折叠式级联能隙参考电压电路制造技术

一种能隙参考电压电路能有利地最大化其性能，即，提供一个以输入电压和／或温度为函数的稳定输出电压。能隙参考电压电路可以包括一个改进Ｂｒｏｋａｗ单元和一个级联放大器。该改进Ｂｒｏｋａｗ单元可以包括两个晶体管，各个晶体管又包括一个基极、一个射极和一个集电极。晶体管的集电极可以折叠在级联放大器的输入端中，从而提供了一种极其紧凑的电路实施方式。在一例实施例中，Ｂｒｏｋａｗ单元可以包括两个横向ＰＮＰ（ＬＰＮＰ）晶体管，从而允许采用标准ＣＭＯＳ技术制造能隙参考电压电路。更为重要的是，能隙参考电压电路的输出可以相级联放大器提供电源电压，从而确保相电路提供稳定的电压电源。

Folded cascaded bandgap voltage reference circuit

An bandgap voltage reference circuit can advantageously maximize its performance, i.e., providing a stable output voltage as a function of input voltage and / or temperature. The bandgap voltage reference circuit may include an improved Brokaw cell and a cascaded amplifier. The improved Brokaw unit may include two transistors, each including a base, an emitter, and a collector. The collector of the transistor can be folded in the input of the cascaded amplifier, thus providing an extremely compact circuit implementation. In one embodiment, the Brokaw unit may include two lateral PNP (LPNP) transistors, allowing the manufacture of bandgap reference circuits using standard CMOS techniques. More importantly, the bandgap reference circuit output can be cascaded to provide the supply voltage, thereby ensuring the phase circuit to provide a stable voltage power supply.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及一种能隙参考电压电路，尤其是涉及一种具有折叠式级联运算放大器的改进Brokaw单元结构的能隙参考电压电路。这种电路有利于采用CMOS技术来实施，它能够提供最佳的电压调整。
技术介绍
一般来说，参考电路可以向电子电路提供所需维持的基准电压电平。更重要的是，在电子电路中的其它电压、功率电平和/或信号都是基于该基准电压电平。因此，该参考电压就必须尽可能的稳定、尽可能的精确，即使其处于变化的条件(例如，温度)下。一类参考电压电路为能隙参考电压电路。能隙参考电压电路一般优于其它参考电压电路，因为它具有相对简单并且不需要齐纳二极管的优点，齐纳二极管会产生不希望的噪声。更重要的是，能隙参考电压电路可产生一个与时常降低的系统电压相一致的参考电压。例如，能隙参考电压电路可以产生接近等于具有零温度系数(TC)的硅能隙电压1.206的电压。图1说明了一种基本的能隙参考电压电路100，它可以在匹配的晶体管102和104之间产生不同的电流密度，从而在电阻器105两端产生一个电压差VBE。在一个实施例中，电阻器101、103和105分别具有600、6K和600的阻值。能隙参考电压电路100将晶体管106的VBE与晶体管102和104所放大的 VBE相加，以产生VR。该分量具有与TC相反的极性，例如，VBE正比于校对温度(PTAT)，而VBE与校对温度互补(CTAT)。采用这种方式，当相加的输出电压VR等于1.205V(例如，硅能隙电压)时，就能够有效地减小TC。不幸的是，能隙参考电压电路100可经受负载和电流驱动的灵敏性。此外，参考电压VR需要精确的精度，以提供有效的电压电平(例如，2.5V，5.0V，等等)。图2说明了一类能隙参考电压电路200，该电路通常可称之为“BroKaw单元”。Brokaw单元200通过包括一个运算放大器207来改善能隙参考电压电路100的性能，它还提供了其它驱动能力以及常规电压的缩放比例。在该实施例中，Brokaw单元200包括两个射极比例晶体管202和206(这是形成能隙的核心)，由于具有相同的负载电阻器201和205以及一个与运算放大器207有关的闭环，所以它们以相同的集电极电流工作。假定晶体管202具有较小的VBE(例如，晶体管202晶体管206的8倍的区域)，则与晶体管202相并联的电阻器203的电压降为VBE电压。依次，根据以下方程式，电阻器204的电压降为PTAT电压，其中R204和R203分别表示电阻器204和203的电阻值。