低功耗与绝对温度成正比电流和电压发生器制造技术

本发明专利技术涉及低功耗与绝对温度成正比电流和电压发生器。一种与绝对温度成正比(PTAT)电路被提供。通过明智地组合电路元件到两个或更多的单元能够有效地从电路的其他单元倾倒偏置电流到第一单元的阻抗元件。其结果是带有较小阻抗元件的电路作为整体运行因此在硅片中实现时占用更少的区域。减少所需用于提供特定的输出电流或电压的电源电流也是可能的。

【技术实现步骤摘要】
低功耗与绝对温度成正比电流和电压发生器
本专利技术涉及一种用于产生依赖于温度的输出的方法和设备。更具体地本专利技术涉及被配置为提供与绝对温度成正比的输出信号的方法和电路。这样的输出信号可以在温度传感器、带隙型基准电压和不同模拟电路使用。
技术介绍
众所周知温度影响电路的性能。电器元件的电阻或导电率依赖于它们所运行环境的温度变化。这样的理解可以用于生成电路或传感器，其输出随温度变化并且其功能如同温度传感器。这种电路的输出可以是与绝对温度成正比(PTAT)的输出或者可以是与绝对温度互补(CTAT)的输出。PTAT电路提供随温度升高增加的输出而CTAT电路提供随温度升高降低的输出。PTAT和CTAT电路被广泛用于温度传感器、带隙型基准电压和不同的模拟电路。与绝对温度成正比(PTAT)电压可从在不同集电极电流密度下运行的两个双极型晶体管的基极-发射极电压差得到。相应的PTAT电流可以通过反射穿过电阻器的基极-发射极电压差来产生。用相同类型的第二电阻器且具有相同或相似的温度系数(TC)，基极-发射极电压差可以得到所要求的水平。在该
中，存在可以提供这样电压和/或电流而降低功率要求的电路的持续需要。
技术实现思路
根据本专利技术所提供的与绝对温度成正比(PTAT)电路，这些和其他问题得到解决。通过明智地组合电路元件也能够在依赖于温度的电路的输出节点产生电压。电路元件包括相互相对地被配置以提供偏置电流发生器的第一组组件。理想的是该第一组组件包含双极型晶体管且该组件还被配置以生成与两个双极型晶体管的基极发射极电压差ΔVBE成正比的信号。该第一组组件还包括耦合到双极型晶体管的第一个电阻负载。第二组组件被耦合到第一组组件。第二组组件可操作地提供偏置电流到第一组组件的电阻负载。通过有效地倾倒偏置电流到该电阻负载，带有较小电阻负载的电路作为一个整体运作因此在硅片中实现时占用较少的区域。另外也可以减少用于提供特定的输出电流或电压的所需电源电流。该第二组组件也可以用作PTAT电压发生器。在这样的实现中，也可以包括双极型晶体管并且该组件还配置以生成与两个双极型晶体管的基极发射极电压差ΔVBE成正比的信号。此PTAT电路是特别有益用作低功率与绝对温度成正比的电流或电压发生器。它可以用来作为温度传感器或者可以与其他的温度依赖性的电路进行组合以提供基准电压。附图说明用于协助本专利技术的理解而提供的实施方案将通过举例的方式被描述，参考附图，其中：图1是示出根据本专利技术所提供的示例性电路元件的示意图；图2是示出图1示例性电路更多细节的示意图；图3是示出图1电路电源电流的模拟数据与已知电路的温度相比较的曲线图；图4是示出输出PTAT电压的模拟数据与图1电路相比于已知电路温度的曲线图；图5是示出相比于已知电路的图1电路非线性模拟数据响应的曲线图；图6是示出相比于已知电路在图1电路输出节点的低频带(0.1Hz至10Hz)噪声谱密度(μV/根Hz)模拟数据的曲线图；图7是示出根据本专利技术被配置成在其输出端生成与温度无关的电压的电路组件的示意图；图8是示出根据本专利技术被配置成在其输出端生成与温度无关的电压的电路组件的示意图；图9是示出根据本专利技术被配置成在其输出端生成PTAT电压的电路组件的示意图；和图10是可被图9电路采用的示例性放大器结构的示意图。具体实施方式本专利技术提供了与绝对温度成正比(PTAT)电路其被配置为产生依赖于温度电路的输出节点的电压。该电路包括多个被耦合到单一偏置电流的电路元件。