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TWI891141B - 電壓參考電路、基於其的電源供應電路及方法 - Google Patents

電壓參考電路、基於其的電源供應電路及方法

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TWI891141B
TWI891141B TW112146764A TW112146764A TWI891141B TW I891141 B TWI891141 B TW I891141B TW 112146764 A TW112146764 A TW 112146764A TW 112146764 A TW112146764 A TW 112146764A TW I891141 B TWI891141 B TW I891141B
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effect transistor
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連倍興
劉思麟
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

一種電壓參考電路、基於其的電源供應電路及方法。電壓 參考電路包含經組態以產生第一電壓的第一溫敏裝置，經組態以產生第二電壓的第二溫敏裝置，及經組態以產生參考電壓的輸出端。參考電壓為第一電壓及第二電壓的總和。第一電壓隨著絕對溫度而單調增加。第二電壓隨著絕對溫度而單調減少。在電壓參考電路中，低壓降穩壓器具有連接於輸出端的第一輸入及連接於穩壓電晶體閘極的輸出。穩壓電晶體的通道連接於經組態以接收第一供應電壓的第一端與經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。

Description

電壓參考電路、基於其的電源供應電路及方法
本揭露是有關於一種電路及方法，特別是一種電壓參考電路、基於其的電源供應電路及方法。
積體電路(integrated circuits,ICs)微縮化的最新趨勢造成了較小的裝置，較低的功耗，但可以以更高的速度提供更多功能。微縮製程同時也帶來了更嚴格的設計和製造規範以及可靠性上的挑戰。各種電子設計自動化(electronic design automation,EDA)工具被用來產生、最佳化和驗證積體電路中的標準單元(standard cell)的佈局設計，同時確保標準單元佈局設計和製造格可以被滿足。
本揭露的一種電壓參考電路包含第一溫敏裝置、第二溫敏裝置、輸出端、穩壓電晶體以及低壓降穩壓器。第一溫度敏感裝置經組態以產生隨著絕對溫度單調增加的第一電壓。第二溫度敏 感裝置經組態以產生隨著絕對溫度而單調減少的第二電壓。輸出端經組態以產生參考電壓，其為來自第一溫敏裝置的第一電壓和來自第二溫敏裝置的第二電壓的總和。穩壓電晶體具有閘極、源極、汲極以及源極與汲極之間的通道。穩壓電晶體的通道被連接在經組態以接收第一供應電壓的第一端和經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。低壓降穩壓器具有被連接到輸出端的第一輸入以及連接到穩壓電晶體閘極的輸出。
本揭露的一種電源供應電路包含第一場效電晶體，第二場效電晶體以及第三場效電晶體。第一電流源連接於第二場效電晶體的第一端。第二場效電晶體具有連接於第一場效電晶體的第一端的第二端。第二電流源連接於第三場效電晶體的第一端。第三場效電晶體具有連接於第一場效電晶體的第一端的第二端。低壓降穩壓器具有連接於第三場效電晶體的第一端的第一輸入。穩壓電晶體具有閘極，源極，汲極以及在源極和汲極之間的通道。穩壓電晶體的閘極連接於低壓降穩壓器的輸出。穩壓電晶體的通道連接於經組態以接收第一供應電壓的第一端及經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。
本揭露的一種方法包含產生流過第二場效電晶體及第一場效電晶體的第一電流，產生流過第三場效電晶體及第一場效電晶體的第二電流，於第三場效電晶體的第一端產生參考電壓；將參考電壓輸出至低壓降穩壓器的第一輸入；將閘極控制電壓由低壓降穩壓器的輸出施加至穩壓電晶體的閘極端；以及在第一供應電 壓被施加至穩壓電晶體的第一端時，於穩壓電晶體的第二端產生第二供應電壓。
100、300:電源供應電路
