TWI804237B - 參考電壓產生電路 - Google Patents

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李明賢
吳佳恩
張書瀚
余婉薇
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

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Abstract

一種參考電壓產生電路。參考電壓產生電路包括電流鏡、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體及第五電晶體。電流鏡提供第一鏡射電流至第一電晶體，提供第二鏡射電流至第三電晶體，並且提供第三鏡射電流至第五電晶體。第二電晶體與第三電晶體串接以提供第一電晶體的閘極電壓。第四電晶體與第五電晶體串接以提供參考電壓。第二電晶體及第四電晶體的導通臨界電壓大於第一電晶體、第三電晶體及第五電晶體的導通臨界電壓。

Description

參考電壓產生電路
本發明是有關於一種電壓產生電路，且特別是有關於一種參考電壓產生電路。
隨著半導體製程的進步，電晶體的尺寸不斷的縮小，以提高單位面積下的邏輯閘數目。然而，隨著電晶體的尺寸的縮小，電晶體的電流會更容易受到溫度的影響，亦即基板上的電路容易受到溫度的影響。當基板上的電路（例如畫素電路或感測電路）容易受到溫度的影響時，積體電路（IC）中會設計參考電壓產生電路，以避免溫度效應帶來的影響。
傳統是使用金氧半效電晶體（MOSFET）來製作參考電壓產生電路，但近期已開始有使用低溫多晶矽（Low-temperature polycrystalline silicon，LTPS）元件製作參考電壓產生電路，以便於在玻璃上製作。並且，由於參考電壓的穩定性影響電路的操作，因此參考電壓產生電路的設計必須不斷更新，以抑制參考電壓的溫度係數。
本發明提供一種參考電壓產生電路，可形成於玻璃基板上，且可抑制參考電壓的溫度係數。
本發明的參考電壓產生電路，包括電流鏡、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體及第五電晶體。電流鏡接收第一系統電壓，提供第一鏡射電流、第二鏡射電流及第三鏡射電流。第一電晶體具有接收第一鏡射電流的第一端、控制端及接收第二系統電壓的第二端。第二電晶體具有耦接第一電晶體的控制端的第一端、控制端及接收第二系統電壓的第二端。第三電晶體具有接收第二鏡射電流的第一端、耦接第二電晶體的控制端及第三電晶體的第一端的控制端及耦接第一電晶體的控制端的第二端。第四電晶體具有提供參考電壓的第一端、控制端及接收第二系統電壓的第二端。第五電晶體具有接收第三鏡射電流的第一端、耦接第四電晶體的控制端及第五電晶體的第一端的控制端及耦接第四電晶體的第一端的第二端。第二電晶體及第四電晶體的導通臨界電壓大於第一電晶體、第三電晶體及第五電晶體的導通臨界電壓。
基於上述，本發明實施例的參考電壓產生電路，第二電晶體及第四電晶體的導通臨界電壓大於第一電晶體、第三電晶體及第五電晶體的導通臨界電壓，並且第二電晶體及第三電晶體反應於作為驅動級的第四電晶體及第五電晶體的狀態而推挽第一電晶體的閘極電壓。藉此，可抑制參考電壓的溫度係數。
為讓本發明的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。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。
應當理解，儘管術語”第一”、”第二”、”第三”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的”第一元件”、”部件”、”區域”、”層”或”部分”可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。
這裡使用的術語僅僅是為了描述特定實施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非內容清楚地指示，否則單數形式”一”、”一個”和”該”旨在包括複數形式，包括”至少一個”。”或”表示”及/或”。如本文所使用的，術語”及/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。還應當理解，當在本說明書中使用時，術語”包括”及/或”包括”指定所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件的存在及/或部件，但不排除一個或多個其它特徵、區域整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。
