[发明专利]特别为电源电压低于1V的应用生成温度补偿电压基准的电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生成经温度补偿的电压基准的电路。

更具体地，本发明涉及一种此类型的电路：其包括至少一个电流 基准(current reference)，该电流基准被插入到第一和第二参考电 压基准之间并且包括运算放大器，该运算放大器又具有连接到输入级 的第一和第二输入端子，以及耦联到第一电源电压基准并且插入到运 算放大器的第一与第二输入端子之间的电流镜(current mirror)， 和适合于供应该经温度补偿的电压基准的该电路的输出端子，所述输 入级基本上包括利用至少一个第一双极晶体管生成与温度成比例的 电流的发生器电路。

本发明特别地、但非排他性地涉及一种带隙(band-gap)型的电 压发生器电路，并且参考此申请的领域仅通过例解而作出下列说明。

背景技术

用于生成电压基准(也简单地表示为电压基准)的电路被广泛地 用在集成电路中用于极为不同的需求。

这些电路特别是供应具有高精度和稳定性的至少一个电学量，该 至少一个电学量一般可用作若干电路模块中的基准，举例而言，电路 模块例如是模拟/数字转换器、调压器、检测和/或测量电路，等等。

因而电压基准对于其意图用于的应用而言应当是强劲(strong) 的，并且其特别是以良好的热稳定性以及良好的噪声抑制(noise rejection)为特征，从而供应与电源电压变动、以及包括该电源电压 在内的集成电路的工作温度变动无关的稳恒输出电压值。

为此目的，电路通常用于生成带隙型的电压基准，或更简单地即 带隙发生器，其中利用硅禁带(silicon prohibited band)的电位跳变 (potential jump)(大约1.1eV)来生成与工作温度无关的精确电压 基准。

特别是，这种带隙发生器由可借助于双极晶体管通过实现下列等 式而以一种简单方式获得几乎与工作温度无关的电压VBG的实现结 果(realisation)而产生。

VBG＝VBE+nVT    (1)

VBG是与温度无关的电压基准、或者是带隙的电压基准，VBE 是在所使用的双极晶体管的基极与发射极端子之间的电压，VT是热 电压(等于kT/q，k是玻尔兹曼(Bolzmann)常数，T是绝对温度 而q是电子电荷)，n是乘法(multiplicative)参数，所述n被计算 出来用以获得对电压VBE的温度变动的所需补偿。

当温度增加时双极晶体管的基极与发射极之间的电压VBE降低 (在T＝300°K时为～-2.2mV/℃)，而热电压VT与温度本身成比 例。换句话说，将要对随着绝对温度而降低的电压(VBE)进行补偿， 即，该电压是CTAT(Complementary To Absolute Temperature；与 绝对温度相补)且具有与绝对温度成比例或者PTAT(Proportional To Absolute Temperature；与绝对温度成比例)的校正系数(nVT)。

为了获得与温度无关的电压基准应确定出参数n的值，对于该参 数n的值，在考虑温度T＝T＊等于所需工作温度时带隙电压VBG相 对于温度的导数等于零。例如，如果将要在温度27℃处获得零变动 的带隙电压基准VBG，则找到大约为1.26V的VBG的值，且处于环 境温度下的电压VBE等于大约0.6V，并且参数n等于大约26。

在借助于寄生二极管(parasite diode)实现双极晶体管的全 CMOS技术中可实现带隙发生器。在图1中示出一种使用运算放大器 的可能的实施方式。

特别是，图1示出带隙电压基准VBG的发生器1。该发生器1 包括运算放大器2，该运算放大器被插入到第一与第二电压基准之间， 特别是在电源电压基准VDD和地GND之间。

运算放大器2具有第一输入端子T1以及第二输入端子T2，该第 一输入端子T1特别是反相输入端子(-)，且该第二输入端子是同相 输入端子(+)，运算放大器还具有输出端子，对应于发生器1的输 出端子OUT，在该输出端子上供应带隙电压基准VBG。

发生器1也包括双极型级(bipolar stage)3，该双极型级3被插 入到运算放大器2的输出端子OUT与地GND之间并且包括第一双 极晶体管Q1和第二双极晶体管Q2，以及第一电阻元件R1、第二电 阻元件R2和第三电阻元件R3。