能带隙参考电压产生电路与使用其的电子系统

摘要

本发明公开了一种用以提供参考电压的能带隙参考电压产生电路，能带隙参考电压产生电路包括四端电流源电路、稳压电路与温度补偿电路。四端电流源电路电性连接第一系统电压，当第一系统电压大于门槛电压值，则四端电流源电路所输出的第一电压、第二电压与第一电流独立于第一系统电压的变化。稳压电路接收第一电压与第二电压并且在当第一系统电压大于门槛电压值时，通过第一及第二电压之间稳定的电压差，则稳压电路输出独立于第一系统电压的变化的参考电压。温度补偿电路接收第一电流并且用以对稳压电路所输出的参考电压的温度曲线予以补偿。

权利要求

1.一种能带隙参考电压产生电路，用以提供一参考电压，其特征在于，该能带隙参考电压产生电路包括：一四端电流源电路，电性连接一第一系统电压，当该第一系统电压大于一门槛电压值，则该四端电流源电路所输出的一第一电压、一第二电压与一第一电流独立于该第一系统电压的变化；

一稳压电路，电性连接该四端电流源电路，该稳压电路接收该第一电压与该第二电压并且在当该第一系统电压大于该门槛电压值时，通过该第一及该第二电压之间稳定的电压差，则该稳压电路输出独立于该第一系统电压的变化的该参考电压；以及一温度补偿电路，电性连接该四端电流源电路与该稳压电路，该温度补偿电路接收该第一电流并且用以对该稳压电路所输出的该参考电压的温度曲线予以补偿。

2.如权利要求1所述的能带隙参考电压产生电路，其中对该稳压电路所输出的该参考电压的温度曲线予以补偿，以将该参考电压的二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线。

3.如权利要求1所述的能带隙参考电压产生电路，其中当该第一系统电压大于该门槛电压值时，该四端电流源电路输出稳定的该第一电压与该第二电压，并且输出稳定的该第一电流。

4.如权利要求1所述的能带隙参考电压产生电路，其中该四端电流源电路包括：一第一晶体管，其漏极连接该第一系统电压；

一第二晶体管，其漏极连接该第一晶体管的源极，其源极连接该第一晶体管的栅极，其中该第一及该第二晶体管为空乏型晶体管；以及一第一电阻，其一端连接该第二晶体管的源极，其另一端连接该第二晶体管的栅极，其中当该第一系统电压大于该门槛电压值时，则该第一晶体管、该第二晶体管与该第一电阻所产生的该第一电流为独立于该第一系统电压的变化的稳定电流。

5.如权利要求4所述的能带隙参考电压产生电路，该稳压电路包括：

一第三晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一晶体管的栅极以接收该第一电压；以及一第四晶体管，其漏极连接该第三晶体管的源极，其栅极连接该第一电阻的另一端以接收该第二电压，其源极连接一负载电阻并输出该参考电压，其中该第三及该第四晶体管为空乏型晶体管，其中通过稳定的该第一电压使得该第三晶体管的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得该参考电压独立于该第一系统电压的变化而被锁定在一第一参考电压值。

6.如权利要求4所述的能带隙参考电压产生电路，该稳压电路包括：

一第五晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一晶体管的源极以接收该第一电压；以及一第六晶体管，其漏极连接该第五晶体管的源极，其栅极连接该第一晶体管的栅极以接收该第二电压，其源极连接一负载电阻并输出该参考电压，其中该第五及该第六晶体管为空乏型晶体管，其中通过稳定的该第一电压使得该第五晶体管的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得该参考电压独立于该第一系统电压的变化而被锁定在一第一参考电压值。

7.如权利要求5或6所述的能带隙参考电压产生电路，该温度补偿电路包括：

一第一双极晶体管，其射极连接一接地电压；

一第二电阻，其一端连接该第一双极晶体管的基极；

一第三电阻，其一端连接该第二电阻的另一端，其另一端连接该第一双极晶体管的集极；

一第四电阻，其一端连接该第三电阻的一端；

一第五电阻，其一端连接该第四电阻的另一端并且连接至该第四晶体管或该第六晶体管的源极；

一第二双极晶体管，其基极连接该第三电阻的另一端，其集极连接该第五电阻的另一端；

一第六电阻，其一端连接该第二双极晶体管的射极，其另一端连接该接地电压，其中通过该第一双极晶体管的一第一基射极电压与该第二双极晶体管的一第二基射极电压之间的一基射极压差来使得流经该第六电阻的一第二电流为正温度系数的电流；以及一第三双极晶体管，其基极连接该第二双极晶体管之集极，其射极连接该接地电压，其集极连接该第一电阻的另一端，该第三双极晶体管具有负温度系数的一第三基射极电压，通过调整该第五电阻与该第六电阻的电阻值，使得该参考电压为等于或接近零温度系数的电压，并且该第一参考电压值等于该第五电阻的压降与该第三基射极电压的总和。