圖1A為依據本發明一實施例的參考電壓產生電路的電路示意圖。請參照圖1A，在本實施例中，參考電壓產生電路100例如可形成於玻璃基板上，亦即參考電壓產生電路100可應用於顯示面板及/或觸控面板的驅動。參考電壓產生電路100包括電流鏡110、起始電路120、第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、以及第五電晶體T5。
電流鏡110接收低系統電壓VSS（對應第一系統電壓），並且提供第一鏡射電流I1、第二鏡射電流I2及第三鏡射電流I3。第一電晶體T1具有接收第一鏡射電流I1的第一端、控制端及接收高系統電壓V DD（對應第二系統電壓）的第二端，其中低系統電壓VSS的電壓準位小於高系統電壓V DD的電壓準位。起始電路120提供第一起始電壓VS1到第一電晶體T1的第一端，並且提供第二起始電壓VS2到第三電晶體T3的第一端。
第二電晶體T2具有耦接第一電晶體T1的控制端的第一端、控制端及接收高系統電壓V DD的第二端。第三電晶體T3具有接收第二鏡射電流I2的第一端、耦接第二電晶體T2的控制端及第三電晶體T3的第一端的控制端及耦接第一電晶體T1的控制端的第二端。第四電晶體T4具有提供參考電壓V REF1的第一端、控制端及接收高系統電壓V DD的第二端。第五電晶體T5具有接收第三鏡射電流I3的第一端、耦接第四電晶體T4的控制端及第五電晶體T5的第一端的控制端及耦接第四電晶體T4的第一端的第二端。
第二電晶體T2及第四電晶體T4的導通臨界電壓大於第一電晶體T1、第三電晶體T3及第五電晶體T5的導通臨界電壓，並且參考電壓V REF1等於第四電晶體T4的閘源極電壓V GS4減去第五電晶體T5的閘源極電壓V GS5（亦即V REF1＝V GS4－V GS5）。
電流鏡110包括第六電晶體T6、第七電晶體T7及第八電晶體T8。第六電晶體T6具有接收低系統電壓VSS的第一端、控制端及耦接第六電晶體T6的控制端的第二端，其中第六電晶體T6的第二端提供第一鏡射電流I1。第七電晶體T7具有接收低系統電壓VSS的第一端、耦接第六電晶體T6的控制端的控制端及提供第二鏡射電流I2的第二端。第八電晶體T8具有接收低系統電壓VSS的第一端、耦接第六電晶體T6的控制端的控制端及提供第三鏡射電流I3的第二端。
圖1B為依據本發明一實施例的參考電壓產生電路的電路模擬示意圖。請參照圖1A及圖1B，在本實施例中，電路模擬的條件是，溫度範圍0~100℃，高系統電壓V DD=0V，低系統電壓VSS=-4~-11V，參考電壓VREF1的目標值為-1.35V，曲線101對應低系統電壓VSS＝-4V，曲線102對應低系統電壓VSS＝-6V，曲線103對應低系統電壓VSS＝-8V，曲線104對應低系統電壓VSS＝-10V，曲線105對應低系統電壓VSS＝-12V。
參照圖1A所示，第二電晶體T2與第三電晶體T3串接，並且第四電晶體T4與第五電晶體T5串接。在第一鏡射電流I1、第二鏡射電流I2及第三鏡射電流I3受溫度影響而變動時，串接的第二電晶體T2及第三電晶體T3的推挽效果抑制了第一電晶體T1的閘極電壓的變動。依據模擬結果來看，曲線102（對應低系統電壓VSS＝-6V）的溫度系數為53個每度C百萬分之一（ppm/℃)，曲線101~104）的溫度系數小於100個每度C百萬分之一（ppm/℃)，並且27℃的線靈敏度（Line sensitivity，LS）為0.61%。
進一步來說，作為映射路徑的第二電晶體T2、第三電晶體T3及第七電晶體T7的耦接方式是相同於作為驅動級的第四電晶體T4、第五電晶體T5及第八電晶體T8的耦接方式，因此第二電晶體T2、第三電晶體T3及第七電晶體T7可反映驅動級的狀況，但參考電壓V REF1沒有與作為電流設定路徑的第一電晶體T1及第六電晶體T6直接耦接，以避免影響參考電壓V REF1的輸出。
依據上述，參考電壓產生電路100提供的參考電壓V REF1具有較佳的溫度係數，並且在低系統電壓VSS變異下，仍有穩定的參考電壓V REF1輸出。在本發明實施例中，參考電壓產生電路100的第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、以及第五電晶體T5可以操作在次臨界區（subthreshold）。