理想的是，该电路元件包括至少两个子电路。第一子电路作为偏置电流发生器和第一PTAT电压单元。第二子电路从第一子电路偏置使得所有偏置电流被返回到产生该偏置电流的公共节点。这样的PTAT电路可以用作温度传感器或者可以与其他依赖于温度的电路进行组合以提供基准电压。使用已知方法应被理解的是PTAT电压可以改变为在需要时出现的PTAT电流。例如，PTAT电流可以通过复制电阻两端的在不同集电极电流密度运行的两个双极型晶体管的基极-发射极电压差来产生。当在小芯片面积要产生小电流时，在其三极管区域工作的MOS晶体管都可以被使用。应该理解的是在三极管区域中工作的MOS晶体管“上”的电阻不能很好地被控制，这使得如果需要精度则利用电阻是首选的。根据本专利技术提供的电路提供了如何基于低电阻值以产生低偏置电流问题的解决方案。本专利技术现参照示例性的安排进行说明。如图1所示本专利技术提供了与绝对温度成正比(PTAT)的电路100，其被配置为在输出端提供偏置电流和PTAT电压。该电路100包括多个电路元件包括双极型晶体管，其被相互相对布置使得在输出节点110提供的电压依赖于单独晶体管和层叠单元数之间的发射率。在图1的布置中电路元件在两个块或单元中被提供。第一块C1提供偏置电流发生器。第二块B1耦合到第一块C1经配置以产生可注入到第一块的电流。第一块的电路元件包括两个双极型晶体管qn1和qn2，它们工作在不同的集电极电流密度。电阻负载r1耦合双极型晶体管qn2的发射极接地并且统一偏置电流Ibu，对应于qn2和qn1之间的基极-发射极电压差和电阻器r1值的比率。如果从单元B1回流电流是0那么统一偏置电流Ibu，偏置电流发生器由下面的关系式确定：这种统一偏置电流被用来偏置每个双极型晶体管。该电流是由一对PMOS器件，与电流镜像具有相同的宽高比和布置的mp3和mp4来提供的。MOS器件mn1、mp1和mp2组成的压控电流放大器被配置为生成两个双极型晶体管qn1和qn2的基极电流。虽然图1示出了块B1作为抽象块，该块的一个功能是产生可以返回到块C1的偏置电流。示例性构造的细节将在下面描述。对于图1讨论的目的是它足以理解C1的电路组件已经由偏置电流Ibu偏置并且它保证了由B1返回的电流Iex与在C1内部产生的具有相同的温度变化。为了协助，块B1内的电路元件由与C1相同的偏置电压，其栅极连接到MOS器件mp4的源极电压进行偏置。为了本说明的目的可以假设该双极型晶体管qn3和qn4的基极电流是可以忽略不计的。通过耦合从B1到电阻器r1的顶部的回流电流，可以看到有两个电流注入r1、Ibu和Iex。电阻器r1的值被由下面的等式2来确定：应该理解的是Iex表示从单元B1返回的电流。如可以看到的基极-发射极电压差ΔVBE是基于单元C1、qn1和qn2内双极型晶体管的集电极电流密度比。通过r1电流是Ibu+Iex。以这种方式r1的值和其相应的硅面积可以通过增加Iex/Ibu的比例而减少。图2示出了在本专利技术的范围内可以采用电路组件的更多细节。如上面所讨论的，块C1包括第一和第二PMOS器件mp3和mp4，其被配置为电流镜像并且用于提供内部产生的偏置电流Ibu到电阻r1的顶部。在该示意图中，功能块B1被分离到两个单独的块C2和C3。在块B1的功能实现的示例中，单元C2和C3是单独的PTAT电压单元，基于两个单元的每个内部的两个双极型晶体管的集电极电流密度比，在其输出节点产生相应的基极-发射极电压差。然而，上述中将被理解的是这些单元提供额外的PTAT电压发生器不是必需的，如单元C1已经用作PTAT电压发生器，使得不存在附加PTAT电压发生电路组件，该电路整体用作PTAT电压发生器。因此B1电路组件的主要功能是返回附加的偏置电流到C1并与C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与绝对温度成正比(PTAT)电路，所述电路包括：第一组电路组件包括运行在第一集电极电流密度的第一双极型晶体管和运行在第二低级集电极电流密度的第二双极型晶体管，第一和第二双极型晶体管被配置以提供与基极‑发射极电压差相关的第一电压分量，所述第一组电路组件还包括电阻负载元件和被配置以产生具有与所述电阻负载元件值相关的值的电路的第一偏置电流和第一电压分量；和第二组电路组件耦合到所述第一组电路组件并且可操作地由所述第一组电路元件内始发电压偏置并且提供第二偏置电流流入第一组电路组件。

