[发明专利]轮换增益电阻器以产生具有低漂移的带隙电压

说明书

优先权要求

本申请要求以下美国专利申请的优先权：

·由Barry Harvey和Steven Herbst在2010年3月5日提交的题为“轮换增益电阻器以产生具有低漂移的带隙电压(ROTATING GAIN RESISTORS TO PRODUCE A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-DRIFT)(委托案号No.ELAN-01250US1)”的美国临时专利申请No.12/718,840；以及

·由Barry Harvey和Steven Herbst在2009年12月2日提交的题为“轮换增益电阻器以产生具有低漂移的带隙电压(ROTATING GAIN RESISTORS TO PRODUCE A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-DRIFT)(委托案号No.ELAN-01250US0)”的美国专利申请No.61/266,101，这些文献均通过援引包含于此。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及带隙电压基准电路，用于带隙电压基准电路的方法，以及包括带隙电压基准电路的系统(例如，电压调节器)。

背景技术

带隙电压基准电路可用来例如向工作在温度波动的环境中的电路提供基本恒定的基准电压。带隙电压基准电路通常将与绝对温度互补的电压(VCTAT)加至与绝对温度成正比的电压(VPTAT)以产生带隙基准输出电压(VGO)。VCTAT通常为简单二极管电压，也称作基极-发射极电压降、正向电压降、基极-发射极电压或简称为VBE。这种二极管电压通常由连接成二极管的晶体管提供(即，其基极和集电极连接在一起的BJT晶体管)。VPTAT可源自一个或多个VBE，其中ΔVBE(德尔塔VBE)是具有不同发射极面积和/或电流并因此在不同电流密度下工作的BJT晶体管的VBE之间的差。

图1A示出一种示例性传统带隙电压基准电路100，该电路100包括并联连接的晶体管Q 1-QN(在“N”支路中)、晶体管QN+1(在“1”支路中)以及又一晶体管QN+2(在“CTAT”支路中)。

带隙电压基准电路100还包括放大器120和三个PMOS晶体管M1、M2和M3，PMOS晶体管M1、M2和M3配置成充当向“N”、“1”、“CTAT”支路提供电流的电流源。由于PMOS晶体管的栅极被联系在一起，且它们的源极端子全部连接于正电压轨(VDD)，因此这些晶体管的源极-栅极电压是相等的。因此，“N”、“1”和“CTAT”支路接收并工作在几乎相同的电流Iptat下。

在图1A中，晶体管QN+2用来产生VCTAT，而与晶体管QN+1配合工作的晶体管Q1-QN用来产生VPTAT。更具体地，VCTAT是连接成二极管的晶体管QN+2的基极发射极电压(VBE)的函数，而VPTAT是ΔVBE的函数，而ΔVBE是晶体管QN+1的基极-发射极电压和并联连接的连接成二极管的晶体管Q1-QN的基极-发射极电压之间的差的函数。

由于负反馈，放大器120调节电流源晶体管M1、M2和M3的共PMOS栅极电压，直到放大器120的非反相(+)和反相(-)输入处于相等电压电位为止。这发生在当Iptat*R1+VBE_1，2..，n＝VBE_n+1时，其中VBE_{1，2，..，n}＝VBE_n+1-VBE。因此，Iptat＝ΔVBE/R1。

这里，带隙电压输出(VGO)如下：

VGO＝VCTAT+VPTAT，

＝VBE+R2/R1*V_T*ln(N)。

其中Vt是热电压，该热电压在室温下大约为26mV。

如果VBE～0.7V，且R2/R1*V_T*ln(N)～0.5V，则VGO～1.2V。

电流源可使用图1A以外的替代结构来实现。相应地，提供图1B以示出更一般的电路。如同图1A的情形，在图1B中，放大器120控制电流源I₁，I₂和I₃。

R2两端的电压与温度成正比，当该电压在室温下下降到约5V时，它通过补偿VBE₃(即，晶体管Q3的基极发射极电压)的负温度系数使得VGO对于温度相对恒定。

对于N＝8(8为N的常见值)，为获得VGO的良好温度系数(tempco)，R2可通过串联连接三个单位电阻器提供，R1可通过并联连接另外三个单位电阻器提供。这是惯例，并且使得在制造的电路中的9的比例非常精确。