110、310:啟動電路
150、350:低壓降穩壓器/LDO穩壓器
151、351、352:輸入
159、359:輸出
160:穩壓電晶體
200:電壓參考電路
210、220:溫敏裝置
215、302:節點
225:輸出端
500A、500B:方法
510~560:操作
Cψ:電容器
I0b、I1b、I2b、I3b:電流
M0~M3、N1、NB1、NB2、NC1、NC2、P1、P2、PC0、PC1、PC2、PC9、T0~T3:電晶體
R、R1、R2、Rψ:電阻器
VBP、VDD、VDD_BG、VO、VREF、Vsen、VSS:電壓
VBN1、VBN2:偏壓
VGATE:電壓/訊號
VT1、VT2:閥值
當結合附圖閱讀時，可以從以下詳細描述中最好地理解本揭露的各方面。需要說明的是，依照業界標準作法，各種特徵並未按比例繪製。事實上，為了討論的清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意增加或減少。
圖1A是依據一些實施例中利用電壓參考電路及低壓降穩壓器(LDO regulator)所實現的電源供應電路的方塊圖。
圖1B是圖1A中的電源供應電路的示例性實施方式的電路圖。
圖2A是依據一些實施例中基於場效電晶體(FET)所實現來產生參考電壓的電壓參考電路200的電路示意圖。
圖2B是依據一些實施例中以一場效電晶體所實現的溫敏裝置的電壓溫度曲線。
圖2C是依據一些實施例中以兩個串聯的場效電晶體所實現的溫敏裝置的電壓溫度曲線。
圖3A是依據一些實施例中以電壓參考電路和LDO穩壓器來實現回授迴路的電源供應電路的方塊圖。
圖3B是圖3A中的電源供應電路的示例性實施方式的電路圖。
圖4是依據一些實施例中以場效電晶體所實現的電壓參考電路的電路圖。
圖5A~5B是依據一些實施例中產生具有降低的溫度相依性的第二供應電壓的方法500A和方法500B的流程圖。
以下公開提供了許多用於實現所提供的標的的不同特徵的不同的實施例或範例。以下描述組件、值、操作、材料、佈置等的具體範例以簡化本公開。當然，這些僅僅為示例且並非意圖是用來限制。其他組件、數值、操作、材料、佈置等也可以被納入考慮範圍。例如，在下面的描述中在第二特徵之上或之上形成第一特徵可以包含其中第一特徵和第二特徵形成為直接接觸的實施例，並且還可以包含其中可以在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵的實施例。第一和第二特徵，使得第一和第二特徵可以不直接接觸。另外，本揭露可以在各個範例中重複附圖標記和/或字母。這種重複是為了簡單和清楚的目的，並且其本身並不規定所討論的各種實施例和/或組態之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「位於...之下(beneath)」、「位於...下方(below)」、「下部的(lower)」、「位於...上方(above)」、「上部的(upper)」及類似用語等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的定向外亦囊括裝置在使用或操作中的不同定向。設備可具有其他定向(旋轉90度或 處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
在一些實施例中，電壓參考電路利用第一溫敏裝置和第二溫敏裝置來實現的，以基於場效電晶體(field effect transistor,FET)產生參考電壓。第一溫敏裝置被實現為產生隨絕對溫度單調增加的第一電壓。第二溫敏裝置被實現為產生隨著絕對溫度而單調減少的第二電壓。參考電壓是基於來自第一溫敏裝置的第一電壓和來自第二溫敏裝置的第二電壓的總和而產生的。第一溫敏裝置和第二溫敏裝置的溫度係數可被調整而降低所產生的參考電壓的溫度相依性。
在一些實施例中，參考電壓被施加到低壓降穩壓器(low-dropout regulator,LDO regulator)的輸入，以控制電源供應電路中穩壓電晶體來產生第二供應電壓。響應於參考電壓溫度相依性的降低，第二供應電壓的溫度相依性也因此降低。在一些實施例中，低壓降穩壓器所接收到的參考電壓是由具有不同閥值的電晶體所實現的電壓參考電路所產生的。在一些實施例中，低壓降穩壓器接收的參考電壓是由基於堆疊閘極元件的電壓參考電路所產生的。
