专利名称：低能带间隙参考电压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低能带间隙参考电压电路，尤指一种利用电流镜以及较少的电阻产生低能带间隙参考电压的能带间隙参考电路。
背景技术：
公知技术中的一种低能带间隙参考电压电路，如图1所示。其由三个相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)111、112及113、运算放大器(Op Amp)12、二个pnp型双极结晶体管(BJT)131及132、以及四个电阻14、15、161及162共同耦接而成，其中电阻161及162具有相同电阻值，并且pnp型双极结晶体管132的pn结面积为pnp型双极结晶体管131的整数倍、且至少为2倍，故pnp型双极结晶体管132亦可以由至少两个pn结面积等同于pnp型双极结晶体管131的pnp型双极结晶体管，以同极端相耦接，即发射极端连接发射极端、基极端连接基极端以及集电极端连接集电极端的方式形成。
由于运算放大器12使得节点101及102形成虚拟短路(virtual short)的状态，因此节点101及102的电压值可视为相同，而节点101及102的电压亦可分别视为pnp型双极结晶体管131的基极与发射极间电压VBE131以及pnp型双极结晶体管132的基极与发射极间电压VBE132，因此pnp型双极结晶体管131的基极与发射极间电压和pnp型双极结晶体管132的基极与发射极间电压的差额会反应在电阻14上，将电阻14的两端电压差表示为ΔVBE132，亦即VBE131-VBE132＝ΔVBE132(1)因此流经阻值为R14的电阻14的电流iR14可表示为iR14＝ΔVBE132/R14(2)另外，因为节点102的电压等同于节点101的电压，也就是pnp型双极结晶体管131的基极与发射极间电压VBE131，因此流经阻值为R162的电阻162的电流iR162可表示为iR162＝VBE131/R162(3)由于自P型金属氧化物半导体场效应晶体管112的漏极端流出的电流值为流经电阻14及162的电流总和，而三个相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管111、112及113构成了一个电流镜电路，因此流经阻值为R15的电阻15的电流值iR15亦可视为流经电阻14及162的电流总和，即iR15＝iR14+iR162＝ΔVBE132/R14+VBE131/R162(4)因此，由节点103输出的能带间隙参考电压Vref可表示为Vref＝iR15R15＝R15(ΔVBE132/R14+VBE131/R162)＝R15(IPTAT+IPTVBE) (5)相较于传统的能带间隙参考电路，此种能带间隙参考电路因多加了一组相同阻值的电阻161及162，使得能带间隙参考电压Vref在构成正比于基极与发射极间电压电流IPTVBE的VBE131项次上多乘了因子1/R162，因此输出的能带间隙参考电压较低。此外，在式(5)中，ΔVBE132及VBE131是分别与绝对温度成正比与反比的关系，因此借由适当的电阻14、15及162的阻值选取，可使得此种能带间隙参考电路于节点103输出一不随绝对温度变化的低能带间隙参考电压。
然而，此种电路为了达成输出较低的能带间隙参考电压的目的，必须在节点101及102分别额外耦接一组相同阻值的电阻，对于集成电路的布局来说，需要较大的面积，因此成为此种能带间隙参考电路较不实用的缺点。
公知技术中的另一种低能带间隙参考电压电路，如图2所示。其由正比于绝对温度电流IPTAT的电流源21、输入偏压电流源22、pnp型双极结晶体管23、以及电阻24及25共同耦接而成。
由于节点201相对于节点202的电位差为pnp型双极结晶体管23的基极与发射极间电压VBE23，故流经阻值为R24的电阻24的电流，亦即本申请欲在此产生的正比于基极与发射极间电压电流IPTVBE，可表示为IPTVBE＝VBE23/R24(6)因此由节点203输出的能带间隙参考电压Vref可表示为Vref＝T25(IPTAT+IPTVBE)
＝R25(IPTAT+VBE23/R24) (7)和前面提到的第一种能带间隙参考电路相同的是，此种能带间隙参考电路因多加了电阻24，使得能带间隙参考电压Vref在构成正比于基极与发射极间电压电流IPTVBE的VBE23项次上多乘了因子1/R24，因此输出的能带间隙参考电压比传统的能带间隙参考电压为低。然而，此种能带间隙参考电路与第一种能带间隙参考电路相比，虽然少使用一个用来产生IPTVBE的电阻，仅有电阻24，但却多了一个pnp型双极结晶体管23；而且，正比于绝对温度电流IPTAT和正比于基极与发射极间电压电流IPTVBE尚需以先后的方式分别产生，与前面提到的第一种能带间隙参考电路即以电流镜的方式同时产生IPTAT以及IPTVBE比较起来，在实际的电路配置上将会较为复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有的技术的缺点而提供一种低能带间隙参考电压电路，其利用电流镜以及较少的电阻，使得正比于绝对温度电流以及正比于基极与发射极间电压电流同时产生，再以电流相加的方式产生一低能带间隙参考电压。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种低能带间隙参考电压电路，其包括一第一电流源，其电流大小正比于绝对温度电流，且输入端耦接于一第一电压；一第二电流源，其电流大小正比于基极与发射极间电压电流，且输入端耦接于该第一电压，其输出端则耦接于该第一电流源的输出端；以及一第一电阻，其一端共同耦接于该第一电流源以及该第二电流源的输出端，其另一端耦接于一第二电压；利用该第一电流源以及该第二电流源所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
该第一电压大于该第二电压。
该第一电流源包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第一双极结晶体管，其集电极端耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；以及一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；所述第一电阻的一端耦接于该第一电流源的输出端即该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，该第一电阻的另一端耦接于该第二电压。
该第一金属氧化物半导体场效应晶体管、该第二金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第三金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
该第一双极结晶体管以及该第二双极结晶体管皆为npn型双极结晶体管。
该第一双极结晶体管的pn结面积为该第二双极结晶体管的pn结面积的整数倍，且至少为2倍。
