带差参考电路和同时产生参考电压及参考电流的方法与流程

1.本技术涉及带差(bandgap)参考电路领域，尤其涉及同时产生参考电压及参考电流的带差参考电路和方法。


背景技术：

2.现有的带差参考电路，通常会需要提供与温度无关的参考电压及参考电流，但这些电路通常仅能单独产生参考电压或参考电流，而无法同时产生参考电压与参考电流，因此目前通常是分别设置单独产生参考电压的电路以及单独产生参考电流的电路，导致元器件整体的数量成倍增加，进而增加能耗。


技术实现要素：

3.本技术一方面提供一种带差参考电路，包括：
4.公共电路，所述公共电路包括从一输出端依次串联的第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，所述第一晶体管的基极和集电极接地，所述第一晶体管的发射极与所述第二电阻连接于电流补偿端，所述第二电阻与所述第一电阻连接于电压锁定端，所述输出端用于输出参考电压；
5.电流补偿电路，包括与所述输出端连接的一端和接地端；
6.电压锁定电路，包括与所述输出端连接的一端和接地端；以及
7.镜像电路，所述镜像电路的第一支路与所述输出端连接，用于提供并联电流，所述镜像电路的第二支路用于输出参考电流，所述并联电流等于所述公共电路、所述电流补偿电路以及所述电压锁定电路的电流之和；所述参考电流等于所述并联电流或与所述并联电流成比例；
8.其中，所述电流补偿电路还包括连接于所述电流补偿端的一端，所述电流补偿电路用于使所述电流补偿电路上产生的电流与所述公共电路上产生的电流具有相反的温度系数；所述电压锁定电路还包括连接于所述电压锁定端的一端，所述电压锁定电路用于使所述第二电阻两端的电压差与所述第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数。
9.本技术实施例提供的带差参考电路，通过设置公共电路，并设置电压锁定电路与公共电路连接，可以使公共电路上第二电阻两端的电压差与第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数，从而使公共电路在输出端处输出的参考电压为抵消过温度系数的电压。通过设置电流补偿电路与公共电路连接，可以使电流补偿电路上产生的电流与公共电路上产生的电流具有相反的温度系数，从而使得通过输出端的并联电流为经过抵消过温度系数的电流。通过设置镜像电路，可以在镜像电路的第二支路上输出与镜像电路的第一支路上相同的电流，也即输出参考电流。因此，本技术实施例的带差参考电路，通过设置公共电路，能够同时输出抵消了温度系数的参考电压及参考电流，相较于现有的电路，节省了元器件的数量，降低了能耗及成本。
10.在一实施例中，所述电流补偿电路包括场效应管、第三电阻以及第一放大器，所述
场效应管的漏极与所述输出端连接，所述场效应管的源极与所述第三电阻的一端及所述第一放大器的负输入端连接，所述场效应管的栅极与所述第一放大器的输出端连接；所述第三电阻的另一端接地；所述第一放大器的正输入端与所述电流补偿端连接；所述电压锁定端包括第四电阻、第二晶体管以及第二放大器，所述第四电阻的一端与所述输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二放大器的负输入端及所述第二晶体管的发射极连接；所述第二晶体管的基极和集电极接地；所述第二放大器的正输入端与所述电压锁定端连接。
11.在一实施例中，所述带差参考电路还包括调节电路，用于调整所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻及所述第四电阻的阻值。
12.在一实施例中，所述参考电压表示为：
[0013]vref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；
[0014]
其中v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值。
[0015]
在一实施例中，所述参考电流表示为：
[0016]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；
[0017]
其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，r1为所述第一电阻的阻值，r4为所述第四电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值。