【技术特征摘要】
2014.02.18 US 14/182,8771.一种与绝对温度成正比的PTAT电路，所述电路包括：第一组电路组件，包括运行在第一集电极电流密度的第一双极型晶体管、运行在第二低级集电极电流密度的第二双极型晶体管以及耦合到所述第二双极型晶体管的发射极的电阻负载元件，第一和第二双极型晶体管被配置以提供与所述第一和第二双极型晶体管的基极-发射极电压差相关的第一电压分量，所述第一组电路组件还包括偏置发生器，所述偏置发生器被配置以产生偏置电压并且向所述电阻负载元件提供第一偏置电流；和第二组电路组件，耦合到所述第一组电路组件并且可操作地由所述第一组电路组件内始发的所述偏置电压偏置并且提供第二偏置电流流入所述第一组电路组件的所述电阻负载元件。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二组电路组件被配置以产生与基极-发射极电压差相关的至少一个第二电压分量。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述与基极-发射极电压差相关的所述至少一个第二电压分量是从运行在第一集电极电流密度的第三双极型晶体管和运行在第二低级集电极电流密度的第四双极型晶体管的发射极比率产生的。4.根据权利要求2所述的电路，其中所述电路被配置为结合所述第一电压分量和所述至少一个第二电压分量以在所述电路的输出提供依赖于运行在不同电流密度的第一组和第二组双极型晶体管之间的基极发射极电压差的PTAT电压。5.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二偏置电流在产生所述第一偏置电流的节点处耦合到所述第一组电路组件中。6.根据权利要求3所述的电路，还包括：第三组电路组件，被配置以产生与运行在第一集电极电流密度的第五双极型晶体管和运行在第二低级集电极电流密度的第六双极型晶体管的发射比率而生成的基极-发射极电压差相关的第三电压分量；其中，第三组电路组件被耦合到所述第二组电路组件并且可操作地由始发在所述第一组电路组件内的电压偏置。7.根据权利要求6所述的电路，其中所述第三组电路组件被配置以提供流入第一组电路组件的偏置电流。8.根据权利要求4所述的电路，还包括电阻器，横跨所述电阻器所述PTAT电压被复制以产生PTAT电流。9.根据权利要求4所述的电路，还包括运行在三极管区域的MOS器件，横跨运行在所述三极管区域的MOS器件所述PTAT电压被复制以产生PTAT电流。10.根据权利要求4所述的电路，还包括被配置以缓冲PTAT电压并提供流入第一组电路组件的偏置电流的电压缓冲器。11.根据权利要求4所述的电路，还包括：被配置以产生与绝对温度互补的CTAT电压分量的电路元件，其中所述电路被配置为耦合所述CTAT电压分量到PTAT电压以在所述电路输出端提供第一阶温度不敏感的输出电压。12.根据权利要求11所述的电路，其中所述CTAT电压分量包括提供耦合到所述PTAT电压的基极发射极电压的双极型晶体管。13.根据权利要求11所述的电路，其中CTAT电压分量由多个耦合到双极型晶体管的二极管连接的晶体管提供，所述二极管连接的晶体管实现将从双极型晶体管始发的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·玛林卡，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM