专利名称：参考电压发生器、集成电路以及操作参考电压发生器的方法
参考电压发生器、集成电路以及操作参考电压发生器的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2009年9月M日提交的美国临时专利申请序列号为61/245，476 的优先权，其全部内容结合于此作为参考。技术领域
本发明总的来说涉及半导体电路领域，更具体地，涉及参考电压发生器、集成电路 以及操作参考电压发生器的方法。
背景技术：
无线通信设备和服务在近些年激增。对个人通信业务(包括蜂窝电话(模拟和数 字)、寻呼以及出现的所谓个人通信业务(PCS))的可购性和方便访问推动了全球移动通信 工业的持续发展。众多其他无线应用和领域都显示了对包括无线电频率识别(RFID)、各种 基于卫星的通信、个人助理、局域网、设备便携性等的持续增长的希望。
RFID已经被用于各种应用，例如，自动运输系统、身份证、银行卡等。还通过结合到 动物或人体中进行应用，以用于跟踪和/或识别。跟踪和/或识别可以通过射频波来完成。 RFID通常由与天线连接的集成电路构成。天线可以发送和接收信号。集成电路可以储存和 /或处理信号承载的信息。发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种参考电压发生器，包括正比于绝对温度 (PTAT)的电流源，PTAT电流源能够提供与温度成正比的第一电流；以及分压器，分压器能 够接收与第一电流成正比的第二电流，分压器能够输出参考电压，参考电压基本与温度的 变化无关。
优选地，参考电压包括第一电压和第二电压，第一电压包括第二电流作为第一因 子，第二电压包括分压器的第一晶体管的阈值电压作为第二因子，并且第一电压响应于温 度变化的变化能够基本上由第二电压响应于温度变化的变化来补偿。
优选地，分压器包括第二晶体管，并且第二晶体管的栅极与第一晶体管的栅极和 分压器的输出端相连。
优选地，第一晶体管是NMOS晶体管，第二晶体管是PMOS晶体管，并且PMOS晶体管 两端的压降约为NMOS晶体管两端的压降的两倍。
此外，该参考电压发生器还包括第三晶体管，其中，第三晶体管与电流镜电路相 连，并且第三晶体管的栅极与PTAT电流源相连。
优选地，第三晶体管的栅极上的电压转换能够基本上跟随电流镜电路的输入端上 的电压转换。
优选地，第三晶体管的栅极上的电压转换能够导通用于触发第一电流的晶体管。
优选地，PTAT电流源能够向第三晶体管的栅极提供负电压反馈，以下拉第三晶体 管的栅极上的电压状态。
根据本发明的另一方面，提供了一种集成电路，包括电压调节器；以及参考电压 发生器，与电压调节器相连，参考电压发生器包括正比于绝对温度(PTAT)的电流源，PTAT 电流源能够提供与温度成正比的第一电流；和分压器，分压器能够接收与第一电流成正比 的第二电流，分压器能够输出参考电压，参考电压基本上与温度的变化无关。
优选地，参考电压包括第一电压和第二电压，第一电压包括第二电流作为第一因 子，第二电压包括分压器的第一晶体管的阈值电压作为第二因子，并且第一电压响应于温 度变化的变化能够基本上由第二电压响应于温度变化的变化来补偿。
优选地，分压器包括第二晶体管，第二晶体管的栅极与第一晶体管的栅极和分压 器的输出端相连。
优选地，第一晶体管是NMOS晶体管，第二晶体管是PMOS晶体管，并且PMOS晶体 管两端的压降约为NMOS晶体管两端的压降的两倍。
优选地，参考电压发生器还包括电流镜电路，与PTAT电流源和分压器相连。
此外，该参考电压发生器还包括第三晶体管，第三晶体管与电流镜电路相连，第 三晶体管的栅极与PTAT电流源相连。
优选地，第三晶体管的栅极上的电压转换能够基本上跟随电流镜电路的输入端的 电压转换，用于导通触发第一电流的第三晶体管。
优选地，PTAT电流源能够向第三晶体管的栅极提供负电压反馈，以下拉第三晶体 管的栅极上的电压状态。
根据本发明的再一方面，提供了一种操作用于提供参考电压的参考电压发生器的 方法，该方法包括通过分压器提供正比于温度的电流；以及从分压器提供参考电压，参考 电压基本上与温度的变化无关。
优选地，参考电压包括第一电压和第二电压，第一电压包括电流作为第一因子，第 二电压包括分压器的第一晶体管的阈值电压作为第二因子，并且第一电压响应于温度变化 的变化能够基本上由第二电压响应于温度变化的变化来补偿。
此外，该方法还包括通过基本上跟随用于触发电流的电流镜电路的输入端上的 电压状态的升高来升高晶体管的栅极上的电压状态，其中，晶体管与参考电压发生器的电 流镜电路相连；以及提供负电压反馈给晶体管的栅极，以下拉晶体管的栅极上的电压状态， 使得参考电压发生器在稳定状态下操作。
通过本发明的技术方案，使得参考电压基本上与温度的变化无关。
