带隙电压参考的制作方法

本说明书涉及用于带隙电压参考的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术：

带隙电压参考理想地为在许多集成电路中用以产生固定参考电压的温度、电源和负载非依赖性电压参考。带隙电压参考通常产生约1.25v的输出电压。

带隙电压参考监测以不同电流密度操作的两个p-n结(例如，二极管)之间的电压差。具有不同大小的两个二极管之间的电压差可非常依赖于温度且表现为vt*ln(比率)且与绝对温度成比例(proportionaltoabsolutetemperature，ptat)。然而，此ptat电压接着可用于产生ptat电流，继而迫使该电流通过二极管。二极管正向电压在恒定电流下具有负极温度系数。通过将ptat电流施加到二极管且添加额外ptat电压(经由r1和或r2)，可形成具有零温度系数的带隙电压。

技术实现要素：

根据例子实施例，一种电压参考包括：具有第一中间带隙电压输出、第二中间带隙电压输出和带隙电压参考输出的带隙电路核心；具有第一输入、第二输入、输入偏移、输出和输入偏移微调的放大器；微调控制器；耦合于带隙电路、放大器与微调控制器之间的开关矩阵；其中开关矩阵具有功能配置和校准配置；其中在开关矩阵的功能配置中，第一中间带隙电压输出耦合到放大器的第一输入且第二中间带隙电压输出耦合到放大器的第二输入；且其中响应于开关矩阵的校准配置，微调控制器经耦合以使用输入偏移微调调节放大器的输入偏移。

在另一例子实施例中，开关矩阵被配置成在电压参考的操作期间呈功能配置或校准配置。

在另一例子实施例中，开关矩阵被配置成在功能配置与校准配置之间添加切换之间的延迟。

在另一例子实施例中，响应于开关矩阵的功能配置，微调控制器被配置成使放大器的输入偏移微调保持固定值。

在另一例子实施例中，在开关矩阵的校准配置中，第一中间带隙电压输出与放大器的第一输入解耦合，或第二中间带隙电压输出与放大器的第二输入解耦合。

在另一例子实施例中，微调控制器被配置成使用输入偏移微调使放大器的输入偏移最小化。

在另一例子实施例中，进一步包括环境温度输入；其中微调控制器被配置成响应于环境温度输入上的温度值将开关矩阵设置为校准配置。

在另一例子实施例中，微调控制器被配置成控制开关矩阵。

在另一例子实施例中，微调控制器被配置成响应于第一时间信号将开关矩阵设置为功能配置且响应于第二时间信号将开关矩阵设置为校准配置。

在另一例子实施例中，放大器为差分放大器；其中在校准配置中，第一与第二输入与放大器耦合在一起；且其中微调控制器被配置成响应于来自差分放大器的输出信号改变而停止调节放大器的输入偏移微调。

在另一例子实施例中，在校准配置中，微调控制器被配置成使放大器的输入偏移微调斜升。

在另一例子实施例中，进一步包括耦合到带隙电压参考输出的电容器；和耦合于电容器与带隙电路核心之间的额外开关；其中电容器被配置成将电压存储于带隙电压参考输出上；且其中额外开关被配置成在开关矩阵呈校准配置时使带隙电路核心与带隙电压参考输出隔离。

在另一例子实施例中，放大器为第一放大器且输入偏移微调为第一输入偏移微调；进一步包括具有第一输入、第二输入、输入偏移、输出和第二输入偏移微调的第二放大器；其中开关矩阵还耦合于带隙电路、第二放大器与微调控制器之间；其中在开关矩阵的功能配置中，第一中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第一输入且第二中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第二输入；以及微调控制器经耦合以使用第二输入偏移微调调节第二放大器的输入偏移。

在另一例子实施例中，在开关矩阵的校准配置中，第一中间带隙电压输出耦合到第二放大器的第一输入且第二中间带隙电压输出耦合到第二放大器的第二输入；且微调控制器经耦合以使用第一输入偏移微调调节第一放大器的输入偏移。

