专利名称：电流及电压参考电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流及电压参考电路，且特别涉及一种适用于手持式电子装置的电流及电压参考电路。
背景技术：
由于手持式电子装置的应用越来越广泛，对于电池使用时间的要求也越来越长。所以如何让手持式电子装置的元件在待机或关闭状态下所消耗的功率降低，已经是现今技术的一大课题。而在模拟电路中，电流及电压参考电路的静态电流消耗，常是技术瓶颈之所在，因此我们希望能研发出一种电流及电压参考电路，使其电路易于开启、关闭，而且在关闭状态下仅消耗极低的静态电流。
美国专利第5949227号申请提出了如图1所示的电路，用启动(startup)电路101启动电压参考电路103，在关闭时使用启动截止(startup disable)电路102隔开启动电路101和电压参考电路103。但是这篇专利提出的启动截止电路102并不能完全关闭电流，也就是说，在关闭时仍然有电流消耗。
Hironori Banba以及Hitoshi Shiga等人在Journal of Solid-StateCircuit，vol.34，no.5，pp.670-674，May 1999发表的论文“A CMOSBandgap Reference Circuit with Sub-1-V Operation”主要提出了一种可供低电压使用的频带间隙参考电路(bandgap reference circuit)。其频带间隙参考电路的启动方法是利用N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor，简称为NMOS晶体管)以及启动(power-on reset)信号，使频带间隙参考电路能在电路一开始通电的时候，启动整个电路。这篇论文虽然提出了低电压频带间隙参考电路的实施方法以及启动方法，但是并没有提供关闭的方法。
另一篇论文是由Piero Malcovati与Franco Maloberti等人在Journal of Solid-State Circuit，vol.36，no.7，pp.1076-1081，July 2001发表的”Curvature-Compensated BiCMOS Bandgap with 1-V SupplyVoltage”。这一篇论文主要是提出了低电压下，在低电压频带间隙参考电路中的运算放大器(operational amplifier)以及启动功能的设计方法，但是并没有提出关闭的方法。另外，上述启动方法需要BiCMOS工艺，也就是双极结晶体管(bipolar junction transistor，简称为BJT晶体管)以及互补型金属氧化物半导体晶体管(complementary MOS，简称为CMOS)的复合工艺来实现。
由以上说明可知，目前的技术还不能满足我们的期望。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流及电压参考电路，其有完整的开启与关闭功能，在关闭时几乎不消耗电流，可延长手持式电子装置的使用时间，而且只需要CMOS工艺就能实现。
为达成上述及其它目的，本发明提出一种电流及电压参考电路，包括电流偏压电路以及电压参考电路。电流偏压电路接收驱动信号，于驱动信号处于允许状态时提供参考电流、偏压信号与启动信号，并且于驱动信号处于截止状态时提供第一预设电压与第二预设电压。电压参考电路连接于电流偏压电路，若接收偏压信号与启动信号，则进入开启状态并且提供参考电压，若接收第一预设电压与第二预设电压，则进入关闭状态。
上述电流及电压参考电路，在一实施例中，电流偏压电路还包括启动电路、第一隔离器(isolator)、常数跨导偏压电路、以及第二隔离器。启动电路接收状态信号，若状态信号处于关闭状态，则输出启动信号。第一隔离器接收驱动信号，并且自启动电路接收启动信号，若驱动信号为允许状态，则输出启动信号，若驱动信号为截止状态，则输出第三预设电压。常数跨导偏压(constant gm bias或constanttransconductance bias)电路根据其状态提供状态信号至启动电路，并且连接于第一隔离器。若自第一隔离器接收启动信号，则进入开启状态并且输出参考电流与偏压信号；若自第一隔离器接收第三预设电压，则进入关闭状态。最后，第二隔离器接收驱动信号，若驱动信号为允许状态，则传递常数跨导偏压电路输出的偏压信号至电压参考电路，并且传递第一隔离器输出的启动信号至电压参考电路。反之，若驱动信号为截止状态，则输出第一预设电压与第二预设电压至电压参考电路。