圖1A為依據一些實施例中利用電壓參考電路及低壓降穩壓器(LDO regulator)所實現的電源供應電路的方塊圖。在圖1A中，電源供應電路100包含電壓參考電路200、低壓降穩壓器150、及穩壓電晶體160。電源供應電路100亦包含啟動電路110，其提供了不同的控制訊號至電壓參考電路200及低壓降穩壓器150。在圖1A中，低壓 降穩壓器150的輸入151經組態以由電壓參考電路200接收參考電壓VREF。低壓降穩壓器150的輸出159經組態以產生被施加於穩壓電晶體160的閘極端上的閘極控制電壓。低壓降穩壓器150在輸出159上的閘極控制電壓與低壓降穩壓器150在輸入151上由電壓參考電路200所接收到的參考電壓VREF相關。各個電壓參考電路200及低壓降穩壓器150接收供應電壓VDD_BG。供應電壓VDD與供應電壓VDD_BG之間的差是由穩壓電晶體160的汲極源極之間的電壓差所決定的，其是由低壓降穩壓器150基於從電壓參考電路200所接收到的參考電壓VREF而產生的閘極控制電壓所穩壓的。圖1A中的電壓參考電路200的一種示例性實施方式被繪示於圖2A中。
圖2A是依據一些實施例中基於場效電晶體(FET)所實現來產生參考電壓的電壓參考電路200的電路示意圖。圖2A中，電壓基準電路200包含場效電晶體T0、T1、T2和M0。每個場效電晶體具有閘極端以及位在源極端及汲極端之間的通道。流過通道的通道電流與施加在閘極端上的電壓相關。場效電晶體的轉導(transconductance)是通道電流的微小變化與閘極源極電壓(gate-to-source voltage)的微小變化之間的比值，其中通道電流的微小變化是在場效電晶體的汲極源極電壓(drain-to-source voltage)保持恆等時，由閘極源極電壓的微小變化引起的。
電壓參考電路200還包含電晶體M1、M2和M3。電晶體M1與M2形成溫敏裝置210，電晶體M3形成溫敏裝置220。電晶體 M1具有第一閥值VT1，而電晶體M2具有第二閥值VT2。在繪製節點115處的電壓VO相對於溫度的關係時，由電晶體M1和M2形成的溫敏裝置210在V-T曲線中具有向上的斜率。在繪製電晶體M3汲極源極電壓相對於溫度的關係時，溫敏裝置220在V-T曲線中具有向下的斜率。
在圖2A，場效電晶體T0和場效電晶體M0的通道串聯連接在供應電壓VDD_BG和共同電壓VSS之間。場效電晶體T0、T1和T2的閘極端連接在一起。另外，場效電晶體T1的通道連接在供應電壓VDD_BG和電晶體M2的汲極端之間。電晶體M1的通道連接在電晶體M2的源極端和共同電壓VSS之間。電晶體M1和電晶體M2的閘極均連接至電晶體M2的汲極端。此外，場效電晶體T2的通道連接在供應電壓VDD_BG和電晶體M3的汲極端之間。電晶體M3的閘極連接至電晶體M3的汲極端。電晶體M3的源極和電晶體M2的源極均連接至場效電晶體M0的閘極端。
電晶體M2和電晶體M1形成溫敏裝置210。連接電晶體M2的源極端和電晶體M1的汲極端的節點215處的電壓是由溫敏裝置210所產生的。所產生的電壓隨著絕對溫度單調增加。在一些實施例中，溫度敏感裝置210是經組態以產生與絕對溫度成正比的電壓的正絕對溫度(proportional to absolute temperature,PTAT)裝置。
電晶體M3形成了溫敏裝置220。溫敏裝置220產生的電壓隨著絕對溫度而單調減少(monotonically decrease)。在一些實施例中， 溫度敏感裝置220經組態產生與絕對溫度互補電壓的負絕對溫度(complementary absolute temperature,CTAT)裝置。在圖2A中，溫敏裝置220所產生的電壓為電晶體M3的汲極端與電晶體M3的源極端之間的電壓差。
場效電晶體T0和場效電晶體T1經組態以操作為第一電流鏡裝置，使得流經場效電晶體T1的通道的電流I1b與流過場效電晶體T0的通道的電流I0b成正比。當場效電晶體T0和場效電晶體T1被設計成具有相同的電性特性(例如，相同的閘極寬度、相同的閥值、相同的轉導)時，場效電晶體T1的通道中的電流I1b等於場效電晶體T0的通道中的電流I0b。在場效電晶體T1操作為電流源下，流過場效電晶體T1的通道的電流I1b被注入至電晶體M2的汲極端。
場效電晶體T0和場效電晶體T2經組態以操作為第二電流鏡裝置，使得流經場效電晶體T2的通道的電流I2b與流過場效電晶體T0的通道的電流I0b成正比。當場效電晶體T0和場效電晶體T2被設計成具有相同的電性特性(例如，相同的閘極寬度、相同的閥值、相同的轉導)時，場效電晶體T2的通道中的電流I2b等於場效電晶體T0的通道中的電流I0b。在場效電晶體T2操作為電流源下，流經場效電晶體T2的通道的電流I2b被注入至電晶體M3的汲極端。