在本發明實施例中，作為映射路徑的第二電晶體T2、第三電晶體T3及第七電晶體T7的長寬比是可以小於作為驅動級的第四電晶體T4、第五電晶體T5及第八電晶體T8的長寬比。
在本發明實施例中，起始電路120包括第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2、第三起始電晶體TS3、第四起始電晶體TS4、第一電容C1以及第二電容C2。
在本發明實施例中，第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、第五電晶體T5、第六電晶體T6、第七電晶體T7及第八電晶體T8。第一起始電晶體TS1具有接收高系統電壓V DD（對應第一系統電壓及第二系統電壓的其中之一）的第一端、接收低系統電壓VSS（對應第一系統電壓及第二系統電壓的其中另一）的控制端及第二端。第一電容C1耦接於第一起始電晶體TS1的第二端與低系統電壓VSS之間。
第二起始電晶體TS2具有接收高系統電壓V DD的第一端、耦接第一起始電晶體TS1的第二端的控制端及提供第一起始電壓VS1的第二端。第三起始電晶體TS3具有第一端、接收高系統電壓V DD的控制端及接收低系統電壓VSS的第二端。第二電容C2耦接於高系統電壓V DD與第三起始電晶體TS3的第一端之間。第四起始電晶體TS4具有提供第二起始電壓VS2的第一端、耦接第三起始電晶體TS3的第一端的控制端及接收低系統電壓VSS的第二端。
在本發明實施例中，第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、第五電晶體T5、第六電晶體T6、第七電晶體T7、第八電晶體T8、第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2、第三起始電晶體TS3及第四起始電晶體TS4可以為互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）低溫多晶矽（low temperature poly-silicon，LTPS）製程所形成。進一步來說，第一電晶體T1、第三電晶體T3、第五電晶體T5、第六電晶體T6、第七電晶體T7、第八電晶體T8、第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2、第三起始電晶體TS3及第四起始電晶體TS4可以分別為透明閘極薄膜電晶體（transparent gate thin film transistor，TGTFT)，並且第二電晶體T2及第四電晶體T4可以分別為壓電閘極薄膜電晶體（Piezo-gate thin film transistor，PGTFT）。其中，第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、第五電晶體T5可以分別為P型電晶體，並且第六電晶體T6、第七電晶體T7、第八電晶體T8、第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2、第三起始電晶體TS3及第四起始電晶體TS4可以分別為N型電晶體。
圖2為依據本發明另一實施例的參考電壓產生電路的電路示意圖。請參照圖1A及圖2，參考電壓產生電路200大致相於參考電壓產生電路100，其不同之處在於電流鏡210、第一電晶體T1a、第二電晶體T2a、第三電晶體T3a、第四電晶體T4a、以及第五電晶體T5a為電流鏡110、第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、以及第五電晶體T5的互補型配置。其中，相同或相似元件使用相同或相似標號。
在本實施例中，電流鏡210接收高系統電壓V DD（對應第一系統電壓）提供第一鏡射電流I1、第二鏡射電流I2及第三鏡射電流I3。第一電晶體T1a具有接收第一鏡射電流I1的第一端、控制端及接收低系統電壓VSS（對應第二系統電壓）的第二端，其中高系統電壓V DD的電壓準位大於低系統電壓VSS的電壓準位。第二電晶體T2a具有耦接第一電晶體T1a的控制端的第一端、控制端及接收低系統電壓VSS的第二端。第三電晶體T3a具有接收第二鏡射電流I2的第一端、耦接第二電晶體T2a的控制端及第三電晶體T3a的第一端的控制端及耦接第一電晶體T1a的控制端的第二端。