V1＝2×(R204/R203)×ΔVBE与运算放大器207组合的电阻器208和209(例如，激光调整的电阻器)可以用于调整电压VOUT。于是，可以通过假定VBE和V1，在晶体管206的基极产生能隙参考电压VZ。图3说明了一种并联模式的参考电压电路310，它所具有的功能类似于能隙参考电压电路100。在电路310，类似晶体管314和321可以5倍的电流比率工作，该比例可以由电阻器320和电阻器312的电阻比例来确定。运算放大器可以由差分对(即，晶体管)317和318、电流镜316、电阻器315和322以及驱动器(即，晶体管)323和324构成。在闭环平衡中，该运算放大器保持电阻器312和322的低端具有相同的电位。在电路300的结构中，电阻器313的两端产生VBE，电阻器314的两端产生VBE，以及在晶体管311和312的两端提供V1。标称能隙参考电压可以通过VBE和V1的累加来计算。不幸的是，使用双极性技术来实施能隙参考电压电路100和310都会显著地减小在同一集成电路(IC)中所设置的数字电路的数量。很显然，双极性晶体管具有一个对基片的寄生集电极，该寄生集电极会影响CMOS器件的工作，因此，如果双极性和CMOS器件是置于同一IC(集成电路)中，则相互之间必须是绝缘的，以保证其功能。在另一实施例中，可以为双极性和CMOS器件提供分离的IC，但是也不必要地增加了晶片的生产成本。在另一个实施例中，使用BiCMOS技术制造能隙参考电压电路100和310。不幸的是，使用该技术也会使晶片的生产成本翻倍。特别是，BiCMOS技术需要在IC中使用多层不同的层，这就又增加了生产成本以及也减小了成品率。Brokaw单元200(图2)可以采用CMOS技术来实施。但不幸的是，运算放大器207以输入电压VIN驱动它的源电压。在该结构中，例如，具有耦合着VIN的控制端，输入电压的热合变化也都会影响放大器207，从而不利地影响着能隙参考电压VZ的稳定性。特别是，即使运算放大器207引入了几毫伏的偏置也都会使之难以精确地检测在它的正负输入端之间的电压差值。这一检测问题常称之为电源抑止率(PSR)，它会使得Brokaw单元200不能应用于任何输入电压变化的系统。不幸的是，无论是故意还是无意，大多数系统在输入电压上都会有所变化。因此，就需要能够采用CMOS技术来制造能隙参考电压电路，且保持能隙参考电压与输入电压变化无关的精度。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种能隙参考电压电路能够有利地最大化其性能，例如，提供一个以输入电源电压和/或温度为函数的稳定输出电压。该能隙参考电压电路包括一个改进Brokaw单元和一个级联放大器。该改进Brokaw单元包括两个晶体管，各个晶体管都包括一个基极、一个射极和一个集电极。晶体管的集电极可以折叠到级联放大器的输入端，从而提供了一种极其紧凑的电路实施方法。在一个实施例中，Brokaw单元可以包括两个横向PNP(LPNP)晶体管，从而可以允许采用标准CMOS技术来制造能隙参考电压电路。更为重要的是，级联放大器的源电压可以有利地依赖于能隙参考电压电路的输出。也就是说，级联放大器可以使用能隙参考电压(即，1.2V)来工作。使用该源电压能够保证级联放大器稳定工作，它将保持其不受任何输入电压变化的影响。能隙参考电压电路也包括一个稳定性器件，它用于对级联放大器提供环路的稳定性。在一个实施例中，稳定性器件可以包括一个晶体管，它是由它的源极、漏极，以及耦合一个输入电压源的衬底和耦合级联放大器的栅极所构成的。在另一实施例中，稳定性器件可以包括一个电容性器件，该器件的一端与一个输入电压源相耦合，而另一端与级联放大器相耦合。能隙参考电压电路还可以包括一个并联器件，该并联器件耦合接受级联放大器的输出。该并联器件可以产生能隙参考电压电路的可调整输出。在一个实施例中，级联放大器可以包括第一、第二、第三和第四NMOS晶体管。第一NMOS晶体管的漏极可由与第三NMOS晶体管的源极和级联放大器的第一输入端相连接，第二NMOS晶体管的漏极可以与第四NMOS晶体管的源极和折叠式级联放大器的第二输入端相连接，以及第一和第二NMOS晶体管的元件可以连接着一个低电压源VSS。第一、第二、第三和第四NMOS晶体管的衬底可以连接着VSS。第一、第二、第三和第四NMOS晶体管的栅极和第三NMOS晶体管的漏极可以连接着一个共用端点，该端点连接着偏置电流源。第四NMOS晶体管的漏极可以连接着折叠式级联放大器的输出端。级联放大器还可以包括一个偏置电流电路，它以调节电压源和Brokaw单元的工作关系相耦合。偏置电流电路可以包括第一、第二和第三PMOS晶体管和一个电阻器。在一个实施例中，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能隙参考电压电路，其特征在于，它包括：一个改进Ｂｒｏｋａｗ单元，它包括第一晶体管和第二晶体管，各个晶体管都包括一个基极，一个射极和一个集电极；以及，一个级联放大器，其中，在改进Ｂｒｏｋａｗ单元中的第一和第二晶体管的集电极 都折叠在级联放大器的输入端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B罗森塞尔，
申请(专利权)人：模拟微电子学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]