该第二电流源包括一第三双极结晶体管，其基极端共同耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一双极结晶体管的集电极端，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第四双极结晶体管，其基极端耦接于该第三双极结晶体管的基极端，其集电极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；一第四电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第三双极结晶体管的发射极端；以及一第五电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第四双极结晶体管的发射极端。
该第三双极结晶体管以及该第四双极结晶体管皆为相同的pnp型双极结晶体管。
该第二电流源还包含一补偿电路，其包括一电容，其一端共同耦接于该第三双极结晶体管的基极端以及该第四双极结晶体管的基极端；以及一第六电阻，其一端耦接于该电容的另一端，其另一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端、该第四双极结晶体管的集电极端以及该第三电阻的一端。
该第一电流源包括一第四金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第五金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第六金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端；一第五双极结晶体管，其集电极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端、该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端以及该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第六双极结晶体管，其集电极端耦接于该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第五双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于该第二电压；一第七电阻，其一端耦接于该第五双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；以及一第八电阻，其一端共同耦接于该第五双极结晶体管的基极端以及该第六双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；所述第一电阻的一端耦接于该第一电流源的输出端即该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压。
该第四金属氧化物半导体场效应晶体管、该第五金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第六金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
该第五双极结晶体管以及该第六双极结晶体管皆为npn型双极结晶体管。
该第五双极结晶体管的pn结面积为该第六双极结晶体管的pn结面积的整数倍，且至少为2倍。
该第二电流源包括一第七金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第八金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第七金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；以及一第九金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极端共同耦接于该第七金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第八金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端，其栅极端共同耦接于该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第六双极结晶体管的集电极，其源极端共同耦接于该第五双极结晶体管的基极端、该第六双极结晶体管的基极端以及该第八电阻的一端。
该第七金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第八金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
该第九金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
本发明的目的还可通过如下措施来实现一种低能带间隙参考电压电路，其包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于一第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第一双极结晶体管，其集电极端耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于一第二电压；一第一电阻，其一端耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三双极结晶体管，其基极端共同耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一双极结晶体管的集电极端，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第四双极结晶体管，其基极端耦接于该第三双极结晶体管的基极端，其集电极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；一第四电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第三双极结晶体管的发射极端；以及一第五电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第四双极结晶体管的发射极端；利用该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于绝对温度电流，以及该第三双极结晶体管的集电极端输出的正比于基极与发射极间电压电流所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
输出该正比于基极发射极间电压电流的电流源还包含一补偿电路，其包括一电容，其一端共同耦接于该第三双极结晶体管的基极端以及该第四双极结晶体管的基极端；以及一第六电阻，其一端耦接于该电容的另一端，其另一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端、该第四双极结晶体管的集电极端以及该第三电阻的一端。