8.如权利要求7所述的能带隙参考电压产生电路，其中通过调整该第二及该第三电阻的电阻值来将该参考电压的二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线。

9.如权利要求7所述的能带隙参考电压产生电路，该温度补偿电路还包括：

一第七电阻，其一端连接该第三双极晶体管的基极，其另一端连接该接地电压，该第七电阻用以将该参考电压的该第一参考电压值提升至一第二参考电压值，其中该参考电压的该第二参考电压值等于该第五电阻的压降与该第七电阻的压降的总和。

10.一种电子系统，其特征在于，该电子系统包括：

一能带隙参考电压产生电路，电性连接一第一系统电压，该能带隙参考电压产生电路包括：一四端电流源电路，电性连接该第一系统电压并且当该第一系统电压大于一门槛电压值，该四端电流源电路所输出的一第一电压、一第二电压与一第一电流独立于该第一系统电压的变化；

一稳压电路，电性连接该四端电流源电路，该稳压电路接收该第一电压与该第二电压并且在当该第一系统电压大于该门槛电压值时，通过该第一及该第二电压之间稳定的电压差，则该稳压电路输出独立于该第一系统电压的变化的一参考电压；以及一温度补偿电路，电性连接该四端电流源电路与该稳压电路，该温度补偿电路接收该第一电流并且用以对该稳压电路所输出的该参考电压的温度曲线予以补偿；以及一负载，电性连接该能带隙参考电压产生电路以接收该参考电压。

说明书

能带隙参考电压产生电路与使用其的电子系统

技术领域

[0001] 本发明乃是关于一种能带隙参考电压产生电路，特别是指一种独立于系统电压与温度的能带隙参考电压产生电路。

背景技术

[0002] 在高科技不断的创新改进下，消费性电子产品已逐渐普及于人们的生活中，尤其各种手持式电子装置，例如：手机、数位相机、个人数位助理或平板电脑等，因其轻薄短小，可随身携带的特性深受人们的喜爱。然而，手持式电子装置在使用上须考量电源能量供应时间长短的问题，目前多利用如镍氢电池及锂电池等电池装置，加上额外搭配符合电池装置规格的充电器使用。

[0003] 现有技术下，能带隙参考电压源电路的设计是该领域中众所周知的，这些电路被设计以提供一独立于电路中温度变化的电压标准。能带隙参考电压源的参考电压是一个双极型双极结型晶体管（双极型晶体管）的基极与射极间所发展的电压V b e和另外两个双极型晶体管的基极－射极电压V b e之差(△V b e)的函数。第一个双极型晶体管的基极－射极电压V b e具有一个负的温度系数，或者当温度升高时基极－射极电压V b e将会减少。另外两个双极型晶体管的差分电压△V b e将会具有一个正的温度系数，这就意味着当温度升高时该差分基极－射极电压△V b e也随之升高。独立于能带隙电压参考电压源的温度的参考电压通过缩放差分基极－射极电压△V b e以及求其与第一个双极型晶体管的基极－射极电压V b e的和而得到调整。然而，一般的参考电压产生电路通常都可能会遭遇到环境温度的改变或系统电压变异而影响到参考电压的稳定度的相关问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种用以提供参考电压的能带隙参考电压产生电路，能带隙参考电压产生电路包括四端电流源电路、稳压电路与温度补偿电路。四端电流源电路电性连接第一系统电压，当第一系统电压大于门槛电压值，则四端电流源电路所输出的第一电压、第二电压与第一电流独立于第一系统电压的变化。稳压电路电性连接四端电流源电路，所述稳压电路接收第一电压与第二电压并且在当第一系统电压大于门槛电压值时，通过第一及第二电压之间稳定的电压差，则稳压电路输出独立于第一系统电压的变化的参考电压。温度补偿电路电性连接四端电流源电路与稳压电路，所述温度补偿电路接收第一电流并且用以对稳压电路所输出的参考电压的温度曲线予以补偿。

[0005] 在本发明其中一个实施例中，其中对稳压电路所输出的参考电压的温度曲线予以补偿，以将参考电压的二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线。

[0006] 在本发明其中一个实施例中，当第一系统电压大于门槛电压值时，四端电流源电路输出稳定的第一电压与第二电压，并且输出稳定的第一电流。

[0007] 在本发明其中一个实施例中，四端电流源电路包括第一晶体管、第二晶体管与第一电阻。第一晶体管的漏极连接第一系统电压。第二晶体管的漏极连接第一晶体管的源极，第二晶体管的源极连接第一晶体管的栅极，其中第一及第二晶体管为空乏型晶体管。第一电阻的一端连接第二晶体管的源极，第一电阻的另一端连接第二晶体管的栅极，其中当第一系统电压大于门槛电压值时，则第一晶体管、第二晶体管与第一电阻所产生的第一电流为独立于第一系统电压的变化的稳定电流。