在另一例子实施例中，第一与第二放大器中的至少一个被配置成在电压参考的操作期间耦合到带隙电压参考输出。

在另一例子实施例中，第一与第二放大器两者在电压参考的操作期间均不耦合到带隙电压参考输出。

在另一例子实施例中，放大器为cmos放大器。

根据例子实施例，电压参考包括：具有第一中间带隙电压输出、第二中间带隙电压输出和带隙电压参考输出的带隙电路核心；具有第一输入、第二输入、输入偏移、输出和第一输入偏移微调的第一放大器；微调控制器；耦合于带隙电路、放大器与微调控制器之间的开关矩阵；其中开关矩阵具有功能配置和校准配置；其中在开关矩阵的功能配置中，第一中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第一输入且第二中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第二输入；且其中响应于开关矩阵的校准配置，微调控制器经耦合以使用第一输入偏移微调调节第一放大器的输入偏移；具有第一输入、第二输入、输入偏移、输出和第二输入偏移微调的第二放大器；其中开关矩阵还耦合于带隙电路、第二放大器与微调控制器之间；其中在开关矩阵的功能配置中，第一中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第一输入且第二中间带隙电压输出耦合到第一放大器的第二输入；以及微调控制器经耦合以使用第二输入偏移微调调节第二放大器的输入偏移。

以上论述并不意图呈现在当前或将来权利要求集的范围内的每个例子实施例或每个实施方案。附图和之后的具体实施方式也示例出各种例子实施例。

结合附图考虑以下具体实施方式，可以更加完全地理解各种例子实施例，在附图中：

附图说明

图1为基于带隙的电压参考的第一例子。

图2为基于带隙的电压参考的第二例子。

图3为基于带隙的电压参考的第三例子。

图4为在基于带隙的电压参考内的例子微调控制器。

图5为用于微调基于带隙的电压参考的第三例子的例子时序图。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其详情且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

具体实施方式

在一些例子实施例中，在固定温度下的最终测试期间将呈带隙电压参考的放大器微调为预定输出电压。然而，使放大器的偏移保持未经微调，且因此放大器的输入偏移的封装应力引发的改变和温度变化可改变带隙电压输出。这可在使用此类电压参考时降低电路的精度。

例如借助于存储电容器的偏移调零的技术或例如斩波的斩波技术呈现不同自动归零方法。其它方法可使用带隙以及使用斩波的单个放大器。斩波涉及避开偏移效应的模拟信号线的上混合和下混合。常常，这将非所需寄生噪声注入到带隙中。

现论述使得能够在操作期间周期性地或零星地微调基于带隙的电压参考的例子实施例。在一个例子中，用于消除cmos放大器的偏移的电路常用于带隙中。在cmos放大器级中，可归因于分量的不匹配而出现输入相关电压偏移。此不匹配来源于归因于程序变化的固有偏移，并且来源于例如封装应力的应力相关因数。

常常可通过在特定(室内)温度下在工厂中进行微调而去除固有参数不匹配。然而，封装应力相关偏移可需要微调对比温度。替代单次微调，需要多次温度微调或连续微调。在工厂中在多个温度下微调常常是耗时的且因此相当昂贵。

本文中所描述的电路呈现一种形式的自动式微调。在一个例子实施例中，自动式微调算法替代地微调至少两个偏移可微调放大器。在一个放大器在使用中的同时，另一放大器自动地经微调，且反之亦然。当微调算法尝试为最小偏移寻找最佳放大器微调时，可在离散步骤中对微调进行编程。通过使用两个或多于两个放大器，放大器中的至少一个在电路操作期间始终可供用于带隙功能，由此维持恒定带隙电压过温、封装应力和可以其它方式更改带隙电压输出的其它变量。

图1为基于带隙的电压参考的第一例子100。第一例子基于带隙的电压参考100包括带隙电路核心102、放大器ampa108、开关矩阵(s1、s2、s3)、微调控制器118和带隙电压参考输出(vbandgap)124(例如，标称地为1.23v，但在校准期间将有可能发生变化)。

带隙电路核心102包括二极管d1、d2，电阻器r1、r2、r3，第一中间带隙电压输出104和第二中间带隙电压输出106。带隙参考电压输出124的值取决于电阻器(r1、r2、r3)和二极管(d1、d2)的选定属性。

