[发明专利]基准电压发生器电路和电子系统

说明书

本申请涉及分数带隙基准电压发生器。一种基准电压发生器电路，包括：电路，该电路生成与绝对温度互补的(CTAT)电压以及绝对温度成比例型(PTAT)电流。输出电流电路从该PTAT电流中生成从第一节点灌入的灌PTAT电流以及被拉至第二节点的拉PTAT电流，其中，该灌PTAT电流与该拉PTAT电流是相等的。电阻器直接连接在该第一节点与该第二节点之间。分压器电路对该CTAT电压进行分压以生成施加到该第一节点的经分压的CTAT电压。该第二节点处的电压为分数带隙基准电压，该分数带隙基准电压等于该经分压的CTAT电压与该电阻器两端的与电阻器电流成比例的电压降之和，该电阻器电流等于该灌PTAT电流和该拉PTAT电流。

技术领域

本发明涉及一种用于在集成电路器件中生成基准电压的电路并且更具体地涉及一种用于生成小于带隙电压的基准电压的电路。

背景技术

带隙基准电压发生器电路在本领域中是众所周知的。这类电路被配置成用于生成约等于硅的带隙电压(Vbg)(即，零度开氏温度下1.205伏特)的基准电压。例如，从超过1.8伏特的电源电压生成这类电压是没有意义的。然而，现在，集成电路器件配备有远低于1.8伏特的电源电压。实际上，一些集成电路器件或集成电路器件中的电路部分可以用低至0.5伏特的输入电源电压进行供电。以这类低输入电源电压水平来操作模拟电路系统(比如带隙基准电压发生器电路)是一种挑战。

在本领域中进一步意识到的是，所需要的基准电压可以小于带隙电压(即，次带隙电压)并且具体地可以是带隙电压的整分数。例如，对于以低电源电压进行操作的模拟电路，基准电压必须低于电源电压。例如，以1.0伏特的低片上电源电压进行操作的模拟电路可以要求0.6伏特的基准电压，该基准电压可以作为带隙电压的整分数(1.205/2)被获得。

分数带隙基准电压发生器电路的示例为如在图1中所示出的所谓的Banba带隙基准电压发生器电路10。亦参见Banba等人，“CMOS Bandgap Reference Circuit with Sub-1-V Operation(利用Sub-1-V操作的CMOS带隙基准电路)”，IEEE固态电路期刊，第34卷，第670-674页，1999年5月。晶体管Q1的发射极区域比晶体管Q2的发射极区域大n倍。在常见配置中，n＝8。晶体管Q1和晶体管Q2均被配置成二极管接法器件。运算放大器驱动晶体管M1和M2的栅极以促使运算放大器的反相输入端处的电压等于运算放大器的非反相输入端处的电压。在这些电压相等的情况下，电阻器R2中的电流I2与晶体管Q2的基极-发射极电压(Vbe)成比例(即，I2＝Vbe/R2)。流过每个晶体管Q1和Q2的电流I1通过I1＝V_Tln(n)/R1给出。因此，流过每个晶体管M1和M2的电流Im为Im＝(V_Tln(n)/R1)+(Vbe/R2)。电流Im的第一分量与绝对温度成比例(PTAT)并且第二分量与绝对温度互补(CTAT)。因此，可以使电流Im与温度无关(即，具有零或近零温度系数)。使用由晶体管M3形成的电流镜电路来镜像此电流Im以生成温度无关的输出电流Io。输出电流Io流过电阻器R3以形成输出基准电压Vref(其中，Vref＝(R3/R2)(V_T(R2/R1)ln(n)+Vbe)。如果R3＝R2/N，则生成分数带隙基准电压Vref＝Vbg/N。更确切地，电阻比R2/R1被选择成使得PTAT电压与温度的斜率抵消CTAT电压Vbe与温度的斜率。通常，如果n＝8，则R2/R1约等于9-10，以便平衡斜率并且获得补偿电压。这在数学上可以表示为：R2*log(n)/R1＝-(dVbe/dT)/(dV_T/dT)，其中，d/dT是关于温度求导。

对于低功率应用，重要的是，基准电压发生器电路10中的电流较小。这需要使用占用相应地大量的集成电路芯片区域的大电阻值电阻器。因而本领域中需要支持低电流的低供电操作(即，低功率操作)和减少的集成电路区域占用的分数带隙基准电压发生器电路。

发明内容