[0008] 在本发明其中一个实施例中，稳压电路包括第三晶体管与第四晶体管。第三晶体管的漏极连接第一系统电压，第三晶体管的栅极连接第一晶体管的栅极以接收第一电压。第四晶体管的漏极连接第三晶体管的源极，第四晶体管的栅极连接第一电阻的另一端以接收第二电压，第四晶体管的源极连接负载电阻并输出参考电压，其中第三及第四晶体管为空乏型晶体管。通过稳定的第一电压使得第三晶体管的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得参考电压独立于第一系统电压的变化而被锁定在第一参考电压值。

[0009] 在本发明其中一个实施例中，稳压电路包括第五晶体管与第六晶体管。第五晶体管的漏极连接第一系统电压，第五晶体管的栅极连接第一晶体管的源极以接收第一电压。第六晶体管的漏极连接第五晶体管的源极，第六晶体管的栅极连接第一晶体管的栅极以接收第二电压，第六晶体管的源极连接负载电阻并输出参考电压，其中第五及第六晶体管为空乏型晶体管，其中通过稳定的第一电压使得第五晶体管的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得参考电压独立于第一系统电压的变化而被锁定在第一参考电压值。

[0010] 在本发明其中一个实施例中，温度补偿电路包括第一双极晶体管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二双极晶体管、第六电阻与第三双极晶体管。第一双极晶体管的射极连接接地电压。第二电阻的一端连接第一双极晶体管的基极。第三电阻的一端连接第二电阻的另一端，第三电阻的另一端连接第一双极晶体管的集极。第四电阻的一端连接第三电阻的一端。第五电阻的一端连接第四电阻的另一端并且连接至第四晶体管或第六晶体管的源极。第二双极晶体管的基极连接第三电阻的另一端，第二双极晶体管的集极连接第五电阻的另一端。第六电阻的一端连接第二双极晶体管的射极，第六电阻的另一端连接接地电压，其中通过第一双极晶体管的第一基射极电压与第二双极晶体管的第二基射极电压之间的基射极压差来使得流经第六电阻的第二电流为正温度系数的电流。第三双极晶体管的基极连接第二双极晶体管的集极，第三双极晶体管的射极连接接地电压，第三双极晶体管的集极连接第一电阻的另一端，所述第三双极晶体管具有负温度系数的第三基射极电压。通过调整第五电阻与第六电阻的电阻值，使该参考电压为等于或接近零温度系数的电压，并且第一参考电压值等于第五电阻的压降与第三基射极电压的总和。

[0011] 在本发明其中一个实施例中，通过调整第二及第三电阻的电阻值来将参考电压的二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线。

[0012] 在本发明其中一个实施例中，温度补偿电路还包括第七电阻。第七电阻的一端连接第三双极晶体管的基极，第七电阻的另一端连接接地电压，所述第七电阻用以将参考电压的第一参考电压值提升至第二参考电压值，其中参考电压的第二参考电压值等于该第五电阻的压降与该第七电阻的压降的总和

[0013] 从另一观点，本发明实施例提供一种电子系统，电子系统包括能带隙参考电压产生电路与负载。能带隙参考电压产生电路包括四端电流源电路、稳压电路与温度补偿电路。四端电流源电路电性连接第一系统电压，当第一系统电压大于门槛电压值，则四端电流源电路所输出的第一电压、第二电压与第一电流独立于第一系统电压的变化。稳压电路电性连接四端电流源电路，所述稳压电路接收第一电压与第二电压并且在当第一系统电压大于门槛电压值时，通过第一及第二电压之间稳定的电压差，则稳压电路输出独立于第一系统电压的变化的参考电压。温度补偿电路电性连接四端电流源电路与稳压电路，所述温度补偿电路接收第一电流并且用以对稳压电路所输出的参考电压的温度曲线予以补偿。负载电性连接至能带隙参考电压产生电路以接收参考电压。

[0014] 综上所述，本发明实施例所提出的能带隙参考电压产生电路与电子系统，通过四端电流源电路与温度补偿电路来使得能带隙参考电压产生电路提供一个能独立于第一系统电压与温度的参考电压。