如果r1＝r2，那么带隙参考电压输出124限定为：

a.vbandgap124＝v(d2)+vt*ln{a(d2)/a(d1)}*(r2+r3)/r3或作为替代方案；且

b.vbandgap124＝v(d1)+vt*ln{a(d2)/a(d1)}*(r1)/r3

其中：

a.v(d1)或v(d2)分别为跨越二极管d1或d2的电压；

b.vt为热电压(也被称作kt/q)；

c.a(d2)/a(d1)为二极管d2和d1的面积的比率；以及

d.ln为自然对数函数

放大器ampa108(例如，差分放大器)包括第一输入110、第二输入112、输入偏移(ampa内部，未示出)、输出114和输入偏移微调_a116。

微调控制器118包括触发_a输入120和开关矩阵控制输出(s1、s2、s3)122。微调控制器118可更改开关矩阵控制输出(s1、s2、s3)以使例子电压参考100处于功能配置(例如，s1、s3闭合且s2断开)或校准配置(例如，s1、s3断开且s2闭合)，如下文进一步论述。

在开关矩阵(s1、s2、s3)的功能配置中，第一中间带隙电压输出104耦合到放大器的第一输入110且第二中间带隙电压输出106耦合到放大器的第二输入112。在放大器ampa108的功能配置中，s1和s3闭合，而s2断开。

在开关矩阵(s1、s2、s3)的校准配置中，微调控制器118经耦合以使用输入偏移微调_a116调节放大器的输入偏移。在此例子实施例中，五个位用于微调，但可使用任何其它位数。在放大器ampa108的校准配置中，s2闭合，而s1和s3断开。

在电压参考的操作期间通过微调控制器118将开关矩阵(s1、s2、s3)配置为呈功能配置或校准配置。在一个例子实施例中，开关矩阵(s1、s2、s3)被配置成在功能配置与校准配置之间添加切换之间的延迟。

在处于开关矩阵(s1、s2、s3)的功能配置时，微调控制器118被配置成使放大器的输入偏移微调_a116保持固定值。

然而，在开关矩阵(s1、s2、s3)的校准配置中，第一中间带隙电压输出104或第二中间带隙电压输出106与放大器108的输入110、112解耦合且微调控制器118被配置成使用输入偏移微调_a116使放大器的输入偏移最小化。

在放大器ampa108的输入彼此连接的情况下，放大器ampa108的偏移微调接着从负倾斜上升为正。响应于偏移微调_a116的倾斜上升，输出114从负切换(例如，转变)为正，或反之亦然。此输出114切换在图式中标注为触发_a。

在出现最小输入偏移(例如，最小或理想地为零)时达到偏移微调之后，放大器ampa108的输出114将从低(例如，零)电压转变成高(例如，1.8v)电压。微调控制器118监测放大器ampa108的输出电压且在放大器ampa108的输出电压发生转变时锁存对应于偏移微调的偏移微调代码。在放大器ampa108的功能配置阶段期间保存用于放大器ampa108的此偏移微调代码以供稍后使用。

因此，放大器ampa108的输入偏移微调_a116将放大器的input_offset减小为最小值以免将误差引入到第一中间带隙电压104和第二中间带隙电压106的测量结果中。

通过此类微调代码，放大器ampa108可经编程以具有正或负偏移。将这些正或负偏移添加到已经存在于放大器ampa108中的固有偏移误差。

图2为基于带隙的电压参考的第二例子200。第二例子电压参考200添加开关(s4)、输出电容器202(例如，chold)和到微调控制器118的开关矩阵控制输出(s4)204。

输出电容器202耦合到带隙电压参考输出(vbandgap)124，且额外开关(例如，s4)耦合于输出电容器202与带隙电路核心102之间。

输出电容器202被配置成将电压存储在带隙电压参考输出124上，而放大器ampa108在校准配置中经微调。

额外开关s4被配置成在开关矩阵(s1、s2、s3)呈校准配置时使带隙电路核心与带隙电压参考输出隔离以免从电容器202排放电荷且过度地降低vbandgap124。

图3为基于带隙的电压参考的第三例子300。将第三例子电压参考300添加到第一例子电压参考100和第二开关矩阵(s4、s5、s6)。

放大器ampb302包括第一输入304、第二输入306、输入偏移(ampb内部，未示出)、输出308和输入偏移微调_b310。微调控制器118包括触发_b输入314和开关矩阵控制输出(s4、s5、s6)312。

