[发明专利]低供电电压带隙参考电路及方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及提供与温度无关的参考电压的电子电路，更具体地，涉及低供电电压带隙参考电路和方法。

背景技术

带隙参考电压电路用于生成与温度无关的参考电压，并且广泛应用于模拟、数字、混合信号和RF电路。参照图1中的现有技术，因为在电压域进行了温度补偿，因此将其称为“电压模式”带隙参考电压。众所周知，典型的与温度无关的带隙参考电压在室温（例如，298K）下为1.25V左右，其接近于绝对温度（即，0K）下硅的理论上的1.22eV带隙。因为这种电路的典型的输出电压在相关的温度范围下固定在1.25V左右，所以这种电路的最小供电电压（其基于传统的标准CMOS技术）必须为至少1.4V，以实现适当的功能，导致对在低供电电压（例如，1V）下工作的带隙参考电压有基本限制。为了适应典型的供电电压为1.2V或更低的现有的先进的CMOS工艺（例如，130nm或更低），该领域中的最近的研究已经提出了各种低供电电压带隙参考方案。参照如图2中所示的现有技术，因为首先在电流域进行温度补偿，并接着变为电压量，所以其被称为“电流模式”带隙参考电压。利用这种方式，供电电压不再受1.25V的理论上的硅的带隙电压限制，并且因而允许带隙参考在低供电电压（例如，1V）下工作，并且能够完全地适应标准的先进CMOS工艺。此后，由这种现有技术产生了多种“电流模式”带隙电压参考电路。然而，“电流模式”带隙参考电压的方式一定需要MOS器件用作电流镜，以适当的工作。由于公共源配置，尤其在接地电流对于低功率消耗非常小时，这些MOS器件对参考输出产生了大量的闪变噪声。此外，因为MOS器件既承受阈值电压变化也承受电流增益变化，而电阻器仅承受电阻变化，所以有源MOS器件的匹配性质通常比无源电阻器的匹配性质差。换句话说，它们不幸地增加了参考输出的工艺敏感度。总之，这些方案具有限制，例如，具有高闪变噪声和工艺敏感度。因此，本发明的首要目的在于实现具有低闪变噪声和小工艺敏感度的低供电电压带隙参考电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生成与温度无关的带隙参考电压的电路和方法，其具有以下优点：具有“电压模式”和“电流模式”两种模式、低闪变噪声、小的工艺敏感度和在低供电电压下可操作。该电路的实施方式包括电压-电流转换器电路，其配置成生成第一参考电流和第二参考电流；第一差分电压分压器，其配置成按比例地降低由第一参考电流偏置的第一双极性晶体管的第一基极-发射极电压，以生成第一按比例的基极-发射极电压；第二差分电压分压器，其配置成按比例地降低由第二参考电流偏置的第二双极性晶体管的第二基极-发射极电压，以生成第二按比例的基极-发射极电压；以及带隙电压参考电路，其配置成通过使用第一按比例的基极-发射极电压和第二按比例的基极-发射极电压生成参考电压。用于生成与温度无关的带隙电压参考的方法的实施方式包括按比例地降低由参考电流偏置的双极性晶体管的基极-发射极电压；将按比例的基极-发射极电压施加到正比于绝对温度（PTAT）回路，用于生成按比例的PTAT电流；从按比例的PTAT电流生成与温度无关的参考电压；生成反馈参考电流，直到所有双极性晶体管相对于工作温度范围、供电电压范围和工艺拐点适当偏置；以及从按比例的PTAT电流生成对工艺、电压和温度（PVT）不敏感的参考电压。

附图说明

在下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行更详细的描述，其中：

图1是现有技术的“电压模式”带隙电压参考电路的示意图；

图2是现有技术的“电流模式”带隙电压参考电路的示意图；

图3是根据本发明的实施方式的用于生成带隙参考电压的电路的示意图；

图4示出了根据本发明的实施方式带隙参考核心中的放大器的基极-发射极电压和输入共模电压与温度的函数；

图5示出了根据本发明的实施方式在两个极端温度条件下输出参考电压与供电电压的函数；

图6示出了根据本发明的实施方式输出参考电压与温度的函数；

图7示出了根据本发明的实施方式将根据图2的现有技术（惯用）的输出参考电压的噪声函数与根据本发明的噪声函数进行比较；以及

图8是根据本发明的实施方式的生成带隙参考电压的方法的流程图。

具体实施方式

在下面的说明中，将用于提供带隙参考电压及相关参考电流等的电路作为优选实例阐述。对于所属领域技术人员而言，显而易见，可以在不背离本发明的范围和精神的情况下进行包括附加和/或替换的修改。为了不使本发明模糊不清，可以省略具体细节；但是，应将公开内容撰写到使所属领域技术人员能够在不需要过多实验的情况下能够实践该教导。