上述电流及电压参考电路，在一实施例中，若驱动信号为截止状态，则第一隔离器隔离启动电路、常数跨导偏压电路、以及第二隔离器。而且第二隔离器隔离常数跨导偏压电路、第一隔离器、以及电压参考电路。
依照本发明的较佳实施例所述，本发明以启动电路启动常数跨导偏压电路，进而以启动电路及常数跨导偏压电路启动电压参考电路。至于关闭时，本发明以隔离器本身输出的预设电压关闭常数跨导偏压电路以及电压参考电路。所以本发明有完整的开启与关闭功能。
另外，在关闭时，本发明的隔离器会隔绝启动电路、常数跨导偏压电路、以及电压参考电路，完全阻断电流，所以本发明提出的电流及电压参考电路在关闭时几乎不消耗电流，可延长手持式电子装置的使用时间。而且本发明不使用BJT晶体管，所以只需要CMOS工艺就能实现。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明之较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为背景技术的电路示意图。
图2为根据本发明一实施例的电流及电压参考电路的电路图。
图3与图4为图2当中的隔离器的电路图。
主要元件标记说明101启动电路102启动截止电路103电压参考电路200电流及电压参考电路201电流偏压电路202电压参考电路203启动电路204隔离器205常数跨导偏压电路206隔离器207第一开关电路208第二开关电路209频带间隙参考电路301、302、401、402多路复用器GND地线NS启动晶体管P1～P6PMOS晶体管VDD电压源具体实施方式
图2为根据本发明一实施例的电流及电压参考电路200的电路示意图。电流及电压参考电路200包括互相连接的电流偏压电路201以及电压参考电路202。
电流偏压电路201包括启动电路203、隔离器204、常数跨导偏压电路205、以及隔离器206。隔离器204连接于启动电路203。常数跨导偏压电路205连接于启动电路203以及隔离器204。隔离器206连接于常数跨导偏压电路205以及隔离器204。
另一方面，电压参考电路202包括开关电路207与208、启动晶体管NS(在本实施例为NMOS晶体管)、以及频带间隙参考电路(bandgap reference circuit)209。开关电路207连接于电压源VDD。开关电路208连接于开关电路207以及隔离器206。启动晶体管NS连接于隔离器206以及开关电路207。最后，频带间隙参考电路209连接于开关电路207、208、启动晶体管NS、以及地线GND之间。
电流及电压参考电路200有开启与关闭两种状态。在开启状态时，隔离器204与206会导通启动电路203、常数跨导偏压电路205、以及频带间隙参考电路209。常数跨导偏压电路205会进入开启状态，输出参考电流IREF。频带间隙参考电路209也会进入开启状态，输出参考电压VREF。而另一方面，当电流及电压参考电路200处于关闭状态时，隔离器204与206会隔断启动电路203、常数跨导偏压电路205、以及频带间隙参考电路209之间的电流。常数跨导偏压电路205与频带间隙参考电路209会随之进入关闭状态，此时常数跨导偏压电路205与频带间隙参考电路209之中的偏压电流会趋近于零。以下详细说明整个电流及电压参考电路200的启动与关闭过程。
当电流及电压参考电路200处于关闭状态，而且电源从零升高到某个固定电压时，电流及电压参考电路200就会开始启动。首先，驱动信号220会进入允许状态，使隔离器204与206导通启动电路203、常数跨导偏压电路205、以及频带间隙参考电路209。接着常数跨导偏压电路205会提供状态信号223给启动电路203。状态信号223的内容就是反映常数跨导偏压电路205的状态，此时常数跨导偏压电路205仍然是关闭的，所以状态信号223自然也处于关闭状态。
启动电路203一接收到关闭状态的状态信号223，就会输出启动信号221。隔离器204会将启动信号221传递给常数跨导偏压电路205。接收到启动信号221之后，常数跨导偏压电路205就会进入开启状态，输出参考电流IREF以及偏压信号222。隔离器206会将偏压信号222传递给开关电路208，使开关电路208导通开关电路207以及频带间隙参考电路209。