[0018]
在一实施例中，所述第一电阻与所述第四电阻的阻值相等，所述参考电流表示为：
[0019]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；
[0020]
其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值。
[0021]
本技术实施例另一方面提供一种同时产生参考电压及参考电流的方法，包括：
[0022]
提供公共电路，所述公共电路包括从一输出端依次串联的第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，将所述第一晶体管的基极和集电极接地，将所述第一晶体管的发射极与所述第二电阻连接于电流补偿端，将所述第二电阻与所述第一电阻连接于电压锁定端；
[0023]
提供电压锁定电路，所述电压锁定电路包括与所述输出端连接的一端、接地端以及与所述电压锁定端连接的一端；
[0024]
提供电流补偿电路，所述电流补偿电路包括与所述输出端连接的一端、接地端以及与所述电流补偿端连接的一端；
[0025]
锁定所述电压锁定端的电压，使所述第二电阻两端的电压差与所述第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数；
[0026]
在所述输出端输出参考电压；
[0027]
在所述电流补偿电路上产生与所述公共电路上的电流具有相反的温度系数的电流；以及
[0028]
提供一镜像电路，将所述镜像电路的第一支路与所述输出端连接，并在所述镜像电路的第二支路输出参考电流。
[0029]
本技术实施例提供的同时产生参考电压及参考电流的方法，通过提供公共电路，
并设置电压锁定电路与公共电路连接，可以使公共电路上第二电阻两端的电压差与第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数，从而使公共电路在输出端处输出的参考电压为抵消过温度系数的电压。通过提供电流补偿电路与公共电路连接，可以使电流补偿电路上产生的电流与公共电路上产生的电流具有相反的温度系数，从而使得通过输出端的并联电流为经过抵消过温度系数的电流。通过设置镜像电路，可以在镜像电路的第二支路上输出与镜像电路的第一支路上相同的电流，也即输出参考电流。因此，本技术实施例的带差参考电路，通过设置公共电路，能够同时输出抵消了温度系数的参考电压及参考电流，相较于现有的电路，节省了元器件的数量，降低了能耗及成本。
[0030]
在一实施例中，提供电流补偿电路包括提供场效应管、第三电阻以及第一放大器，所述场效应管的漏极与所述输出端连接，所述场效应管的源极与所述第三电阻的一端及所述第一放大器的负输入端连接，所述场效应管的栅极与所述第一放大器的输出端连接；所述第三电阻的另一端接地；所述第一放大器的正输入端与所述电流补偿端连接；以及
[0031]
提供电压锁定电路包括提供第四电阻、第二晶体管以及第二放大器，所述第四电阻的一端与所述输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二放大器的负输入端及所述第二晶体管的发射极连接；所述第二晶体管的基极和集电极接地；所述第二放大器的正输入端与所述电压锁定端连接。
[0032]
在一实施例中，所述参考电压表示为：
[0033]vref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；
[0034]
其中v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述输出端输出参考电压包括：调节所述第一电阻及所述第二电阻的阻值，使得所述参考电压为零温度系数的电压。
[0035]
在一实施例中，所述参考电流表示为：
[0036]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；
[0037]
其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，r1为所述第一电阻的阻值，r4为所述第四电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述镜像电路的第二支路输出参考电流包括：调节所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，使得所述参考电流为零温度系数的电流。