[0015] 为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

[0016] 图1为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的区块示意图。

[0017] 图2为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的具体电路图。

[0018] 图3为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的温度补偿效应的曲线图。

[0019] 图4为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线图。

[0020] 图5为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线图。

[0021] 图6为根据本发明实施例的参考电压对温度的曲线族模拟图。

[0022] 图7为根据本发明实施例的参考电压的偏移量对温度的曲线族模拟图。

[0023] 图8为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线族模拟图。

[0024] 图9为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线族模拟图。

[0025] 图10为根据本发明另一实施例的参考电压对温度的曲线图。

[0026] 图11为根据本发明另一实施例的参考电压对输出电流的曲线图。

[0027] 图12为根据本发明另一实施例的参考电压对系统电压的曲线图。

[0028] 图13为根据本发明实施例的参考电压对温度的曲线族模拟图。

[0029] 图14为根据本发明实施例的参考电压的偏移量对温度的曲线族模拟图。

[0030] 图15为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线族模拟图。

[0031] 图16为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线族模拟图。

[0032] 图17为根据本发明再一实施例的能带隙参考电压产生电路的具体电路图。

[0033] 图18为根据本发明再一实施例的参考电压对温度的模拟曲线图。

[0034] 图19为根据本发明再一实施例的参考电压的偏移量对温度的模拟曲线图。

[0035] 图20为根据本发明再一实施例的参考电压对输出电流的模拟曲线图。

[0036] 图21为根据本发明再一实施例的参考电压对系统电压的模拟曲线图。

[0037] 图22为根据本发明再一实施例的参考电压对系统电压的另一模拟曲线图。

[0038] 图23为根据本发明实施例的电子系统的示意图。

[0039] 其中，附图标记说明如下：

[0040] 100、200、1700：能带隙参考电压产生电路；

[0041] 110：四端电流源电路；

[0042] 120：稳压电路；

[0043] 130：温度补偿电路；

[0044] 2300：电子系统；

[0045] 2310：能带隙参考电压产生电路；

[0046] 2320：负载；

[0047] c1、c2、c3、c4：曲线；

[0048] GND：接地电压；

[0049] M1：第一晶体管；

[0050] M2：第二晶体管；

[0051] M3：第三晶体管；

[0052] M4：第四晶体管；

[0053] M5：第五晶体管；

[0054] M6：第六晶体管；

[0055] Q1：第一双极晶体管；

[0056] Q2：第二双极晶体管；

[0057] Q3：第三双极晶体管；

[0058] R1：第一电阻；

[0059] R2：第二电阻；

[0060] R3：第三电阻；

[0061] R4：第四电阻；

[0062] R5：第五电阻；

[0063] R6：第六电阻；

[0064] R7：第七电阻；

[0065] RL：负载电阻；

[0066] I1：第一电流；

[0067] I2：第二电流；

[0068] I3：第三电流；

[0069] IL：输出电流；

[0070] V1：第一电压；

[0071] V2：第二电压；

[0072] △VBE：基射极压差；

[0073] VBE1：第一基射极电压；

[0074] VBE2：第二基射极电压；

[0075] VBE3：第三基射极电压；

[0076] VDD：第一系统电压；

[0077] VREF：参考电压。

具体实施方式

[0078] 在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

[0079] 应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

[0080] 〔能带隙参考电压产生电路的实施例〕

[0081] 请参照图1，图1为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的区块示意图。在本实施例中，能带隙参考电压产生电路100用以提供一参考电压VREF给下一级电路或负载。能带隙参考电压产生电路100包括四端电流源电路110、稳压电路120与温度补偿电路130。四端电流源电路110电性连接第一系统电压VDD。稳压电路120电性连接四端电流源电路110与第一系统电压VDD。温度补偿电路130电性连接四端电流源电路110与稳压电路120。须注意的是，在本实施例中的第一系统电压VDD为电池电压，但并不以此作为限制。再者，在现有技术下，以第三代(3G)/第四代(4G)手机系统为例，第三代(3G)/第四代(4G)手机系统对于射频输出功率的精准度有着极为严格的要求。因为手机电池的电压值会有相当大的变化，其可能从3.2伏特到4.2伏特不等，因此会影响射频功率放大器的输出功率的精准度。

[0082] 通过本揭示内容的能带隙参考电压产生电路100，当第一系统电压VDD(亦即电池电压)大于门槛电压值，则四端电流源电路110会输出稳定且独立于第一系统电压VDD的变化的第一电流I1至温度补偿电路130，并且输出独立于第一系统电压VDD的变化的第一电压V1与第二电压V2至稳压电路120。接着，同样地在第一系统电压VDD大于门槛电压值的情况下，稳压电路120接收到第一电压V1与第二电压V2并且通过第一电压V1与第二电压V2之间的稳定电压差来输出独立于第一系统电压VDD的变化的参考电压VREF。进一步来说，四端电流源电路110所输出的稳定的第一电压V1与第二电压V2被用来驱动稳压电路120，并且第一电压V1与第二电压V2能够进一步地被稳压电路120锁定住。从另一观点来看，在第一系统电压VDD大于门槛电压值的情况下，由于本揭示内容的四端电流源电路110所产生的稳定的第一电流I1，进而使得第一电压V1与第二电压V2之间的电压差而稳定。值得一提的是，所述门槛电压值为指2.5伏特至3.2伏特之间的电压值，其实际数值大小由设计者根据电路设计或实际应用需求来加以进行设计。