另一方面，隔离器204与206会将启动电路203的启动信号221传递给启动晶体管NS，使启动晶体管NS导通。导通之后，启动晶体管NS漏极(drain)的低电位会使开关电路207导通电压源VDD以及开关电路208。这时候启动晶体管NS、开关电路207以及208都已经导通，频带间隙参考电路209就会进入开启状态，输出参考电压VREF。
接下来，若电流及电压参考电路200要从开启状态进入关闭状态，首先驱动信号220会进入截止状态，使隔离器204与206隔断启动电路203、常数跨导偏压电路205、以及频带间隙参考电路209之间的电流。然后隔离器204会输出第三预设电压以关闭常数跨导偏压电路205。之后虽然状态信号223会使启动电路203输出启动信号221，因为隔离器204已经隔绝启动电路203与常数跨导偏压电路205，常数跨导偏压电路205不会再度启动。
另一方面，隔离器206会输出第一预设电压使开关电路208断开，并且输出第二预设电压使启动晶体管NS断开。启动晶体管NS一断开，开关电路207也随之断开。这时候因为启动晶体管NS、开关电路207以及208都已经断开，频带间隙参考电路209也会进入关闭状态。
接下来请参照图3，图3为隔离器204的电路示意图。隔离器204主要包含多路复用器(multiplexer)301与302。多路复用器301与302皆接收驱动信号220。当驱动信号220为允许状态时，多路复用器301会传递启动电路203的启动信号221至常数跨导偏压电路205，而多路复用器302则传递上述的启动信号221至隔离器206。反之，当驱动信号220为截止状态时，多路复用器301会传递第三预设电压313至常数跨导偏压电路205，多路复用器302则导通其输出端与地线GND。由图2及图3不难看出，当启动信号220处于关闭状态时，隔离器204确实可隔离启动电路203、常数跨导偏压电路205、以及隔离器206。
接下来请参照图4，图4为隔离器206的电路示意图。隔离器206主要包含多路复用器401与402。多路复用器401与402皆接收驱动信号220。当驱动信号220为允许状态时，多路复用器401会传递常数跨导偏压电路205的偏压信号222至开关电路208，多路复用器402则传递来自多路复用器302的启动信号221至启动晶体管NS。反之，当驱动信号220为截止状态时，多路复用器401会传递第一预设电压411至开关电路208，多路复用器402则传递第二预设电压412至启动晶体管NS。由图2及图4不难看出，当启动信号220处于关闭状态时，隔离器206确实可隔离常数跨导偏压电路205、隔离器204、以及频带间隙参考电路209。
综上所述，本发明以启动电路启动常数跨导偏压电路，进而以启动电路及常数跨导偏压电路启动频带间隙参考电路。至于关闭时，本发明以隔离器本身输出的预设电压关闭常数跨导偏压电路以及频带间隙参考电路。所以本发明有完整的开启与关闭功能。
另外，在关闭时，本发明的隔离器会隔绝启动电路、常数跨导偏压电路、以及频带间隙参考电路，完全阻断电流，所以本发明提出的电流及电压参考电路在关闭时几乎不消耗电流，可延长手持式电子装置的使用时间。而且本发明不使用BJT晶体管，所以只需要CMOS工艺就能实现。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种电流及电压参考电路，其特征在于包括电流偏压电路，接收驱动信号，于该驱动信号处于允许状态时提供参考电流、偏压信号与启动信号，并且于该驱动信号处于截止状态时提供第一预设电压与第二预设电压；以及电压参考电路，连接于该电流偏压电路，若接收该偏压信号与该启动信号，则进入开启状态并且提供参考电压，若接收该第一预设电压与该第二预设电压，则进入关闭状态。