[0038]
在一实施例中，所述第一电阻与所述第四电阻的阻值相等，所述参考电流表示为：
[0039]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；
[0040]
其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述镜像电路的第二支路输出参考电流包括：调节所述第二电阻及所述第三电阻的阻值，使得所述参考电流为零温度系数的电流。
附图说明
[0041]
图1为本技术一实施例的带差参考电路的示意图。
[0042]
图2为本技术一实施例的带差参考电路的电路图。
[0043]
图3为本技术一实施例的同时产生参考电压及参考电流的方法的流程图。
[0044]
主要元件符号说明
[0045]
带差参考电路100
[0046]
镜像电路1
[0047]
第一支路10
[0048]
公共电路11
[0049]
电流补偿电路13
[0050]
电压锁定电路15
[0051]
第二支路30
[0052]
第一电阻r1
[0053]
第二电阻r2
[0054]
第三电阻r3
[0055]
第四电阻r4
[0056]
第一晶体管q1
[0057]
第二晶体管q2
[0058]
第一放大器op1
[0059]
第二放大器op2
[0060]
场效应管m1、m2、m3
[0061]
端点v1、v4[0062]
电流补偿端v2[0063]
电压锁定端v3[0064]
电源电压端v
dd
[0065]
输出端p
[0066]
参考电压v
ref
[0067]
并联电流i
p
[0068]
参考电流i
ref
[0069]
公共电流i
ptat
[0070]
第一电流i
ctat
[0071]
第二电流i2[0072]
步骤s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7
[0073]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。
具体实施方式
[0074]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0075]
除非另有定义，本技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0076]
为能进一步阐述本技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施方式，对本技术作出如下详细说明。
[0077]
本技术实施例提供一种带差参考电路，请一并参阅图1及图2，带差参考电路100包括公共电路11、电流补偿电路13、电压锁定电路15以及镜像电路1。其中，公共电路11包括从一输出端p依次串联的第一电阻r1、第二电阻r2以及第一晶体管q1，第一电阻r1和第二电阻r2连接于电压锁定端v3，第一晶体管q1的基极和集电极接地，第一晶体管q1的发射极和第二电阻r2连接于电流补偿端v2，输出端p用于输出参考电压v
ref
。电流补偿电路13包括与输出端p连接的一端和接地端。电压锁定电路15包括与输出端p连接的一端和接地端。镜像电路1的第一支路10与输出端p连接以提供并联电流i
p
，镜像电路1的第二支路30用于输出参考电流i
ref
，并联电流i
p
等于公共电路11、电流补偿电路13以及电压锁定电路15的电流之和，参考电流i
ref
可以等于并联电流i
p
或与并联电流i
p
成比例。例如，参考电流i
ref
与并联电流i
p
之间的比例可为0.8、1、1.5、2、4等。
[0078]
在本实施例中，电流补偿电路13还与公共电路11连接于电流补偿端v2，用于使电流补偿电路13上产生的第一电流i
ctat
与公共电路11上产生的公共电流i
ptat
具有相反的温度系数。例如，公共电流i
ptat
具有正温度系数，第一电流i
ctat
具有负温度系数。电压锁定电路15还与公共电路11连接于电压锁定端v3，用于使第二电阻r2两端的电压差与第一晶体管q1的发射极的电压具有相反的温度系数。例如，第二电阻r2两端的电压差具有正温度系数，第一晶体管q1的发射极的电压具有负温度系数。
[0079]
在本实施例中，镜像电路1包括一电源电压端v
dd
作为电源，第一支路10包括场效应管m1，场效应管m1的源极与电源电压端v