在場效電晶體T1的通道中的電流I1b和場效電晶體T2的通道中的電流I2b中兩者各別都是由場效電晶體T0的通道中的電流I0b所確定之下，電流I0b是由施加至場效電晶體M0的閘極端上的閘極 源極電壓所決定的。在圖2A中，場效電晶體M0的閘極端連接到節點215。隨著節點215處的電壓施加到場效電晶體M0的閘極端上時，負回饋迴路隨之被完成。響應於場效電晶體T0通道中的電流I0b的增加，場效電晶體T1通道中的電流I1b和場效電晶體T2通道中的電流I2b兩者也都個別增加了，這導致在節點215和場效電晶體M0的閘極端上的電壓降低。場效電晶體M0的閘極端處的電壓降低進一步會造成場效電晶體T0通道中的電流I0b的電流降低。因此，電流I0b、電流I1b、電流I2b以及節點215上電壓的波動均因負回授而減少。
在圖2B中，溫敏裝置220是利用電晶體M3所實現的CTAT裝置。在圖2B中，作為溫度係數dV/dT的絕對值，電壓-溫度曲線(V-T曲線)向下的斜率與電晶體M3的閥值相關。在一些實施例中，電晶體M3的V-T曲線向下的斜率是透過調整電晶體M3的閥值而被改變的。
在圖2C中，溫敏裝置210是利用電晶體M2與電晶體M1實現的PTAT裝置。電晶體M2的汲極源極電壓和電晶體M1的汲極源極電壓均響應於升高的溫度而降低。在一些應用中，在電晶體M2的閥值小於電晶體M1的閥值的情況下，由溫敏裝置210在節點215處產生的電壓VO會響應於溫度升高而增加。
在圖2A中，在繪製節點215處的電壓VO相對於溫度的關係時，由電晶體M1和M2所形成的溫敏裝置210在V-T曲線中具有向上的斜率。在繪製電晶體M3的汲極源極電壓相對於溫度的關係時， 溫敏裝置220在V-T曲線中具有向下的斜率。當溫敏裝置210的輸出處的電壓VO被加總到溫敏裝置220中的電晶體M3的汲極源極電壓上時，電壓參考電路200輸出端225上輸出電壓VREF的溫度相依性會降低。
在溫敏裝置210中，電晶體M1的閥值大於電晶體M2的閥值。在一些實施例中，電晶體M1被設計為標準閥值裝置(standard threshold device,SVT device)，而電晶體M2被設計為低閥值裝置(low threshold device,LVT device)、超低閥值裝置(ultra-low threshold device,ULVT device)，或為極低閥值裝置(extreme low threshold device,ELVT device)。在一些實施例中，電晶體M1被設計為LVT裝置，而電晶體M2被設計為ULVT裝置或ELVT裝置。在一些實施例中，電晶體M1被設計為ULVT裝置，而電晶體M2被設計為ELVT裝置。在溫敏裝置220中，電晶體M3被設計為SVT裝置、LVT裝置、ULVT裝置或ELVT裝置。
在一些實施例中，場效電晶體T0的通道電流路徑中的電晶體M0被設計為具有與溫敏裝置220中的電晶體M3的閥值相同的閥值。例如，在一些實施例中，電晶體M0和電晶體M3各別被設計為SVT裝置。在一些實施例中，電晶體M0和電晶體M3各別被設計為LVT裝置。在一些實施例中，電晶體M0的通道寬度被設計成與電晶體M3的通道寬度相等。電晶體M0的通道寬度與電晶體M3的通道寬 度之比為1：1。在一些實施例中，電晶體M0的通道寬度與電晶體M3的通道寬度之比為1：N，其中N為正整數。
圖1B是圖1A中的電源供應電路的示例性實施方式的電路圖。在圖1B中，提供了LDO穩壓器150和電壓參考電路200的示例性實施方式。其他LDO穩壓器150或電壓參考電路200的實施方式亦屬於本揭露的範圍內。
在圖1B中，電壓參考電路是利用圖2的電壓參考電路200來實現，且LDO穩壓器150是用電壓隨耦器(voltage follower)來實現的。電晶體P1和NC1形成第一電壓隨耦器，電晶體N1和NC2形成第二電壓隨耦器。電晶體P1的閘極端經組態以從電壓參考電路200接收參考電壓VREF。參考電壓VREF的微小變化會在電晶體N1的閘極端引起等量的電壓變化，進一步造成LDO穩壓器150在輸出159上電壓的相等變化量。參考電壓VREF的變化越小，造成穩壓電晶體160的閘極端上電壓VGATE的變化越小，且造成供應電壓VDD與供應電壓VDD_BG之間電壓差的變化越小。也就是說較小的參考電壓VREF溫度係數|dVREF/dT|會對應至較小的電壓差|VDD-VDD_BG|溫度係數。