[0083] 举例来说，在一例示性实施例中，门槛电压值为1.8伏特，则表示四端电流源电路110于第一系统电压VDD于1.8伏特与4.2伏特之间能够输出稳定的第一电流I1，而此稳定的第一电流I1会进而使得第一电压V1与第二电压V2之间的电压差稳定，进而使得被第一电压V1与第二电压V2所驱动的稳压电路120能够在第一系统电压VDD于1.8伏特与4.2伏特之间输出稳定的参考电压VREF(例如1.5伏特)。

[0084] 在温度补偿效应方面，通过稳定的第一电流I1作为电流源来驱动或偏压温度补偿电路130以对稳压电路120所输出的参考电压VREF的温度曲线予以补偿，亦即使参考电压VREF的温度系数为等于或接近于零温度系数。进一步来说，在本实施例中，温度补偿电路130能够将参考电压VREF的温度曲线从二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线，以使本揭示内容的能带隙参考电压产生电路100具有良好的温度补偿效应。

[0085] 为了更详细地说明本发明所述的能带隙参考电压产生电路100的运作流程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步的说明。

[0086] 在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图1实施例的部分，且其余省略部分与上述图1实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

[0087] 〔能带隙参考电压产生电路的另一实施例〕

[0088] 请参照图2，图2为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的具体电路图。与上述图1实施例不同的是，四端电流源电路110包括第一晶体管M1、第二晶体管M2与第一电阻R1。稳压电路120包括第三晶体管M3与第四晶体管M4。温度补偿电路130包括第一双极晶体管Q1、第二双极晶体管Q2、第三双极晶体管Q3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5与第六电阻R6，其中第二双极晶体管Q2的射极面积大于第一双极晶体管Q1的射极面积。第一晶体管M1的漏极连接第一系统电压VDD。第二晶体管M2的漏极连接第一晶体管M1之源极，第二晶体管M2的源极连接第一晶体管M1的栅极，其中第一晶体管M1及第二晶体管M2为空乏型晶体管。第一电阻R1的一端连接第二晶体管M2的源极，第一电阻R1的另一端连接第二晶体管M2的栅极。第三晶体管M3的漏极连接第一系统电压VDD，第三晶体管M3的栅极连接第一晶体管M1的栅极以接收第一电压V1。第四晶体管M4的漏极连接第三晶体管M3的源极，第四晶体管M4的栅极连接第一电阻R1的另一端以接收第二电压V2，第四晶体管M4的源极连接负载电阻RL并输出参考电压VREF，其中第三晶体管M3及第四晶体管M4为空乏型晶体管。第一双极晶体管Q1的射极连接接地电压GND。第二电阻R2的一端连接第一双极晶体管Q1的基极。第三电阻R3的一端连接第二电阻R2的另一端，第三电阻R3之另一端连接第一双极晶体管Q1的集极。第四电阻R4的一端连接第三电阻R3的一端。第五电阻R5的一端连接第四电阻R4的另一端并且连接至第四晶体管M4。第二双极晶体管Q2的基极连接第三电阻R3的另一端，第二双极晶体管Q2的集极连接第五电阻R5的另一端。第六电阻R6的一端连接第二双极晶体管Q2的射极，第六电阻R6的另一端连接接地电压GND。

[0089] 在进行下述说明前，须先说明的是，本揭示内容所述的正温度系数指示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间成正比关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量会随着温度而上升或下降；本揭示内容所述的负温度系数指示其物理量与温度之间成反比关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量会随着温度而下降或上升。本揭示内容所述的零温度系数指示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间为相互独立的关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量并不会随着温度而上升或下降。