dd
连接，漏极与共同连接到输出端p的公共电路11、电流补偿电路13及电压锁定电路15连接，以提供流经输出端p的并联电流i
p
。第二支路30包括场效应管m2，场效应管m2的源极与电源电压端v
dd
连接，漏极用于输出参考电流i
ref
。镜像电路1的场效应管m1和场效应管m2的栅极之间相互连接。在镜像电路1中，第一支路10上的并联电流i
p
与第二支路30上的参考电流i
ref
成一定比例。具体来说，并联电流i
p
与参考电流i
ref
之间的比例与场效应管m1与场效应管m2有关，举例来说，当场效应管m1与场效应管m2相同时，并联电流i
p
与参考电流i
ref
相等。
[0080]
在本实施例中，电流补偿电路13包括第三电阻r3以及第一放大器op1，第三电阻r3的一端接地，另一端与第一放大器op1的负输入端连接(记为端点v1)，第一放大器op1的正输入端与电流补偿端v2连接。电流补偿端v2位于第二电阻r2与第一晶体管q1之间。
[0081]
在本实施例中，电流补偿电路13还包括场效应管m3。场效应管m3的源极与第三电阻r3、第一放大器op1的负输入端连接于端点v1，漏极连接于输出端p，栅极与第一放大器op1的输出端连接，也即第一放大器op1还用于控制场效应管m3的偏压。
[0082]
在本实施例中，电压锁定电路15包括第二晶体管q2以及第二放大器op2。第二晶体管q2的基极和集电极接地，发射极与第二放大器op2的负输入端连接于端点v4。第二放大器op2的正输入端与电压锁定端v3连接，用于使电压锁定端v3的电压与第二晶体管q2的发射极的电压相等，电压锁定端v3位于第一电阻r1与第二电阻r2之间。电压锁定电路15还包括第四电阻r4，第四电阻r4的一端、第二晶体管q2的发射极、以及第二放大器op2的负输入端连接于端点v4，第四电阻r4的另一端与输出端p连接。第二放大器op2的输出端与场效应管m1和场效应管m2的栅极连接在一起，以控制第一支路10和第二支路30的偏压。
[0083]
在本实施例中，第二晶体管q2与第一晶体管q1均为负温度系数的元件。也即第一晶体管q1与第二晶体管q2的等效电阻会随着温度的升高而降低。因此第二晶体管q2的发射极的电压(记为v
be2
)与第一晶体管q1在发射极的电压(记为v
be1
)均具有负温度系数。本实施例中的第二晶体管q2与第一晶体管q1还可以分别包括多个相同类型的晶体管，但第一晶体管q1与第二晶体管q2包括的晶体管的数量不同(例如数量比例为8:1)，本技术对此不做限制。
[0084]
在本实施例中，第二放大器op2的正输入端接于第一电阻r1与第二电阻r2之间的电压锁定端v3，负输入端接于第二晶体管q2的发射极(记为端点v4)，由于虚短路(virtual short)的效应，使得在电压锁定端v3及端点v4处的电压相等。由于在公共电路11上，从电压锁定端v3到接地端依次经过第二电阻r2和第一晶体管q1，而在电压锁定电路15上，从端点v4到接地端只经过第二晶体管q2，在电压相同的情况下，流经第一晶体管q1的电流与流经第二晶体管q2的电流密度不同，而在第一晶体管q1与第二晶体管q2具有相同的温度系数的情况下，施加在第二电阻r2上的电压差(等效于第二晶体管q2与第一晶体管q1的发射极之间的电压差，记为δv
be2,1
)具有与第一晶体管q1的发射端的电压v
be1
相反的温度系数。
[0085]
在本实施例中，公共电路11用于输出参考电压v
ref
，且可以由第一晶体管q1的发射端的电压v
be1
、第二电阻r2两端的电压差δv
be2,1
、第一电阻r1、第二电阻r2决定参考电压v
ref
。具体来说，参考电压v
ref
可以表示为：
[0086]vref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；(1)
[0087]
其中v
be1
为第一晶体管q1的发射极的电压，δv
be2,1
为第二电阻r2两端的电压差，r1为第一电阻r1的阻值，r2为第二电阻r2的阻值。具体来说，输出端p处输出的参考电压v
ref
为施加在第一电阻r1、第二电阻r2以及第一晶体管q1三个元器件上的电压之和，其中，由于第一晶体管q1的基极和集电极接地，因此施加在第一晶体管q1上的电压即为v
be1
，而施加在第二电阻r2上的电压即为δv
be2,1
，此时通过第二电阻r2的电流可以表示为δv
be2,1
/r2，则与第二电阻r2串联的第一电阻r1上的电压即可表示为(δv
