間流通啟動電流，且串接的複數第一型第一電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間。第一型第二電晶體於啟動期間流通提升電流。第一型第二電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間，且其閘極連接至輸出節點。
第一圖顯示參考電壓產生系統1000的方塊圖，用以產生參考電壓。本實施例之參考電壓產生系統1000可包含啟動電路(start-up circuit)100與能隙電壓參考(bandgap voltage reference)電路200，其中啟動電路100用以啟動能隙電壓參考電路200。
在本實施例中，啟動電路100與能隙電壓參考電路200連接於正電源電壓VDDD與負電源電壓VSSD。啟動電路100於輸出節點提供偏壓Vbias給能隙電壓參考電路200，能隙電壓參考電路200所產生的能隙電壓Vbg(大約為1.2伏特)則回饋至啟動電路100的輸入節點。
第二圖顯示能隙電壓參考電路200之應用例子的方塊圖。其中，能隙電壓參考電路200提供能隙電壓Vbg(亦即參考電壓)給穩壓器(voltage regulator)300，例如低壓降穩壓器(low-dropout regulator，LDO)，用以產生所需的固定電壓電源。此外，還可從啟動電路100之輸出節點(亦即，偏壓Vbias)處提供偏壓電流Ibias給穩壓器300。
第三圖顯示本發明實施例之參考電壓產生系統1000的電路圖。第三圖所示的能隙電壓參考電路200僅作為例示，並不限定本實施例之啟動電路100的應用場合。在本實施例中，啟動電路100可包含複數(例如三個)串接的第一型(例如P型)第一電晶體P1~P3，連接於正電源電壓VDDD與內部節點M之間，且該複數第一型第一電晶體P1~P3的閘極連接至負電源電壓VSSD。其中，(第一個)第一型第一電晶體P1的源極連接至正電源電壓VDDD，其汲極連接至下一個(第二個)第一型第一電晶體P2的源極，第一型第一電晶體P2的汲極連接至下一個(第三個)第一型第一電晶體P3的源極，第一型第一電晶體P3的汲極連接至內部節點M。第一型第一電晶體P1及以下所述電晶體可為金屬氧化物半導體(metal–oxide–semiconductor，MOS)電晶體。
根據本實施例的特徵之一，啟動電路100可包含第一型(例如P型)第二電晶體P4，連接於正電源電壓VDDD與內部節點M之間，且其閘極連接至輸出節點(亦即，偏壓Vbias)。其中，第一型第二電晶體P4的源極連接至正電源電壓VDDD，其汲極連接至內部節點M。
本實施例之啟動電路100可包含第二型(例如N型)第一電晶體N1，連接於內部節點M與負電源電壓VSSD之間，且其閘極接收(能隙電壓參考電路200的)能隙電壓Vbg。其中，第二型第一電晶體N1的汲極連接至內部節點M，其源極連接至負電源電壓VSSD。
本實施例之啟動電路100可包含第二型(例如N型)第二電晶體N2，連接於輸出節點(亦即，偏壓Vbias)與負電源電壓VSSD之間，且其閘極連接至內部節點M。其中，第二型第二電晶體N2的汲極連接至輸出節點M，其源極連接至負電源電壓VSSD。
於啟動期間，正電源電壓VDDD與負電源電壓VSSD開始提供給啟動電路100與能隙電壓參考電路200。隨著正電源電壓VDDD上升，啟動電流Is流經串接的第一型第一電晶體P1~P3，其流動方向由正電源電壓VDDD往內部節點M。與此同時，根據本實施例的特徵之一，提升(boost)電流Ib流經第一型第二電晶體P4，其流動方向也是由正電源電壓VDDD往內部節點M。
接著，第二型第二電晶體N2導通，因而將(輸出節點的)偏壓Vbias下拉至目標電位。藉此，能隙電壓參考電路200可輸出預期的能隙電壓Vbg。最後，第二型第一電晶體N1導通，使得第二型第二電晶體N2關閉，因而結束啟動期間。
上述實施例之啟動電路100不會受到製程-電壓-溫度(PVT)變異的影響，而能成功啟動能隙電壓參考電路200。舉例而言，於低溫(例如-40°C)、低壓(例如1.55V)時，由於臨界電壓變大，因此偏壓Vbias須被下拉至接近負電源電壓VSSD，使得啟動電流Is變小。假設未藉由第一型第二電晶體P4以產生提升電流Ib，由於第二型第一電晶體N1會稍微導通，使得第二型第二電晶體N2無法完全導通，因而使得偏壓Vbias無法下拉至目標電位。因此，能隙電壓Vbg將被維持在錯誤的穩態。
反觀本實施例使用第一型第二電晶體P4以產生提升電流Ib，於啟動期間補償啟動電流Is的不足，因而能夠成功啟動能隙電壓參考電路200以產生正確的能隙電壓Vbg。