2.根据权利要求1所述的电流及电压参考电路，其特征在于该电流偏压电路还包括启动电路，接收状态信号，若该状态信号处于关闭状态，则输出该启动信号；第一隔离器，接收该驱动信号，并且自该启动电路接收该启动信号，若该驱动信号为允许状态，则输出该启动信号，若该驱动信号为截止状态，则输出第三预设电压；常数跨导偏压电路，根据该常数跨导偏压电路的状态提供该状态信号至该启动电路，并且连接于该第一隔离器，若自该第一隔离器接收该启动信号，则进入开启状态并且输出该参考电流与该偏压信号，若自该第一隔离器接收该第三预设电压，则进入关闭状态；以及第二隔离器，接收该驱动信号，若该驱动信号为允许状态，则传递该常数跨导偏压电路输出的该偏压信号至该电压参考电路，并且传递该第一隔离器输出的该启动信号至该电压参考电路，若该驱动信号为截止状态，则输出该第一预设电压与该第二预设电压至该电压参考电路。
3.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于若该常数跨导偏压电路进入开启状态，则该状态信号亦进入开启状态，若该常数跨导偏压电路进入关闭状态，则该状态信号亦进入关闭状态。
4.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于若该驱动信号为截止状态，则该第一隔离器隔离该启动电路、该常数跨导偏压电路、以及该第二隔离器，而且该第二隔离器隔离该常数跨导偏压电路、该第一隔离器、以及该电压参考电路。
5.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于该第一隔离器还包括第一多路复用器，接收该第三预设电压，自该启动电路接收该启动信号，根据该驱动信号，传递该第三预设电压与该启动信号中之一种至该常数跨导偏压电路。
6.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于该第一隔离器还包括第二多路复用器，自该启动电路接收该启动信号，当该驱动信号为允许状态时，传递该启动信号至该第二隔离器。
7.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于该第二隔离器还包括第三多路复用器，接收该第一预设电压，自该常数跨导偏压电路接收该偏压信号，根据该驱动信号，传递该第一预设电压与该偏压信号中之一种至该电压参考电路。
8.根据权利要求2所述的电流及电压参考电路，其特征在于该第二隔离器还包括第四多路复用器，接收该第二预设电压，自该第一隔离器接收该启动信号，根据该驱动信号，传递该第二预设电压与该启动信号中之一种至该电压参考电路。
9.根据权利要求1所述的电流及电压参考电路，其特征在于该电压参考电路还包括启动晶体管，连接于该电流偏压电路与地线；第一开关电路，连接于电压源与该启动晶体管；第二开关电路，连接于该电流偏压电路与该第一开关电路；以及频带间隙参考电路，连接于该第二开关电路与该启动晶体管；其中该启动晶体管自该电流偏压电路接收该启动信号与该第二预设电压中之一种，若接收该启动信号，则导通该第一开关电路、该频带间隙参考电路、以及该地线，若接收该第二预设电压，则断开该第一开关电路、该频带间隙参考电路、以及该地线；该第一开关电路根据该启动晶体管的导通与断开状态，导通或断开该电压源与该第二开关电路；该第二开关电路自该电流偏压电路接收该偏压信号与该第一预设电压中之一种，若接收该偏压信号，则导通该第一开关电路与该频带间隙参考电路，若接收该第一预设电压，则断开该第一开关电路与该频带间隙参考电路；若该启动晶体管、该第一开关电路、以及该第二开关电路皆导通，则该频带间隙参考电路进入开启状态并输出该参考电压；若该启动晶体管、该第一开关电路、以及该第二开关电路皆断开，则该频带间隙参考电路进入关闭状态。
10.根据权利要求9所述的电流及电压参考电路，其特征在于当该启动晶体管导通时，该第一开关电路导通该电压源与该第二开关电路，当该启动晶体管断开时，该第一开关电路断开该电压源与该第二开关电路。
全文摘要
一种电流及电压参考电路，包括电流偏压电路以及电压参考电路。电流偏压电路接收驱动信号，于驱动信号处于允许状态时提供参考电流、偏压信号与启动信号，并且于驱动信号处于截止状态时提供第一预设电压与第二预设电压。电压参考电路连接于电流偏压电路，若接收偏压信号与驱动信号，则进入开启状态并且提供参考电压，若接收第一预设电压与第二预设电压，则进入关闭状态。
文档编号G05F3/24GK1920727SQ20051009300
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月24日 优先权日2005年8月24日
发明者林崇伟 申请人:财团法人工业技术研究院