在圖1B中，啟動電路110是被實現來輸出控制訊號VBP及控制訊號VGATE的。控制訊號VBP被耦合到電壓參考電路200中的節點VBP，以控制各個電晶體T0、T1和T2(如圖1A所示)的通道電流。控制訊號VGATE耦合至穩壓電晶體160的閘極端，以直接控制供應電壓VDD與供應電壓VDD_BG之間的電壓。
在一些實施例中，供應電壓VDD_BG是利用分壓器進行取樣來產生輸出感測電壓，然後將此輸出感測電壓會被與參考電壓VREF進行比較。輸出感測電壓和參考電壓VREF被耦合到LDO穩壓器的差動輸入，造成LDO穩壓器的輸出的電壓VGATE會相關於輸出感測電壓和參考電壓VREF之間的差。隨著電壓VGATE耦合至穩壓電晶體160的閘極端時，用於控制供應電壓VDD_BG的回授迴路隨之被完成。
圖3A是依據一些實施例中以電壓參考電路和LDO穩壓器來實現回授迴路的電源供應電路的方塊圖。在圖3A中，電源供應電路300包含電壓參考電路200、LDO穩壓器350和穩壓電晶體160。電壓參考電路200和LDO穩壓器350各別經組態以接收供應電壓VDD_BG。電源供應電路300還包含啟動電路310，其向電壓參考電路200和LDO穩壓器350提供各種控制訊號。
與電源供應電路100類似，電源供應電路300中的電壓參考電路200的各種實現方式都是可能的。電壓參考電路200的示例應用包含有圖2A的電壓參考電路200。圖3A的電源供應電路300也類似地包含啟動電路310，其向電壓參考電路200和LDO穩壓器350提供各種控制訊號。然而，在圖3A中的LDO穩壓器350與圖1A中的LDO穩壓器150。LDO穩壓器350包含第一輸入351和第二輸入352。LDO穩壓器350的輸出359上的閘極控制電壓VGATE與施加到第一輸入351的電壓和施加到第二輸入352的電壓兩者之間的差相關。
在圖3A中，LDO穩壓器350的第一輸入351經組態以從電壓參考電路200接收參考電壓VREF，並且LDO穩壓器350的第二輸入352經組態以從分壓器接收輸出感測電壓Vsens。分壓器包含串聯在供應電壓VDD_BG和共同電壓VSS之間的兩個電阻器R1和R2。分壓器的節點302上的輸出感測電壓Vsens與供應電壓VDD_BG和共同電壓VSS之間的電壓差成正比，如關係式所示Vsens=(VDD_BG-VSS)*R2/(R1+R2)。LDO穩壓器350的輸出359上的閘極控制電壓VGATE相關於輸出感測電壓Vsens和參考電壓VREF之間的電壓差。控制電壓VGATE被施加到穩壓電晶體160的閘極端，以調整穩壓電晶體160的汲極源極電壓差。因此，基於輸出感測電壓Vsens和參考電壓VREF之間的電壓差，供應電壓VDD在LDO穩壓器350的負回授迴路被穩壓。
圖3B是圖3A中的電源供應電路的示例性實施方式的電路圖。
在圖3B中，提供了有LDO穩壓器350和電壓參考電路200的示例性實施方式。其他LDO穩壓器350或電壓參考電路200的實施方式亦屬於本揭露的範圍內。
在圖3B中，電壓參考電路是利用圖2A的電壓參考電路200所實現的，且LDO穩壓器350是用差動放大器所實現的。LDO穩壓器350中的差動放大器包含用電晶體P1、P2和PC0實現的輸入級以及用電晶體N1、N2和PC9實現的輸出級。電晶體P1的閘極端被組態 為第一輸入351以接收來自電壓參考電路200的參考電壓VREF。電晶體P2的閘極端被組態為第二輸入352以接收來自分壓器的輸出感測電壓Vsens。在電晶體PC9的汲極端和電晶體N2的汲極端之間的導通節點被組態為輸出359，以產生控制電壓VGATE，控制電壓VGATE耦合到穩壓電晶體160的閘極端。
電晶體P1的通道連接在電晶體PC0的汲極端和電晶體N1的汲極端之間。電晶體P2的通道連接在電晶體PC0的汲極端和共同電壓VSS之間。電晶體N1和電晶體N2的通道串聯連接在電晶體PC9的汲極端和共同電壓VSS之間。電晶體PC0和PC9的源極端連接至供應電壓VDD_BG。電晶體PC0和PC9的閘極端連接至電壓參考電路200中的節點VBP，因此電晶體PC0的通道導通性和電晶體PC9的通道導通性均由節點VBP上的電壓控制。電晶體PC1和PC2的閘極端也連接至電壓參考電路200中的節點VBP，因此電晶體PC1的通道導通性和電晶體PC2的通道導通性也會被節點VBP上的電壓所控制。
電晶體PC1的汲極端連接到電晶體NB1的汲極端和閘極端，形成第一偏壓電路。電晶體PC2的汲極端連接至電晶體NB2的汲極端和閘極端，形成第二偏壓電路。第一偏壓電路在電晶體NB1的汲極端所產生的偏壓VBN1被耦接至LDO穩壓器350的輸出級中的電晶體N1的閘極端。第二偏壓電路在電晶體NB2的汲極端所產生的偏壓VBN2被耦接至LDO穩壓器350的輸出級中的電晶體N2的閘極端。