上述實施例之啟動電路100也可適用於高壓(例如2.8伏特)的場合。如第三圖所示，本實施例之第一型第二電晶體P4受控於偏壓Vbias，其又受控於能隙電壓參考電路200的放大器21的輸出。藉此，可以避免在高壓時，提升電流Ib過大造成(啟動電路100的)第二型第二電晶體N2無法於啟動結束後確實關閉，進而影響(能隙電壓參考電路200的)能隙電壓Vbg的輸出。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
1000:參考電壓產生系統 100:啟動電路 200:能隙電壓參考電路 21:放大器 300:穩壓器 VDDD:正電源電壓 VSSD:負電源電壓 Vbias:偏壓 Ibias:偏壓電流 Vbg:能隙電壓 P1~P3:第一型第一電晶體 P4:第一型第二電晶體 N1:第二型第一電晶體 N2:第二型第二電晶體 M:內部節點 Is:啟動電流 Ib:提升電流
第一圖顯示參考電壓產生系統的方塊圖。 第二圖顯示能隙電壓參考電路之應用例子的方塊圖。 第三圖顯示本發明實施例之參考電壓產生系統的電路圖。
1000:參考電壓產生系統 100:啟動電路 200:能隙電壓參考電路 21:放大器 VDDD:正電源電壓 VSSD:負電源電壓 Vbias:偏壓 Vbg:能隙電壓 P1~P3:第一型第一電晶體 P4:第一型第二電晶體 N1:第二型第一電晶體 N2:第二型第二電晶體 M:內部節點 Is:啟動電流 Ib:提升電流

Claims (15)

  1. 一種參考電壓產生系統，包含： 一能隙電壓參考電路，用以產生一能隙電壓； 一啟動電路，用以啟動該能隙電壓參考電路，該啟動電路於輸出節點提供一偏壓給該能隙電壓參考電路，該能隙電壓饋至該啟動電路的輸入節點，其中該啟動電路包含： 串接的複數第一型第一電晶體，於啟動期間流通一啟動電流，該串接的複數第一型第一電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間；及 一第一型第二電晶體，於啟動期間流通一提升電流，該第一型第二電晶體連接於正電源電壓與該內部節點之間，且其閘極連接至該輸出節點。
  2. 如請求項1之參考電壓產生系統，其中該串接的複數第一型第一電晶體為P型，其閘極連接至負電源電壓。
  3. 如請求項2之參考電壓產生系統，其中該串接的複數第一型第一電晶體包含： 第一個第一型第一電晶體，其源極連接至正電源電壓； 第二個第一型第一電晶體，其源極連接至該第一個第一型第一電晶體的汲極；及 第三個第一型第一電晶體，其源極連接至該第二個第一型第一電晶體的汲極，且其汲極連接至該內部節點。
  4. 如請求項1之參考電壓產生系統，其中該第一型第二電晶體為P型，其源極連接至正電源電壓，其汲極連接至該內部節點。
  5. 如請求項1之參考電壓產生系統，其中該啟動電路更包含： 一第二型第一電晶體，連接於該內部節點與負電源電壓之間，且其閘極接收該能隙電壓；及 一第二型第二電晶體，連接於該輸出節點與負電源電壓之間，且其閘極連接至該內部節點。
  6. 如請求項5之參考電壓產生系統，其中該第二型第一電晶體為N型，其汲極連接至該內部節點，其源極連接至負電源電壓。
  7. 如請求項5之參考電壓產生系統，其中該第二型第二電晶體為N型，其汲極連接至該輸出節點，其源極連接至負電源電壓。
  8. 如請求項1之參考電壓產生系統，其中該能隙電壓參考電路包含： 一放大器，其輸出連接至該啟動電路的輸出節點。
  9. 一種啟動電路，包含： 串接的複數第一型第一電晶體，於啟動期間流通一啟動電流，該串接的複數第一型第一電晶體連接於正電源電壓與內部節點之間；及 一第一型第二電晶體，於啟動期間流通一提升電流，該第一型第二電晶體連接於正電源電壓與該內部節點之間，且其閘極連接至輸出節點，以提供一偏壓。
  10. 如請求項9之啟動電路，其中該串接的複數第一型第一電晶體為P型，其閘極連接至負電源電壓。
  11. 如請求項10之啟動電路，其中該串接的複數第一型第一電晶體包含： 第一個第一型第一電晶體，其源極連接至正電源電壓； 第二個第一型第一電晶體，其源極連接至該第一個第一型第一電晶體的汲極；及 第三個第一型第一電晶體，其源極連接至該第二個第一型第一電晶體的汲極，且其汲極連接至該內部節點。
  12. 如請求項9之啟動電路，其中該第一型第二電晶體為P型，其源極連接至正電源電壓，其汲極連接至該內部節點。
  13. 如請求項9之啟動電路，更包含： 一第二型第一電晶體，連接於該內部節點與負電源電壓之間，且其閘極接收一參考電壓；及 一第二型第二電晶體，連接於該輸出節點與負電源電壓之間，且其閘極連接至該內部節點。
  14. 如請求項13之啟動電路，其中該第二型第一電晶體為N型，其汲極連接至該內部節點，其源極連接至負電源電壓。
  15. 如請求項13之啟動電路，其中該第二型第二電晶體為N型，其汲極連接至該輸出節點，其源極連接至負電源電壓。
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