本发明的目的还可通过如下措施来实现一种低能带间隙参考电压电路，其包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于一第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端；一第一双极结晶体管，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端、该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端以及该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于一第二电压；一第一电阻，其一端耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；一第四金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第五金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；以及一第六金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端，其栅极端共同耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第二双极结晶体管的集电极，其源极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；利用该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于绝对温度电流，以及该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于基极与发射极间电压电流所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
该第四金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
该第六金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
本发明相比现有技术具有如下优点本发明的电路使用的电阻与前述的第一种公知技术相比少了一个，因此较为节省集成电路布局所需要的面积；而且，本较佳实施例是以电流镜的方式使得IPTAT与IPTVBE同时产生，与前述的第二种公知技术相比，电路结构更为简化。
图1是公知技术中的一种低能带间隙参考电压电路的电路示意图；图2是公知技术中的另一种低能带间隙参考电压电路的电路示意图；图3是本发明的低能带间隙参考电压电路的构造示意图；图4是本发明的低能带间隙参考电压电路的第一较佳实施例；以及图5是本发明的低能带间隙参考电压电路的第二较佳实施例。
具体实施例方式
请参阅图3，其为本发明的低能带间隙参考电压电路的构造示意图。其是由正比于绝对温度电流IPTAT的电流源31，正比于基极与发射极间电压电流IPTVBE的电流源32以及电阻33共同耦接而成。其中正比于绝对温度电流的电流源31与正比于基极与发射极间电压电流的电流源32是以并联的方式耦接于高电压VDD与电阻33的一端之间，而电阻33的另一端则耦接至地。
本申请利用正比于绝对温度电流的电流源31以及正比于基极与发射极间电压电流的电流源32所产生的电流总和，在该第一电阻的一端，即节点30产生一低能带间隙参考电压Vref＝R33(IPTAT+IPTVBE)(8)而正比于绝对温度电流的电流源31以及正比于基极与发射极间电压电流的电流源32实际上的电路配置方法，则可由以下两个较佳实施例来作说明。
请参阅图4，其为本发明的低能带间隙参考电压电路的第一较佳实施例。其中正比于绝对温度电流的电流源是由三个相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管411、412及413、npn型双极结晶体管421及422、以及电阻432及433所共同耦接而成，而npn型双极结晶体管421的pn结面积为npn型双极结晶体管422的pn结面积的整数倍，且至少为2倍。另外，正比于基极与发射极间电压电流的电流源是由两个相同的pnp型双极结晶体管423及424、以及电阻434及435所共同耦接而成。正比于绝对温度电流的电流源与正比于基极与发射极间电压电流的电流源是以并联的方式耦接于高电压VDD与电阻431的一端之间，而电阻431的另一端则耦接至地。
其中各电路的连接关系如下P型金属氧化物半导体场效应晶体管411、412及413的源极端皆耦接于高电压VDD，P型金属氧化物半导体场效应晶体管413的栅极端与漏极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管411的栅极端以及P型金属氧化物半导体场效应晶体管412的栅极端；npn型双极结晶体管421的集电极端耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管412的漏极端；npn型双极结晶体管422的集电极端耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管413的漏极端，晶体管422的基极端耦接于npn型双极结晶体管421的基极端，其发射极端耦接于地；电阻431一端耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管411的漏极端、另一端耦接于地；电阻432一端耦接于npn型双极结晶体管421的发射极端，另一端耦接于地；电阻433一端共同耦接于npn型双极结晶体管421的基极端以及npn型双极结晶体管422的基极端，另一端耦接于地；pnp型双极结晶体管423的基极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管412的漏极端以及npn型双极结晶体管421的集电极端，其集电极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管411的漏极端以及电阻431的一端；pnp型双极结晶体管424的基极端耦接于pnp型双极结晶体管423的基极端，pnp型双极结晶体管424的集电极端共同耦接于npn型双极结晶体管421的基极端、npn型双极结晶体管422的基极端以及电阻433的一端；电阻434一端耦接于高电压VDD、另一端耦接于pnp型双极结晶体管423的发射极端；电阻435一端耦接于高电压VDD、另一端耦接于pnp型双极结晶体管424的发射极端。
另外，为了维持工作电压的稳定性，尚须耦接由电容44以及电阻436串联所构成的补偿电路，其中电容44一端共同耦接于pnp型双极结晶体管423的基极端以及pnp型双极结晶体管424的基极端、另一端耦接于电阻436的一端，而电阻436的另一端则共同耦接于npn型双极结晶体管421的基极端及npn型双极结晶体管422的基极端、pnp型双极结晶体管424的集电极端以及电阻433的一端。