[0090] 接下来要教示的，是进一步说明能带隙参考电压产生电路200的工作原理以便更了解本揭示内容。

[0091] 在能带隙参考电压产生电路200面对第一系统电压VDD(亦即电池电压)的变化下，本揭示内容通过第一晶体管M1、第二晶体管M2与第一电阻R1来提供稳定的第一电流I1。进一步来说，当第一系统电压VDD大于门槛电压值(如1.8伏特)时，第一晶体管M1的栅极与源极会被分别维持在稳定的电压值，并且第二晶体管M2的栅极与源极也会被分别维持在稳定的电压值，接着通过第一电阻R1来产生第一电流I1。由于，第一电阻R1的一端电性连接至第二晶体管M2的源极，第一电阻R1的另一端电性连接至第二晶体管M2的栅极，因此第一电阻R1两端的电压差会维持在一个稳定电压值，进而使得第一电流I1稳定。在本实施例中，设计者可以调整第一电阻R1的阻值以获得所需的第一电流I1的大小来符合实际应用需求。接着，在本实施例中，将第一晶体管M1的栅极电压来作为第一电压V1，并且将第二晶体管M2的栅极电压来作为第二电压V2，并且利用第一电压V1与第二电压V2来驱动或偏压稳压电路120。进一步来说，因为第三晶体管M3的栅极接收第一电压V1并且第三晶体管M3为空乏型晶体管，通过稳定的第一电压V1使得第三晶体管Q3的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得参考电压VREF独立于第一系统电压VDD的变化而被锁定在第一参考电压值，其中第一参考电压值等于第五电阻R5的压降与第三基射极电压VBE3的总和。举例来说，在本实施例中第三晶体管M3的源栅极电压为1伏特，所以第三晶体管M3的源极电压会大于第一电压V1约1伏特，进而使第三晶体管M3的源极电压会被锁定在第一电压V1与1伏特的两者总和的电压值，其中第四晶体管M4的漏极电压等于第三晶体管M3的源极电压。接着，由于第四晶体管M4的栅极电压与漏极电压都被锁定住，因此第四晶体管M4的源极电压(亦即参考电压VREF)也会被锁定在一固定的电压值。从另一观点来看，稳压电路120是利用叠接式空乏型晶体管来建构而成，据此以提供一稳定且独立于电池电压变化的参考电压VREF。在本实施例中，第一至第四晶体管M1～M4为假型高速电子移动晶体管(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT)。

[0092] 在温度补偿效应方面，在本实施例中，温度补偿电路130利用第一双极晶体管Q1、第二双极晶体管Q2、第三双极晶体管Q3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5与第六电阻R6建构而成，其中双极晶体管Q1、Q2与Q3为异质结型双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)并且分别具有负温度系数的基射极电压VBE1、VBE2与VBE3。如图2所示，第六电阻R6两端的电压差为第一双极晶体管Q1的第一基射极电压VBE1与第二双极晶体管VBE2的第二基射极电压VBE2之间的基射极压差△VBE(如式(1)所示)，其中须说明的是，在此假设忽略了第二电阻R2与第三电阻R3的效应以便得到此式子，并且基射极压差△VBE为负温度系数的电压。接着，通过第六电阻R6与基射极压差△VBE来使得流经第六电阻R6的第二电流I2为具有正温度系数的电流。接着，如果忽略第二晶体管Q2与第三晶体管Q3的基极电流效应，则流经第五电阻R5的第三电流I3等于第二电流I2，并且第三电流I3会同样地具有正温度系数的特性。由克希霍夫电压定律(KVL)可得知，参考电压VREF为第五电阻R5的压降与第三晶体管Q3的基射极电压VBE3的两者总和，如式(2)所示，在一实施例中，参考电压值为1.48伏特。因此，设计者能够通过第五电阻R5与第六电阻R6的阻值调整来使得参考电压VREF在面对环境温度变化时能够呈现等于或接近零温度系数的特性。值得一提的是，本揭示内容能够通过调整第二电阻R2及第三电阻R3的电阻值来将参考电压VREF的二阶温度曲线补偿为三阶温度曲线。

[0093] △VBE=VBE1–VBE2式(1)

[0094] VREF=I3×R5+VBE3

[0095] =(R5/R6)×△VBE+VBE3式(2)

[0096] 承上述，本揭示内容的能带隙参考电压产生电路200在面对电池电压(如手机电池的电压值)的变化时与面对环境温度变化(如摄氏负55度至摄氏125度之间)时都能够提供独立于电池电压与环境温度两个变数的稳定参考电压VREF。