开关矩阵(s4、s5、s6)耦合于带隙电路核心102、第二放大器302与微调控制器118之间。

在放大器ampa108呈功能配置时，放大器ampb302呈校准配置。

通过开关s1直到s6，微调控制器118可将一个放大器设置为呈功能配置且由此产生带隙电压参考输出，而另一放大器呈校准配置且经微调。通过微调位偏移微调_a＜4∶0＞和偏移微调_b＜4∶0＞，可为了最小(例如，零)输入偏移分别微调放大器ampa108和放大器ampb302。

举例来说，首先，呈校准配置的放大器ampa108经微调，而放大器ampb302呈功能配置产生带隙电压参考输出。接着，其次，放大器ampb302呈校准配置经微调，而放大器ampa108呈功能配置产生带隙电压参考输出。

在放大器ampa108的校准配置中，s2、s4和s6闭合，而s1、s3和s5断开。而在放大器ampa108的功能配置中，s1、s3和s5闭合，而s2、s4和s6断开。

因此，通过使用两个放大器，一个放大器始终可供用于带隙功能，而另一放大器经微调。

图4为基于带隙的电压参考内的微调控制器118的例子400。微调控制器118的例子400包括时间线产生器402，解码器404和两组控制逻辑410、412。

时间线产生器402确定何时将出现下一个功能到校准配置循环。此类循环可为周期性的(例如，基于时钟定时信号)或通过外部信号触发。

在一个例子实施例中，外部信号可为环境温度信号。时间线产生器402监测来自最后一个功能到校准配置循环的温度改变且如果温度改变超出阈值改变，那么时间线产生器402被配置成触发另一个功能到校准配置循环。

解码器404控制开关矩阵控制输出(s1、s2、s3、s4、s5、s6)408且产生微调斜坡信号406或使微调斜坡信号406传递到控制逻辑410、412。

在此例子中，在放大器ampa108经校准(例如，s1＝0)时，接着控制逻辑410被配置成在触发_a输入120发生转变(例如，上升沿)时锁存输入偏移微调_a116。类似地，在放大器ampb302经校准(例如，s4＝0)时，接着控制逻辑412被配置成在触发_b输入314发生转变(例如，上升沿)时锁存输入偏移微调_b310。

图5为用于微调基于带隙的电压参考的第三例子的例子时序图500。用于微调的例子时序图500示出时序校准斜坡502、放大器ampa校准周期504、放大器ampa功能周期506、放大器ampa延迟508、放大器ampb校准周期510、放大器ampb功能周期512和放大器ampb延迟514。

校准周期504、510与功能周期506、512之间的ampa延迟508、514在经微调之后为放大器108、302提供时间稳定下来。还可看出触发_a120和触发_b314的转变分别结束放大器ampa校准周期504和放大器ampb校准周期510。

例如微调控制器118的各种逻辑电路或另一计算系统可托管上文所论述的指令/操作步骤。此类系统可包括输入/输出数据接口、处理器、存储装置和非暂时性机器可读存储媒体。机器可读存储媒体包括指令，其使用存储装置内的数据控制处理器如何接收输入数据和如何将输入数据转换为输出数据。在替代例子实施例中，机器可读存储媒体为非暂时性计算机可读存储媒体。在其它例子实施例中，可使用逻辑门、专用芯片、固件以及其它硬件形式实施上文所描述的指令集。

将容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以各种各样不同的配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的更详细描述并非意图限制本公开内容的范围，而仅仅是表示各种实施例。虽然在图式中呈现了实施例的各种方面，但除非特别地指示，否则图式未必按比例绘制。

在不脱离本发明精神或基本特性的情况下，可以其它特定形式实施本发明。所描述实施例应视为在所有方面均仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此详细描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化都涵盖在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的参考并不暗示可以使用本发明实现的所有特征和优点应该在或在本发明的任何单一实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可以是(但未必是)指同一实施例。

此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以用任何合适方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，可在无特定实施例的特定特征或优点中的一个或多个特定特征或优点的情况下实践本发明。在其它情况下，可能在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的参考意指结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可能(但未必)全部是指同一实施例。