在圖3B中，相位補償電路被實現以用來改善回授迴路的穩定性和速度。在圖3B中的相位補償電路包含串聯連接在供應電壓VDD_BG和穩壓電晶體160的閘極端之間的電阻器Rψ和電容器Cψ。電阻器Rψ和電容器Cψ的選擇會相關於LDO穩壓器350的轉換函數和穩壓電晶體160的頻率響應。其他用於回授迴路的相位補償電路的實施方式也屬於本揭露的範圍內。在一些實施例中，相位補償電路經組態以建構具有超過一個極點或超過一個零點的迴路轉換函數。
更多用於產生參考電壓的積體電路的實施例被繪示在圖4的電路圖中。圖4中的電壓參考電路400是由修改圖22中的電壓參考電路200所產生的。修改內容包含在圖4的電壓參考電路400中增加場效電晶體T3、場效電晶體M3和電阻器R。場效電晶體T3和場效電晶體M3的通道串聯在供應電壓VDD_BG和共同電壓VSS之間。場效電晶體T3的閘極端連接至場效電晶體T0的閘極端。場效電晶體T0和場效電晶體M0的通道以及電阻器R均串聯在供應電壓VDD_BG和共同電壓VSS之間。場效電晶體M3的閘極端連接至場效電晶體M3的汲極端和場效電晶體M0的閘極端兩者。
場效電晶體T0和場效電晶體T3經組態以操作為第三電流鏡裝置，使得流經場效電晶體T3通道的電流I3b與流過場效電晶體T0通道的電流I0b成正比。當場效電晶體T0和場效電晶體T3被設計為具有相同的電性特性(例如，相同的閘極寬度、相同的閥值、相同的轉導)時，場效電晶體T3的通道中的電流I3b等於場效電晶體T0通道 中的電流I0b。流經場效電晶體T3的通道的電流I3b被注入場效電晶體M3的汲極端。場效電晶體M3的汲極端的電壓被施加到場效電晶體M0的閘極端，從而完成負回授迴路。連接在場效電晶體M0的源極和共同電壓VSS之間的電阻器R也提供負回授以提高穩定性。詳細來說，響應於場效電晶體T0通道的電流I0b的增加，電阻器R兩端的壓降會被增加，場效電晶體M0源極端的電壓降低，導致場效電晶體M0的閘極源極電壓降低，因而導致電流I0b降低。
在電源供應電路100和300中，供應電壓VDD的溫度係數(也就是導數dVDD/dT的絕對值)相關於電壓參考電路(例如是電壓參考電路200)所產生的參考電壓VREF的溫度係數(也就是導數dVREF/dT的絕對值)。圖2A的電壓參考電路200或圖4的電壓參考電路400是用以降低參考電壓VREF的溫度係數而實現的，從而降低電源供應電路100和300中的供應電壓VDD的溫度係數。進一步，由於電源供應電路100和300是藉由耦接到穩壓電晶體的LDO穩壓器所實現的，所以即使由電壓參考電路所產生的參考電壓VREF遠低於供應電壓VDD的電壓(例如0.1V-0.2V)，落在預計電壓範圍(例如，1.5V-5V)內的供應電壓VDD也是可以被實現的。
圖5A~5B是依據一些實施例中產生具有降低的溫度相依性的第二供應電壓的方法500A和方法500B的流程圖。方法500A或方法500B的操作的順序在圖5A和5B中僅用於說明；方法500A或方法500B的操作能夠以與圖5A~5B中不同的順序來執行。應理解的 是，在圖5A和圖5B中所繪示的方法500A或方法500B的操作之前、操作期間、及/或操作之後還可執行有附加操作，並且在此僅簡要敘述一些其他操作的過程。圖5A中的方法500A包含操作510、520、530、550和560。圖5B中的方法500B包含操作510、520、530、540、550和560。
在方法500A和500B的操作510中，流經第二場效電晶體和第一場效電晶體的第一電流被產生。在如圖2A及圖4所示的實施例中，電流I1b在場效電晶體T1的通道中被產生，電流I1b流過場效電晶體M2和場效電晶體M1。
在方法500A和500B的操作520中，流經第三場效電晶體和第一場效電晶體的第二電流被產生。在如圖2A及圖4所示的實施例中，電流I2b在場效電晶體T1的通道中被產生，電流I2b流過場效電晶體M3和場效電晶體M1。
在操作530中，在第三場效電晶體的一端所產生的參考電壓被施加到低壓降穩壓器的第一輸入。在圖1A~1B所示的實施例中，來自電壓參考電路200的輸出端225的參考電壓VREF被施加到LDO穩壓器150的輸入151。在圖3A~3B所示的實施例中，來自電壓參考電路200的輸出端225的參考電壓VREF施加到LDO穩壓器350的第一輸入351。