[0097] 请同时参照图2与图3，图3为根据本发明实施例的能带隙参考电压产生电路的温度补偿效应的曲线图。在图3中，横轴为温度(单位为摄氏)，左纵轴为参考电压(单位为伏特)，右横轴为参考电压的偏移量(单位为百分比%)，曲线c1表示参考电压，曲线c2表示参考电压的偏移量。由图3可知，曲线c1及c2都为三阶温度曲线(通过第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3的调整)，而在摄氏负55度至摄氏125度之间，参考电压VREF的电压值能够稳定的维持在1.481伏特，并且参考电压VREF的偏移量也非常地小(小于正负0.003%)。请同时参照图2与图4，图4为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线图。在图4中，横轴为输出电流IL(单位为毫安培)，纵轴为参考电压(单位为伏特)，其中输出电阻小于0.2欧姆。由图4可知，在不同的负载电阻RL对应于不同的输出电流IL下，参考电压VREF依然能够维持在一个稳定的电压值(约1.48伏特左右)，因此负载调节(Load Regulation)约为0.02%。请同时参照图2与图5，图5为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线图。在图5中，横轴为系统电压(单位为伏特)，纵轴为参考电压(单位为伏特)，并且由图5可知，在系统电压VDD为3伏特至4.2伏特间，参考电压VREF依然能够维持在固定的电压值，如1.48伏特。故本揭示内容的能带隙参考电压产生电路200的电源拒斥比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)约为96dB，并且线调节(Line Regulation)约为0.002%。据此，从图3至图5可知，参考电压VREF在面对环境温度的变化、负载电阻RL(对应于输出电流IL的变化)的变化与第一系统电压VDD的变化时，都能够通过本揭示内容的工作机制而被维持在一个固定的电压值，如1.48伏特。接下来，再提供本实施例的模拟曲线族以更了解本实施例的功效，请同时参照图6至图9，图6为根据本发明实施例的参考电压对温度的曲线族模拟图，其为在第一系统电压于3伏特(volt,V)至5伏特扫描情况下所获得的参考电压VREF对环境温度的模拟图形。图7为根据本发明实施例的参考电压的偏移量对温度的曲线族模拟图。从图6与图7可知，在本实施例中，能带隙参考电压产生电路200所产生的参考电压VREF相较于环境温度的变化与系统电压VDD(电池电压)的变化都能够很稳定地被维持在1.48伏特，而其差异量也仅只有正负0.0085%，具有相当优良的抗变化功效。图8为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线族模拟图，其为第一系统电压VDD于3伏特至5伏特扫描情况下所获得的参考电压对输出电流的模拟图形。图9为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线族模拟图，在图9中，为将模拟环境温度设定在摄氏负55度至摄氏125度之间扫描所获得的模拟图。从曲线族的观点来看，能带隙参考电压产生电路200所产生的参考电压VREF在面对环境温度的变化、负载电阻RL(对应于输出电流IL的变化)的变化与第一系统电压VDD的变化时，都能够通过本揭示内容的工作机制而被维持在一个稳定的电压值，如1.48伏特。

[0098] 在另一实施例中，将模拟温度设定于摄氏零度至80度之间以扫描能带隙参考电压产生电路200，能带隙参考电压产生电路200所提供的参考电压VREF相较于温度变化会更加地稳定。请参照图10，图10为根据本发明另一实施例的参考电压对温度的曲线图。在图10中，横轴为温度(单位为摄氏)，左纵轴为参考电压(单位为伏特)并且右纵轴为参考电压的偏移量(单位为%)。在图10中，曲线c3表示参考电压VREF并且曲线c4表示参考电压VREF的偏移量，在本实施例中，在摄氏温度零度至80度之间，参考电压VREF的最大值与最小值之间仅相差2.8微伏特(micro volt)，并且参考电压VREF的偏移量小于正负0.0001%，具有极佳的温度补偿效应。接下来，请参照图11与图12，图11为根据本发明另一实施例的参考电压对输出电流的曲线图，图12为根据本发明另一实施例的参考电压对系统电压的曲线图。由图11与图12可知，参考电压VREF相对于输出电流IL与系统电压VDD的变化时，参考电压VREF都能维持在稳定的1.456伏特的电压值，其中能带隙参考电压产生电路200的电源拒斥比(PSRR)更能够提高到100dB(可由图12得知)。从另一观点来看，请参照图13～图16，图13为根据本发明实施例的参考电压对温度的曲线族模拟图。图
14为根据本发明实施例的参考电压的偏移量对温度的曲线族模拟图。图15为根据本发明实施例的参考电压对输出电流的曲线族模拟图。图16为根据本发明实施例的参考电压对系统电压的曲线族模拟图。由图15至图16可知，参考电压VREF在面对环境温度的变化、输出电流IL的变化与系统电压VDD的变化时都能够提供稳定的电压值，如1.456伏特，因此具有极佳的稳定性。

[0099] 在接下来的至少一实施例中，将描述不同于上述图2实施例的部分，且其余省略部分与上述图2实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