首先，将pnp型双极结晶体管421的基极与发射极间电压VBE421与pnp型双极结晶体管422的基极与发射极间电压VBE422的差额以ΔVBE421来表示，则流经阻值为R432的电阻432的电流iR432可表示为iR432＝ΔVBE421/R432(9)由于P型金属氧化物半导体场效应晶体管411、412及413构成了电流镜电路，因此自P型金属氧化物半导体场效应晶体管411的漏极端流出的电流量和自P型金属氧化物半导体场效应晶体管412的漏极端流出的电流量相等，因此，IPTAT＝iR432＝ΔVBE421/R432(10)其次，流经电阻433的电流iR433可表示为iR433＝VBE422/R433(11)pnp型双极结晶体管423及424构成了另一个电流镜电路，使得自二者的集电极端流出的电流量亦为相等，因此IPTVBE＝iR433＝VBE422/R433(12)所以，本申请可得到自节点40输出的能带间隙参考电压Vref为Vref＝R431(IPTAT+IPTVBE)＝R431(ΔVBE421/R432+VBE422/R433) (13)
在式(13)中，ΔVBE421及VBE422分别与绝对温度成正比与反比的关系，因此借由适当的电阻431、432及433的阻值选取，可使得此种能带间隙参考电路于节点40输出一不随绝对温度变化的低能带间隙参考电压。
在本较佳实施例的电路中，由于电容44及电阻436的补偿作用、以及对pnp型双极结晶体管423及424实施退化(Degeneration)，使得实际的工作电压在1.4伏特附近即可实施；另外，本较佳实施例的电路为了产生较低的IPTVBE，所使用的电阻与前述的第一种公知技术相比少了一个，因此较为节省集成电路布局所需要的面积；最后，本较佳实施例是以电流镜的方式使得IPTAT与IPTVBE同时产生，与前述的第二种公知技术在别的电路先产生IPTAT后，再以电流镜将IPTAT映射至IPTVBE处相比，电路结构更为简化。
请参阅图5，其为本发明的低能带间隙参考电压电路的第二较佳实施例。其中正比于绝对温度电流的电流源由三个相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管511、512及513、npn型双极结晶体管521及522、以及电阻532及533所共同耦接而成，而npn型双极结晶体管521的pn结面积为npn型双极结晶体管522的pn结面积的整数倍，且至少为2倍。另外，正比于基极与发射极间电压电流的电流源由两个相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管514及515、以及N型金属氧化物半导体场效应晶体管516共同耦接而成。正比于绝对温度电流的电流源与正比于基极与发射极间电压电流的电流源是以并联的方式耦接于高电压VDD与电阻431的一端之间，而电阻431的另一端则耦接至地。
其中各电路的连接关系如下P型金属氧化物半导体场效应晶体管511、512及513的源极端皆耦接于高电压VDD，P型金属氧化物半导体场效应晶体管513的栅极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管511的栅极端以及P型金属氧化物半导体场效应晶体管512的栅极端与漏极端；npn型双极结晶体管521的集电极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管511的栅极端、P型金属氧化物半导体场效应晶体管512的栅极端与漏极端以及P型金属氧化物半导体场效应晶体管513的栅极端；npn型双极结晶体管522的集电极端耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管513的漏极端，其基极端耦接于npn型双极结晶体管521的基极端，其发射极端耦接于地；电阻531一端耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管511的漏极端、另一端耦接于地；电阻532的一端耦接于P型双极结晶体管521的发射极端、另一端耦接于地；电阻533的一端共同耦接于npn型双极结晶体管521的基极端以及npn型双极结晶体管522的基极端，另一端耦接于地；P型金属氧化物半导体场效应晶体管514的源极端耦接于高电压VDD，漏极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管511的漏极端以及电阻531的一端；P型金属氧化物半导体场效应晶体管515的源极端耦接于高电压VDD，其栅极端与漏极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管514的栅极端；N型金属氧化物半导体场效应晶体管516的漏极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管514的栅极端以及P型金属氧化物半导体场效应晶体管515的栅极端与漏极端，其栅极端共同耦接于P型金属氧化物半导体场效应晶体管513的漏极端以及npn型双极结晶体管522的集电极，其源极端共同耦接于npn型双极结晶体管521的基极端、npn型双极结晶体管522的基极端以及电阻533的一端。
首先，将pnp型双极结晶体管521的基极与发射极间电压VBE521与pnp型双极结晶体管522的基极与发射极间电压VBE522的差额以ΔVBE521来表示，则流经阻值为R532的电阻532的电流iR532可表示为iR532＝ΔVBE521/R532(14)由于P型金属氧化物半导体场效应晶体管511、512及513构成了电流镜电路，因此自P型金属氧化物半导体场效应晶体管511的漏极端流出的电流量和自P型金属氧化物半导体场效应晶体管512的漏极端流出的电流量相等，因此IPTAT＝iR532＝ΔVBE521/R532(15)其次，流经电阻533的电流iR533可表示为iR533＝VBE522/R533(16)而P型金属氧化物半导体场效应晶体管514及515构成了另一个电流镜电路，使得自二者的漏极端流出的电流量亦为相等，因此IPTVBE＝iR533＝VBE522/R533(17)所以，本申请可得到自节点50输出的能带间隙参考电压Vref为Vref＝R531(IPTAT+IPTVBE)＝R531(ΔVBE521/R532+VBE522/R533)(18)
在式(18)中，ΔVBE521及VBE522分别与绝对温度成正比与反比的关系，因此借由适当的电阻531、532及533的阻值选取，可使得此种能带间隙参考电路于节点50输出一不随绝对温度变化的低能带间隙参考电压。
本较佳实施例的电路与前一个较佳实施例不同之处在于不须架构补偿电路，因此使得实际的工作电压须提高至2.0伏特左右才可实施；另外，本较佳实施例的电路为了产生较低的IPTVBE，所使用的电阻与前述的第一种公知技术相比少了一个，因此较为节省集成电路布局所需要的面积；最后，本较佳实施例是以电流镜的方式使得IPTAT与IPTVBE同时产生，与前述的第二种公知技术在别的电路先产生IPTAT后，再以电流镜将IPTAT映射至IPTVBE处相比，电路结构更为简化。
权利要求
1.一种低能带间隙参考电压电路，包括一第一电流源，其电流大小正比于绝对温度电流，且输入端耦接于一第一电压；一第二电流源，其电流大小正比于基极与发射极间电压电流，且输入端耦接于该第一电压，其输出端则耦接于该正比于绝对温度电流的第一电流源的输出端；以及一第一电阻，其一端共同耦接于该第一电流源以及该第二电流源的输出端，其另一端耦接于一第二电压；利用该第一电流源以及该第二电流源所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
