[发明专利]参考电压

说明书

技术领域

本发明涉及特别适合用于模拟数字转换器(此后称作ADC)内(但不排除其他可能性)的参考电压的产生。参考电压电路为ADC内的关键组件，因为参考电压电路提供与模拟输入比较的参考值，以便指派正确数字值。

背景技术

参考电压需要具有高绝对准确度，以便达成足够的增益误差效能。这意味着ADC的转移函数在实体上实施时应尽可能密切地匹配所设计的理想转移函数。关于参考电压的又一重要因子为参考电压具有低温度系数以便减小温度对增益误差浮动的影响。

常规的温度稳定电压参考电路通常使用双极结晶体管(BJT)来构成，所述BJT经布置以提供带隙参考电路，所述带隙参考电路如此命名是由于产生1.25V输出电压，接近用于电荷载流子(即，电子或空穴)克服与处于绝对零处的硅关联的1.22eV带隙所需要的电压。此类带隙参考电路使用按不同电流密度操作的两个p-n结之间的电压差操作，以产生具有低温度依赖性的输出电压。然而，此类带隙参考电路当实施于硅中时通常占据相当大的物理面积，其中一些实施将多达ADC的可用面积的20％专用于电压参考电路。

发明内容

当自第一形式检视时，本发明提供电压参考电路，该电路包含：

电压控制电流源；

第一参考MOSFET，其具有第一阈值电压；

第二参考MOSFET，其具有第二阈值电压，该第二阈值电压不同于该第一阈值电压；

电流镜；以及

负载，

其中该电压控制电流源经布置以产生第一电流，该第一电流与该第一阈值电压与该第二阈值电压之间的差值成比例，且该电流镜经布置以产生第二电流以便产生参考电压，该第二电流为穿过该负载的该第一电流的经按比例调整版本。

因此，本领域技术人员应了解，本发明提供一种电压参考电路，该电路通过利用两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的各自阈值电压之间的差值而操作。这产生温度稳定参考电压输出，同时使物理实施面积要求降到最低。在典型的实施中，本发明可(例如)仅需要使用常规电压参考电路所需要的面积的四分之一。电流镜用以将来自电压控制电流源(VCCS)的差分阈值电压依赖性输出电流缩放至所需水平，随后使电流穿过特定负载，以便根据欧姆定律(Ohm’s law)在该负载两端产生电压降，该电压降充当来自该电路的参考电压输出。

本领域本身中存在已知的实施电压控制电流源的多个方式。然而，在一组优选实施例中，该电压控制电流源为运算跨导放大器。在其操作范围内，运算跨导放大器(OTA)产生与两个输入电压之间的差值成比例的输出电流。理想OTA在该差分输入电压与该输出电流之间拥有线性关系，其中在此处相关于两个量的恒定因子被称作该放大器的跨导g_m。

至该电压控制电流源的输入可经配置使得该第一阈值电压与该第二阈值电压中的任何一个较大，因为电路利用这些阈值电压之间的差值操作。然而，在一组优选实施例中，该第一阈值电压大于该第二阈值电压。

本领域技术人员将了解与这些晶体管关联的特定阈值电压随制造程序变化。然而，在一组实施例中，该第一阈值电压在300mV与800mV之间。在一组重叠实施例中，该第二阈值电压在200mV与700mV之间。

现代半导体设计常常利用一种专用集成电路(ASIC)设计的标准链接库方法，其中标准“建置块(building blocks)”或“胞元(cells)”的链接库用以在ASIC(诸如ADC)内实施所需功能。阈值电压晶体管为此类链接库的常用组件，且通常存在于三联体中，诸如高电压阈值值(HVT)、标准电压阈值值(SVT)及低电压阈值值(LVT)，其每一个具有如设计者视为适合的待使用于应用中的特定特征功率消耗及关键时序路径。本申请人已理解利用这些晶体管的优势，且因此在一组实施例中，该第一参考MOSFET为高电压阈值值晶体管。在另一组重叠实施例中，该第二参考MOSFET为标准电压阈值值晶体管。

可同样使用LVT或另一类型的阈值值晶体管(诸如极高阈值电压(VHVT)或极低电压阈值值eLVT)来替代前述HVT或SVT晶体管中的任何一个执行阈值电压比较。因此，在一组替代性实施例中，该第一参考MOSFET为标准电压阈值值晶体管。在又一组替代性实施例中，该第二参考MOSFET为低电压阈值值晶体管。