第四電晶體T4a具有提供參考電壓V REF2的第一端、控制端及接收低系統電壓VSS的第二端。第五電晶體T5a具有接收第三鏡射電流I3的第一端、耦接第四電晶體T4a的控制端及第五電晶體T5a的第一端的控制端及耦接第四電晶體T4a的第一端的第二端。其中，第二電晶體T2a及第四電晶體T4a的導通臨界電壓大於第一電晶體T1a、第三電晶體T3a及第五電晶體T5a的導通臨界電壓。
電流鏡110包括第六電晶體T6a、第七電晶體T7a及第八電晶體T8a。第六電晶體T6a具有接收高系統電壓V DD的第一端、控制端及耦接第六電晶體T6的控制端的第二端，其中第六電晶體T6的第二端提供第一鏡射電流I1。第七電晶體T7a具有接收高系統電壓V DD的第一端、耦接第六電晶體T6a的控制端的控制端及提供第二鏡射電流I2的第二端。第八電晶體T8a具有接收高系統電壓V DD的第一端、耦接第六電晶體T6a的控制端的控制端及提供第三鏡射電流I3的第二端。
在本實施例中，第一電晶體T1a、第二電晶體T2a、第三電晶體T3a、第四電晶體T4a、第五電晶體T5a、第六電晶體T6a、第七電晶體T7a、第八電晶體T8a、第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2及第三起始電晶體TS3可以為互補式金氧半導體的製程所形成。並且，第六電晶體T6a、第七電晶體T7a、第八電晶體T8a可以分別為P型電晶體，並且第一電晶體T1a、第二電晶體T2a、第三電晶體T3a、第四電晶體T4a、第五電晶體T5a、第一起始電晶體TS1、第二起始電晶體TS2、第三起始電晶體TS3及第四起始電晶體TS4可以分別為N型電晶體。
第一電晶體T1a、第三電晶體T3a及第五電晶體T5a可以透過一道光罩來分別調整半導體層的摻雜程度，以改變第一電晶體T1a、第三電晶體T3a及第五電晶體T5a的導通臨界電壓。在本實施例中，第一起始電壓VS1提供到第三電晶體T3a的第一端，第二起始電壓VS2提供到第一電晶體T1a的第一端。
在本發明實施例中，起始電路120可以提供第一起始電壓VS1到第一電晶體（如T1、T1a）的第一端及第三電晶體（如T3、T3a）的第一端的其中之一，並且提供第二起始電壓VS2到第一電晶體（如T1、T1a）的第一端及第三電晶體（如T3、T3a）的第一端的其中另一。
綜上所述，本發明實施例的參考電壓產生電路，第二電晶體及第四電晶體的導通臨界電壓大於第一電晶體、第三電晶體及第五電晶體的導通臨界電壓，並且第二電晶體及第三電晶體反應於作為驅動級的第四電晶體及第五電晶體的狀態而推挽第一電晶體的閘極電壓。藉此，可抑制參考電壓的溫度係數。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200:參考電壓產生電路
101~105:曲線
110、210:電流鏡
120:起始電路
C1:第一電容
C2:第二電容
I1:第一鏡射電流
I2:第二鏡射電流
I3:第三鏡射電流
T1、T1a:第一電晶體
T2、T2a:第二電晶體
T3、T3a:第三電晶體
T4、T4a:第四電晶體
T5、T5a:第五電晶體
T6、T6a:第六電晶體
T7、T7a:第七電晶體
T8、T8a:第八電晶體
TS1:第一起始電晶體
TS2:第二起始電晶體
TS3:第三起始電晶體
TS4:第四起始電晶體
V DD:高系統電壓
V REF1、V REF2:供參考電壓
VS1:第一起始電壓
VSS:低系統電壓
圖1A為依據本發明一實施例的參考電壓產生電路的電路示意圖。 圖1B為依據本發明一實施例的參考電壓產生電路的電路模擬示意圖。 圖2為依據本發明另一實施例的參考電壓產生電路的電路示意圖。
100:參考電壓產生電路
110:電流鏡
120:起始電路
C1:第一電容
C2:第二電容
I1:第一鏡射電流
I2:第二鏡射電流
I3:第三鏡射電流
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
T4:第四電晶體
T5:第五電晶體
T6:第六電晶體
T7:第七電晶體
T8:第八電晶體
TS1:第一起始電晶體
TS2:第二起始電晶體
TS3:第三起始電晶體
TS4:第四起始電晶體
VDD:高系統電壓
VREF1:供參考電壓
VS1:第一起始電壓
VS2:第二起始電壓
VSS:低系統電壓

Claims (9)