2.如权利要求1所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第一电压大于该第二电压。
3.如权利要求1所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第一电流源包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第一双极结晶体管，其集电极端耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；以及所述第一电阻的一端耦接于该第一电流源的输出端即该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，该第一电阻的另一端耦接于该第二电压。
4.如权利要求3所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第一金属氧化物半导体场效应晶体管、该第二金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第三金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管；该第一双极结晶体管以及该第二双极结晶体管皆为npn型双极结晶体管；该第一双极结晶体管的pn结面积为该第二双极结晶体管的pn结面积的整数倍，且至少为2倍。
5.如权利要求3所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第二电流源包括一第三双极结晶体管，其基极端共同耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一双极结晶体管的集电极端，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第四双极结晶体管，其基极端耦接于该第三双极结晶体管的基极端，其集电极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；一第四电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第三双极结晶体管的发射极端；以及一第五电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第四双极结晶体管的发射极端。
6.如权利要求5所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第三双极结晶体管以及该第四双极结晶体管皆为相同的pnp型双极结晶体管。
7.如权利要求5或6所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于该第二电流源还包含一补偿电路，包括一电容，其一端共同耦接于该第三双极结晶体管的基极端以及该第四双极结晶体管的基极端；以及一第六电阻，其一端耦接于该电容的另一端，其另一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端、该第四双极结晶体管的集电极端以及该第三电阻的一端。
8.如权利要求1所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第一电流源包括一第四金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第五金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第六金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端；一第五双极结晶体管，其集电极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端、该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端以及该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第六双极结晶体管，其集电极端耦接于该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第五双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于该第二电压；一第七电阻，其一端耦接于该第五双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；以及一第八电阻，其一端共同耦接于该第五双极结晶体管的基极端以及该第六双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；以及所述第一电阻的一端耦接于该第一电流源的输出端即该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压。
9.如权利要求8所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第四金属氧化物半导体场效应晶体管、该第五金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第六金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管；该第五双极结晶体管以及该第六双极结晶体管皆为npn型双极结晶体管；该第五双极结晶体管的pn结面积为该第六双极结晶体管的pn结面积的整数倍，且至少为2倍；
10.如权利要求8所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第二电流源包括一第七金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第八金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第七金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；以及一第九金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极端共同耦接于该第七金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第八金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端，其栅极端共同耦接于该第六金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第六双极结晶体管的集电极，其源极端共同耦接于该第五双极结晶体管的基极端、该第六双极结晶体管的基极端以及该第八电阻的一端。