[0100] 〔能带隙参考电压产生电路的再一实施例〕

[0101] 请参照图17，图17为根据本发明再一实施例的能带隙参考电压产生电路的具体电路图。与上述图2实施例不同的是，在本实施例的能带隙参考电压产生电路1700，稳压电路120包括第五晶体管M5与第六晶体管M6。第五晶体管M5的漏极连接第一系统电压VDD，第五晶体管M5的栅极连接第一晶体管M1的源极以接收第一电压V1，通过稳定的第一电压V1使得第五晶体管Q5的源极电压被锁定在稳定的电压值，进而使得参考电压VREF独立于第一系统电压VDD的变化而被锁定在第一参考电压值，其中第一参考电压值等于第五电阻R5的压降与第三基射极电压VBE3的总和。第六晶体管M6的漏极连接第五晶体管M5的源极，第六晶体管M6的栅极连接第一晶体管M1的栅极以接收第二电压V2，第六晶体管M6的源极连接负载电阻RL与第五电阻R5的一端并输出参考电压VREF，其中第五晶体管M5及第六晶体管M6为空乏型晶体管。

[0102] 在本实施例中，当第一系统电压VDD大于门槛电压值(如3伏特)时，第一晶体管M1的栅极与源极会被分别维持在稳定的电压值，并且第二晶体管M2的栅极与源极也会被分别维持在稳定的电压值，接着通过第一电阻R1来产生第一电流I1。再者，第五晶体管M5的栅极连接至第一晶体管M1的源极电压以作为第一电压V1，并且第六晶体管M6的栅极连接至第二晶体管M2的源极电压以作为第二电压V2。能带隙参考电压产生电路1700利用第一电压V1(第一晶体管M1的源极电压)与第二电压V2(第一晶体管M2的源极电压)来驱动或偏压稳压电路120。进一步来说，因为第五晶体管M5的栅极接收稳定的第一晶体管M1的源极电压以作为第一电压V1并且第五晶体管M5本身为空乏型晶体管，所以第五晶体管M5的源极电压会大于第一电压约1伏特，进而使第五晶体管M5的源极电压被锁定在第一电压V1与1伏特的两者总和的电压值，其中第六晶体管M6的漏极电压等于第五晶体管M5的源极电压。接着，由于第六晶体管M6的栅极电压与漏极电压都被锁定住，因此第六晶体管M6的源极电压(亦即参考电压VREF)也会被锁定在一固定的电压值。

[0103] 在温度补偿效应方面，与上述图2实施例不同的是，图17实施例的温度补偿电路还包括一第七电阻R7。第七电阻R7的一端连接第三双极晶体管Q3的基极，第七电阻R7的另一端连接接地电压GND。在本实施例中，第七电阻用以将参考电压VREF的第一参考电压值(如1.48伏特)提升至第二参考电压值(如2.78伏特)，其中参考电压VREF的第二参考电压值等于该第五电阻R5的压降与第七电阻R7的压降的总和。其余与上述图2实施例相同，在此不再赘述。

[0104] 请同时参照图17、图18与图19，图18为根据本发明再一实施例的参考电压对温度的模拟曲线图。图19为根据本发明再一实施例的参考电压的偏移量对温度的模拟曲线图。温度在摄氏负55度与摄氏125度之间的变化下，参考电压VREF的温度曲线都能呈现出优良的三阶温度曲线，并且参考电压的偏移量小于正负0.0067%。请参照图20与图21，图20为根据本发明再一实施例的参考电压对输出电流的模拟曲线图。图21为根据本发明再一实施例的参考电压对系统电压的模拟曲线图。由图20与图21可知，能带隙参考电压产生电路1700所提供的参考电压VREF在面对输出电流IL的变化与系统电压VDD的变化也都能够维持在一稳定的第二参考电压值，如2.78伏特。请参照图22，图22为根据本发明再一实施例的参考电压对系统电压的另一模拟曲线图。在图22中可知，系统电压VDD从2.5伏特扫描至3.5伏特时，在2.85伏特左右，参考电压VREF会开始进入稳定的第一参考电压值(2.78伏特)并且维持着。

[0105] 〔电子系统的一实施例〕

[0106] 请参照图23，图23为根据本发明实施例的电子系统的示意图。电子系统2300包括能带隙参考电压产生电路2310与连接至能带隙参考电压产生电路2310的负载2320。能带隙参考电压产生电路2310可以是上述实施例中的能带隙参考电压产生电路200与1700的其中之一，且用以提供一参考电压VREF至负载2320或下一级电路。电子系统2300可以是各种类型的电子装置内的系统，电子装置可以是例如手持装置或行动装置等。

[0107] 〔实施例的可能功效〕

[0108] 综上所述，本发明实施例所提出的能带隙参考电压产生电路在面对电池电压(如手机电池的电压值)的变化时与面对环境温度变化(如摄氏负50度至摄氏120度之间)时都能够提供独立于电池电压与环境温度两个变数的稳定的参考电压。

[0109] 在本揭示内容多个实施例中至少一实施例，能带隙参考电压产生电路在面对负载电阻的变化下(对应至不同的输出电流)能够提供稳定的的参考电压。

[0110] 以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利权利要求范围。