  1. 一種參考電壓產生電路，包括：一電流鏡，接收一第一系統電壓，提供一第一鏡射電流、一第二鏡射電流及一第三鏡射電流；一第一電晶體，具有接收該第一鏡射電流的一第一端、一控制端及接收一第二系統電壓的一第二端；一第二電晶體，具有耦接該第一電晶體的該控制端的一第一端、一控制端及接收該第二系統電壓的一第二端；一第三電晶體，具有接收一第二鏡射電流的一第一端、耦接該第二電晶體的該控制端及該第三電晶體的該第一端的一控制端及耦接該第一電晶體的該控制端的一第二端；一第四電晶體，具有提供一參考電壓的一第一端、一控制端及接收該第二系統電壓的一第二端；一第五電晶體，具有接收一第三鏡射電流的一第一端、耦接該第四電晶體的該控制端及該第五電晶體的該第一端的一控制端及耦接該第四電晶體的該第一端的一第二端；以及一起始電路，提供一第一起始電壓到該第一電晶體的該第一端及該第三電晶體的該第一端的其中之一，並且提供一第二起始電壓到該第一電晶體的該第一端及該第三電晶體的該第一端的其中另一，其中，該第二電晶體及該第四電晶體的導通臨界電壓大於該第一電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體的導通臨界電壓。
  2. 如請求項1所述的參考電壓產生電路，其中該電流鏡包括：一第六電晶體，具有接收該第一系統電壓的一第一端、一控制端及耦接該第六電晶體的該控制端的一第二端，其中該第六電晶體的第二端提供該第一鏡射電流；一第七電晶體，具有接收該第一系統電壓的一第一端、耦接該第六電晶體的該控制端的一控制端及提供該第二鏡射電流的一第二端；以及一第八電晶體，具有接收該第一系統電壓的一第一端、耦接該第六電晶體的該控制端的一控制端及提供該第三鏡射電流的一第二端。
  3. 如請求項2所述的參考電壓產生電路，其中該第一系統電壓大於該第二系統電壓，並且該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體及該第五電晶體分別為一N型電晶體，該第六電晶體、該第七電晶體及該第六電晶體分別為一P型電晶體。
  4. 如請求項2所述的參考電壓產生電路，其中該第二系統電壓大於該第一系統電壓，並且該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體及該第五電晶體分別為一P型電晶體，該第六電晶體、該第七電晶體及該第六電晶體分別為一N型電晶體。
  5. 如請求項4所述的參考電壓產生電路，其中該第一電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體分別為一透明閘極薄膜電晶體，並且該第二電晶體及該第四電晶體分別為一壓電閘極薄膜電晶體。
  6. 如請求項1所述的參考電壓產生電路，其中該第一系統電壓大於該第二系統電壓，並且該第一起始電壓提供到該第三電晶體的該第一端，該第二起始電壓提供到該第一電晶體的該第一端。
  7. 如請求項1所述的參考電壓產生電路，其中該第二系統電壓大於該第一系統電壓，並且該第一起始電壓提供到該第一電晶體的該第一端，該第二起始電壓提供到該第三電晶體的該第一端。
  8. 如請求項1所述的參考電壓產生電路，其中該起始電路包括：一第一起始電晶體，具有接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中之一的一第一端、接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中另一的一控制端及一第二端；一第一電容，耦接於該第一起始電晶體的該第二端與該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中另一之間；一第二起始電晶體，具有接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中之一的一第一端、耦接該第一起始電晶體的該第二端的一控制端及提供該第一起始電壓的一第二端； 一第三起始電晶體，具有一第一端、接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中之一的一控制端及接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中另一的一第二端；一第二電容，耦接於該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中之一與該第三起始電晶體的該第一端之間；以及一第四起始電晶體，具有提供該第二起始電壓的一第一端、耦接該第三起始電晶體的該第一端的一控制端及接收該第一系統電壓及該第二系統電壓的其中另一的一第二端。
  9. 如請求項1所述的參考電壓產生電路，其中該電壓產生電路形成於一玻璃基板上。
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