11.如权利要求10所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第七金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第八金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管；及/或该第九金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
12.一种低能带间隙参考电压电路，包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于一第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第一双极结晶体管，其集电极端耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于一第二电压；一第一电阻，其一端耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三双极结晶体管，其基极端共同耦接于该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一双极结晶体管的集电极端，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第四双极结晶体管，其基极端耦接于该第三双极结晶体管的基极端，其集电极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；一第四电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第三双极结晶体管的发射极端；以及一第五电阻，其一端耦接于该第一电压，其另一端耦接于该第四双极结晶体管的发射极端；利用该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于绝对温度电流，以及该第三双极结晶体管的集电极端输出的正比于基极与发射极间电压电流所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
13.如权利要求12所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，输出该正比于基极与发射极间电压电流的电流源还包含一补偿电路，包括一电容，其一端共同耦接于该第三双极结晶体管的基极端以及该第四双极结晶体管的基极端；以及一第六电阻，其一端耦接于该电容的另一端，其另一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端、该第四双极结晶体管的集电极端以及该第三电阻的一端。
14.一种低能带间隙参考电压电路，其包括一第一金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于一第一电压；一第二金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压；一第三金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端；一第一双极结晶体管，其集电极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端、该第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端以及该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；一第二双极结晶体管，其集电极端耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其基极端耦接于该第一双极结晶体管的基极端，其发射极端耦接于一第二电压；一第一电阻，其一端耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端，其另一端耦接于该第二电压；一第二电阻，其一端耦接于该第一双极结晶体管的发射极端，其另一端耦接于该第二电压；一第三电阻，其一端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端以及该第二双极结晶体管的基极端，其另一端耦接于该第二电压；一第四金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其漏极端共同耦接于该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第一电阻的一端；一第五金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极端耦接于该第一电压，其栅极端与漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端；以及一第六金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极端共同耦接于该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与漏极端，其栅极端共同耦接于该第三金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端以及该第二双极结晶体管的集电极，其源极端共同耦接于该第一双极结晶体管的基极端、该第二双极结晶体管的基极端以及该第三电阻的一端；利用该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于绝对温度电流，以及该第四金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端输出的正比于基极与发射极间电压电流所产生的电流总和，在该第一电阻产生一低能带间隙参考电压。
15.如权利要求14所述的低能带间隙参考电压电路，其特征在于，该第四金属氧化物半导体场效应晶体管以及该第五金属氧化物半导体场效应晶体管皆为相同的P型金属氧化物半导体场效应晶体管；及/或该第六金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
全文摘要
本发明涉及一种低能带间隙参考电压电路，其包括一第一电流源，其电流大小正比于绝对温度电流，且输入端耦接于一第一电压；一第二电流源，其电流大小正比于基极与发射极间电压电流，且输入端耦接于该第一电压，输出端则耦接于该正比于绝对温度电流的电流源的输出端；以及一第一电阻，其一端共同耦接于该第一电流源以及该第二电流源的输出端，其另一端耦接于一第二电压；利用该第一电流源以及该第二电流源所产生的电流总和，于该第一电阻产生一低能带间隙参考电压；本发明的电路较节省集成电路布局所需要的面积，电路结构更简化。
文档编号H03F3/45GK1567713SQ0314813
公开日2005年1月19日 申请日期2003年7月2日 优先权日2003年7月2日
发明者冯蔚文 申请人:沛亨半导体股份有限公司