根据以下结合附图的详细描述可以最好地理解本发明。需要强调的是，根据工业 中的标准作法，各种部件没有按比例绘制并且仅用于说明目的。实际上，为了使论述清楚， 可以任意增加或减小各种部件的数量和尺寸。
图1是示出了示例性参考电压发生器的示意图。
图2是示出了处于不同工艺角(process corner)的参考电压Vref相对于温度T 的仿真结果的示图。
图3是示出了参考电压Vref、晶体管栅极上的电压状态Vb以及响应于施加在电流 镜电路的输入端上的DC电压的电流I” Iptati和Iptat3的仿真结果的示图。
图4是示出了包括电压调节器和参考电压发生器的集成电路的示图。
具体实施方式
传统的RFID具有用于提供与温度变化无关的带隙参考电压的带隙电压参考电 路。传统的带隙电压参考电路具有正比于绝对温度(PTAT)的电流源。PTAT电流源可向串 联连接的电阻器R和双极晶体管提供PTAT电流。由带隙电压参考电路输出的带隙参考电 压是电阻器R两端的压降\和双极晶体管的发射极和基极之间的压降Vbe的总和。压降Vk 响应于温度T变化的变化(S卩，dVE/dT)是正的。压降Vbe响应于温度T的变化(S卩，dVBE/ dT)是负的。dVK/dT可以基本上通过dVBE/dT来补偿，并且带隙参考电压与温度T的变化无 关。
发现PTAT电流应该足够大，使得dVK/dT可通过dVBE/dT被理想地补偿。传统地， PTAT电流至少为若干微安的量级，以提供电阻器R两端的理想压降VK。
对于传统的带隙电压参考电路，启动电路与PTAT电流源相连接，以适当地设置 PTAT电流的初始条件。另外，运算放大器(OP-AMP)用于在稳态操作期间确保稳定性。启动 电路和OP-AMP占用带隙电压参考电路的芯片区域的一部分。
基于上述，期望用于提供参考电压的参考电压发生器、集成电路、系统和方法。
应该理解，以下公开提供了许多用于实施本公开的不同部件的不同实施例或实 例。以下描述组件和配置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅是实例并且不用于限制本 发明。另外，本公开可以在不同实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和 清楚的目的，并且本质上不表示各个实施例和/或所讨论的配置之间的关系。此外，在以下 本公开中，一个部件形成在另一部件上、一个部件连接至另一部件、和/或耦合至另一部 件可以包括部件以直接接触方式形成的实施例，并且还可以包括形成插入部件之间的附加 部件(诸如，部件可以不直接接触)的实施例。另外，空间相对术语，例如“下方”、“上方”、 “水平”、“垂直”、“在· · ·之上”、“在· · ·之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等及其派生 词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)用于使本披露中的一个部件与另一个部件的 关系变得简明。空间相对术语旨在覆盖包括多个部件的设备的不同定向。
图1是示出了示例性参考电压发生器的示意图。参考电压发生器100可包括正比 于绝对温度(PTAT)的电流源110。PTAT电流源110可以提供与温度(例如，绝对温度T)成 正比的第一电流(例如，电流Iptati)。参考电压发生器100可包括分压器120。分压器120 可以接收第二电流，例如，电流IPTAT2。电流Iptat2可以与电流Iptati成正比。在各种实施例中， 电流Iptat2可以与温度T成正比。分压器120可以输出参考电压VMf。参考电压Vref可以基 本上与温度T的变化无关。在各种实施例中，dV,ef/dT 0。由PTAT电流源110产生的电 流可以被镜像，流过MOSFET专用分压器120，以产生理想的参考电压VMf。参考电压VMf基 本上与温度变化无关。
参照图1，PTAT电流源110可包括晶体管111(例如，npn双极晶体管)、晶体管 113(例如，npn双极晶体管)以及电阻器115。晶体管111的发射极可以与电压源(例如 VSS)相连。晶体管111和113的基极可彼此相连。晶体管113的集电极可与晶体管113的基极相连。电阻器115可与晶体管113的发射极相连。电阻器115可具有电阻礼。应该注 意，上述PTAT电流源110仅是示例性的。MOS晶体管(例如，PMOS和/或NMOS晶体管)和 /或Pnp双极晶体管可用于形成理想的PTAT电流源110。
注意，电流Iptat2可以与温度T成正比。在各种实施例中，Iptat2可以表示为下面所 示的等式(1)。
权利要求
1.一种参考电压发生器，包括正比于绝对温度(PTAT)的电流源，所述PTAT电流源能够提供与温度成正比的第一电 流；以及分压器，所述分压器能够接收与所述第一电流成正比的第二电流，所述分压器能够输 出参考电压，所述参考电压基本与温度的变化无关。