在方法500B的操作540中，輸出感測電壓被施加到低壓降穩壓器的第二輸入。輸出感測電壓與在操作560中重新產生的第二供應電壓相關。在圖3A~3B所示的實施例中，來自分壓器的輸出感測電壓Vsens被耦合到LDO穩壓器350的第二輸入352。在這裡，輸出感測電壓Vsens與供應電壓VDD會成正比。
在方法500A和500B的操作550中，來自低壓降穩壓器的輸出的閘極控制電壓被施加到穩壓電晶體的閘極端。在如圖1A~1B及圖3A~3B所示的實施例中，LDO穩壓器150或350的輸出處的電壓VGATE被耦合至穩壓電晶體160的閘極端。
在方法500A和500B的操作560中，在第一供應電壓被施加到穩壓電晶體的第一端時，第二供應電壓在穩壓電晶體的第二端被產生。在如圖1A~1B和圖3A~3B所示的實施例中，供應電壓VDD在穩壓電晶體160的第二端上被產生，同時，供應電壓VDD_BG被施加到穩壓電晶體160的第一端。
本揭露的一方面涉及積體電路。此積體電路包含第一溫敏裝置、第二溫敏裝置、輸出端、穩壓電晶體以及低壓降穩壓器。第一溫度敏感裝置經組態以產生隨著絕對溫度單調增加的第一電壓。第二溫度敏感裝置經組態以產生隨著絕對溫度而單調減少的第二電壓。輸出端經組態以產生參考電壓，其為來自第一溫敏裝置的第一電壓和來自第二溫敏裝置的第二電壓的總和。穩壓電晶體具有閘極、源極、汲極以及源極與汲極之間的通道。穩壓電晶體的通道被連接在經組態以接收 第一供應電壓的第一端和經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。低壓降穩壓器具有被連接到輸出端的第一輸入以及連接到穩壓電晶體閘極的輸出。
在一些實施例中，所述的第一溫敏裝置為正絕對溫度(proportional to absolute temperature,PTAT)裝置，其經組態以產生正比於所述絕對溫度的所述第一電壓。
在一些實施例中，所述的第二溫敏裝置為負絕對溫度(complementary to absolute temperature,CTAT)裝置，其經組態以產生互補於所述絕對溫度的所述第二電壓。
在一些實施例中，所述的低壓降穩壓器為差動放大器，且所述低壓降穩壓器具有第二輸入，其經組態以接收與所述第二端上的所述第二供應電壓相關的輸出感測電壓。
在一些實施例中，所述的第一溫敏裝置是由具有第一閥值的第一場效電晶體以及具有第二閥值的第二場效電晶體所形成的，且其中所述第一閥值與所述第二閥值不同。
在一些實施例中，所述的第一場效電晶體的所述第一閥值大於所述第二場效電晶體的所述第二閥值。
在一些實施例中，各所述的場效電晶體具有其第一端與其第二端之間的通道，其中所述第一場效電晶體的所述第一端連接於所述第二場效電晶體的所述第二端。
在一些實施例中，所述的積體電路更包括：電流源，連接於所述第二場效電晶體的所述第一端。
在一些實施例中，所述的第一場效電晶體的閘極端以及第二場效電晶體的閘極端連接於所述第二場效電晶體的所述第一端。
在一些實施例中，所述的第二溫敏裝置是由具有第三閥值的第三場效電晶體所形成的。
在一些實施例中，所述的積體電路更包括：電流源，連接於所述第三場效電晶體的第一端，其中所述第三場效電晶體的所述第二端連接於所述第一場效電晶體的所述第一端。
在一些實施例中，所述的第三場效電晶體的閘極端連接於所述第三場效電晶體的所述第一端。
本揭露的另一方面涉及一種積體電路。此積體電路包含第一場效電晶體，第二場效電晶體以及第三場效電晶體。第一電流源連接於第二場效電晶體的第一端。第二場效電晶體具有連接於第一場效電晶體的第一端的第二端。第二電流源連接於第三場效電晶體的第一端。第三場效電晶體具有連接於第一場效電晶體的第一端的第二端。低壓降穩壓器具有連接於第三場效電晶體的第一端的第一輸入。穩壓電晶體具有閘極，源極，汲極以及在源極和汲極之間的通道。穩壓電晶體的閘極連接於低壓降穩壓器的輸出。穩壓電晶體的通道連接於經組 態以接收第一供應電壓的第一端及經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。
在一些實施例中，所述的低壓降穩壓器為差動放大器，且所述低壓降穩壓器具有第二輸入，經組態以接收與所述第二端上的所述第二供應電壓相關的輸出感測電壓。
在一些實施例中，所述的第一場效電晶體的閘極端及所述第二場效電晶體的閘極端連接於所述第二場效電晶體的所述第一端。
在一些實施例中，所述的第三場效電晶體的閘極端連接於所述第三場效電晶體的所述第一端。
在一些實施例中，所述的第一場效電晶體具有第一閥值，以及所述第二場效電晶體與具有與所述第一閥值不同的第二閥值。