2.根据权利要求1所述的参考电压发生器，其中，所述参考电压包括第一电压和第二 电压，所述第一电压包括所述第二电流作为第一因子，所述第二电压包括所述分压器的第 一晶体管的阈值电压作为第二因子，并且所述第一电压响应于温度变化的变化能够基本上 由所述第二电压响应于温度变化的变化来补偿，其中，所述分压器包括第二晶体管，并且所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的 栅极和所述分压器的输出端相连，其中，所述第一晶体管是NMOS晶体管，所述第二晶体管是PMOS晶体管，并且PMOS晶体 管两端的压降约为所述NMOS晶体管两端的压降的两倍。
3.根据权利要求1所述的参考电压发生器，还包括电流镜电路，与所述PTAT电流源 和所述分压器相连，其中，所述参考电压发生器还包括第三晶体管，其中，所述第三晶体管与所述电流镜 电路相连，并且所述第三晶体管的栅极与所述PTAT电流源相连，其中，所述第三晶体管的栅极上的电压转换能够基本上跟随所述电流镜电路的输入端 上的电压转换，其中，所述第三晶体管的栅极上的电压转换能够导通用于触发所述第一电流的晶体管，其中，所述PTAT电流源能够向所述第三晶体管的栅极提供负电压反馈，以下拉所述第 三晶体管的栅极上的电压状态。
4.一种集成电路，包括电压调节器；以及参考电压发生器，与所述电压调节器相连，所述参考电压发生器包括正比于绝对温度(PTAT)的电流源，所述PTAT电流源能够提供与温度成正比的第一电 流；和分压器，所述分压器能够接收与所述第一电流成正比的第二电流，所述分压器能够输 出参考电压，所述参考电压基本上与温度的变化无关。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其中，所述参考电压包括第一电压和第二电压，所 述第一电压包括所述第二电流作为第一因子，所述第二电压包括所述分压器的第一晶体管 的阈值电压作为第二因子，并且所述第一电压响应于温度变化的变化能够基本上由所述第 二电压响应于温度变化的变化来补偿。
6.根据权利要求4所述的集成电路，其中，所述分压器包括第二晶体管，所述第二晶体 管的栅极与所述第一晶体管的栅极和所述分压器的输出端相连，其中，所述第一晶体管是NMOS晶体管，所述第二晶体管是PMOS晶体管，并且所述PMOS 晶体管两端的压降约为所述NMOS晶体管两端的压降的两倍。
7.根据权利要求4所述的集成电路，其中，所述参考电压发生器还包括电流镜电路，与所述PTAT电流源和所述分压器相连，其中，所述参考电压发生器还包括第三晶体管，所述第三晶体管与所述电流镜电路相 连，所述第三晶体管的栅极与所述PTAT电流源相连，其中，所述第三晶体管的栅极上的电压转换能够基本上跟随所述电流镜电路的输入端 的电压转换，用于导通触发所述第一电流的所述第三晶体管，其中，所述PTAT电流源能够向所述第三晶体管的栅极提供负电压反馈，以下拉所述第 三晶体管的栅极上的电压状态。
8.一种操作用于提供参考电压的参考电压发生器的方法，所述方法包括通过分压器提供正比于温度的电流；以及从所述分压器提供参考电压，所述参考电压基本上与温度的变化无关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述参考电压包括第一电压和第二电压，所述第 一电压包括所述电流作为第一因子，所述第二电压包括所述分压器的第一晶体管的阈值电 压作为第二因子，并且所述第一电压响应于温度变化的变化能够基本上由所述第二电压响 应于所述温度变化的变化来补偿。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括通过基本上跟随用于触发所述电流的所述电流镜电路的输入端上的电压状态的升高 来升高晶体管的栅极上的电压状态，其中，所述晶体管与所述参考电压发生器的所述电流 镜电路相连；以及提供负电压反馈给所述晶体管的栅极，以下拉所述晶体管的栅极上的所述电压状态， 使得所述参考电压发生器在稳定状态下操作。
全文摘要
本发明公开了参考电压发生器、集成电路以及操作参考电压发生器的方法，其中，该参考电压发生器包括正比于绝对温度(PTAT)的电流源和分压器。PTAT电流源能够提供与温度成正比的第一电流。分压器能够接收与第一电流成正比的第二电流。分压器能够输出参考电压。参考电压基本上与温度的变化无关。
文档编号G05F1/56GK102033558SQ20101027529
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月24日
发明者周淳朴, 迪潘卡·奈格 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司