本揭露的又一方面涉及一種方法。此方法包含產生流過第二場效電晶體及第一場效電晶體的第一電流，產生流過第三場效電晶體及第一場效電晶體的第二電流，於第三場效電晶體的第一端產生參考電壓；將參考電壓輸出至低壓降穩壓器的第一輸入；將閘極控制電壓由低壓降穩壓器的輸出施加至穩壓電晶體的閘極端；以及在第一供應電壓被施加至穩壓電晶體的第一端時，於穩壓電晶體的第二端產生第二供應電壓。
在一些實施例中，所述的方法更包括：產生與所述第二供應電壓相關的輸出感測電壓；以及將所述輸出感測電壓施加至所述低壓降穩壓器的第二輸入。
在一些實施例中，生所述輸出感測電壓包括：藉由分壓器產生所述輸出感測電壓，所述分壓器具有接收所述第二供應電壓的一端。
本領域具通常知識者可輕易得知，揭露實施例中的一或多者實現了上述優點中的一或多個。在閱讀前述說明書之後，本領域技術人員將能夠影響本文廣泛公開的各種改變、等效物的替換以及各種其他實施例。因此，在此欲將核准的保護僅限制在於所附請求項所包含的定義及其等效物。
200:電壓參考電路
210、220:溫敏裝置
215:節點
225:輸出端
I0b、I1b、I2b:電流
M0~M3、T0~T2:電晶體
VBP、VDD_BG、VO、VSS:電壓
VT1、VT2:閥值

Claims (10)

  1. 一種電壓參考電路，包括： 第一溫敏裝置，經組態以產生隨絕對溫度單調增加的第一電壓； 第二溫敏裝置，經組態以產生隨所述絕對溫度單調減少的第二電壓； 輸出端經組態以產生所述第一溫敏裝置的所述第一電壓和所述第二溫敏裝置的所述第二電壓之和的參考電壓； 穩壓電晶體（power regulating transistor），具有閘極、源極、汲極以及在所述源極和所述汲極之間的通道，其中所述穩壓電晶體的所述通道連接在經組態以接收第一供應電壓的第一端及經組態以接收第二供應電壓的第二端之間；以及 低壓降穩壓器（low-dropout regulator），具有連接到所述輸出端的第一輸入並且具有連接到所述穩壓電晶體的所述閘極的輸出。
  2. 如請求項1所述的電壓參考電路，其中所述第一溫敏裝置是由具有第一閥值的第一場效電晶體以及具有第二閥值的第二場效電晶體所形成的，且其中所述第一閥值與所述第二閥值不同。
  3. 如請求項2所述的電壓參考電路，其中所述第一場效電晶體的所述第一閥值大於所述第二場效電晶體的所述第二閥值。
  4. 如請求項2所述的電壓參考電路，其中各所述場效電晶體具有其第一端與其第二端之間的通道，其中所述第一場效電晶體的所述第一端連接於所述第二場效電晶體的所述第二端。
  5. 如請求項4所述的電壓參考電路，更包括： 電流源，連接於所述第二場效電晶體的所述第一端。
  6. 如請求項5所述的電壓參考電路，其中所述第一場效電晶體的閘極端以及第二場效電晶體的閘極端連接於所述第二場效電晶體的所述第一端。
  7. 如請求項2所述的電壓參考電路，其中所述第二溫敏裝置是由具有第三閥值的第三場效電晶體所形成的。
  8. 一種電源供應電路，包括： 第一場效電晶體（FET），第二場效電晶體以及第三場效電晶體； 第一電流源，連接於所述第二場效電晶體的第一端，所述第二場效電晶體具有連接於所述第一場效電晶體的第一端的第二端； 第二電流源，連接於所述第三場效電晶體的第一端，所述第三場效電晶體具有連接於所述第一場效電晶體的所述第一端的第二端； 低壓降穩壓器（low-dropout regulator），具有連接於所述第三場效電晶體的所述第一端的第一輸入；以及 穩壓電晶體，具有閘極，源極，汲極以及在所述源極和所述汲極之間的通道，其中所述穩壓電晶體的所述閘極連接於所述低壓降穩壓器的輸出以及其中所述穩壓電晶體的所述通道連接於經組態以接收第一供應電壓的第一端及經組態以產生第二供應電壓的第二端之間。
  9. 如請求項8所述的電源供應電路，其中所述第一場效電晶體具有第一閥值，以及所述第二場效電晶體與具有與所述第一閥值不同的第二閥值。
  10. 一種電源供應方法，包括： 產生流過第二場效電晶體及第一場效電晶體的第一電流； 產生流過第三場效電晶體及所述第一場效電晶體的第二電流； 於所述第三場效電晶體的第一端產生參考電壓； 將所述參考電壓輸出至低壓降穩壓器的第一輸入； 將閘極控制電壓由所述低壓降穩壓器的輸出施加至穩壓電晶體的閘極端；以及 在第一供應電壓被施加至所述穩壓電晶體的第一端時，於所述穩壓電晶體的第二端產生第二供應電壓。
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