be2,1
/r2)*r1，因此第一电阻r1与第二电阻r2上的电压和即为δv
be2,1
(1+r1/r2)。
[0088]
在本实施例中，由于v
be1
与δv
be2,1
具有相反的温度系数，因此可利用公式(1)，通过调整第一电阻r1与第二电阻r2的阻值，使输出端p输出的参考电压v
ref
具有零温度系数(也即抵消温度系数的影响)。具体来说，第一晶体管q1为pnp双极性晶体管，当其基极和集电极接地时，其发射极处的电压v
be1
具有负温度系数，也即电压v
be1
的值会随着温度的升高而下降。而施加在第二电阻r2两端的电压差δv
be2,1
具有与电压v
be1
相反的正温度系数，也即电压δv
be2,1
的值会随着温度的升高而增加。由于施加在第二电阻r2两端的电压差δv
be2,1
具有正温度系数，因此由此产生的流经第二电阻r2的公共电流i
ptat
也具有正温度系数，由于第一电阻r1与第二电阻r2串联，因此公共电流i
ptat
同样流经第一电阻r1，使得施加在第一电阻r1两端的电压差也具有正温度系数。通过调整第一电阻r1与第二电阻r2的阻值，可以进而调整输出端p处输出的参考电压v
ref
的温度系数，从而使参考电压v
ref
不受温度的影响，也即，使参考电压v
ref
具有零温度系数。
[0089]
本技术实施例提供的带差参考电路100，通过设置公共电路11及电压锁定电路15，并将电压锁定电路15中的第二放大器op2的负输入端接在端点v4，正输入端接在电压锁定端v3，可以利用第二放大器op2的虚短路效应将电压锁定端v3与端点v4的电压锁定，并通过
将电压锁定端v3处依次连接第一电阻r1和第一晶体管q1的发射极，在端点v4处连接第二晶体管q2的发射极，并将第一晶体管q1的基极和集电极以及第二晶体管q2的基极和集电极接地，可以利用流经第一晶体管q1和第二晶体管q2的电流密度不同，从而使施加在第二电阻r2两端的电压差具有与第一晶体管q1的发射极上的电压相反的温度系数。进而通过调整第一电阻r1与第二电阻r2的阻值，从而使输出端p能够输出具有零温度系数的参考电压v
ref
。
[0090]
在本实施例中，由于虚短路效应，端点v1处的电压与电流补偿端v2的电压相等，而电流补偿端v2处的电压为第一晶体管q1的发射极的电压v
be1
，电压v
be1
具有负温度系数的特性，因此端点v1处的电压同样具有负温度系数的特性。由于端点v1处的电压作用于第三电阻r3，因此流经第三电阻r3的第一电流i
ctat
即具有与电压v
be1
相同的负温度系数，也即随着温度的升高，第一电流i
ctat
的值会随之降低。另一方面，公共电路11上的公共电流i
ptat
具有正温度系数。因此，公共电路11和电流补偿电路13上的电流具有相反的温度系数。
[0091]
在本实施例中，电流补偿电路13、电压锁定电路15以及公共电路11均连接于输出端p上，因此经过输出端p的并联电流i
p
即为三个电路的电流之和，且公共电路11上的公共电流i
ptat
与电流补偿电路13上的第一电流i
ctat
具有相反的温度系数。例如，公共电流i
ptat
具有正温度系数，而第一电流i
ctat
具有负温度系数。因此并联电流i
p
包括了具有相反温度系数的公共电流i
ptat
和第一电流i
ctat
，使得并联电流i
p
的温度系数可以通过调整公共电流i
ptat
和第一电流i
ctat
的值，从而成为具有零温度系数的电流，进而使得从镜像电路1的第二支路30输出的参考电流i
ref
同样为具有零温度系数的电流。
[0092]
在本实施例中，镜像电路1的第二支路30用于复制并联电流i
p
，以产生参考电流i
ref
。具体来说，参考电流i
ref
可以表示为：
[0093]iref
＝ni
p
＝n[i
ctat
+i
ptat
+i2]＝n[v
be1
/r3+δv
be2,1
/r2+i2]；(2)
[0094]
其中，r3为第三电阻r3的阻值，n为参考电流i
ref
与并联电流i
p
之间的比值，v
be1
/r3为电流补偿电路13上的电流，δv
be2,1
/r2为公共电路11上的电流，i2为电压锁定电路15上的电流。此外，n可为任意正数，例如：0.8、1、1.5、2、4等。由于公共电路11、电流补偿电路13及电压锁定电路15上的电流均具有一定的温度系数，且公共电路11与电流补偿电路13上电流的温度系数相反，因此并联电流i
p
可以通过调整每一支路上电流的温度系数来实现零温度系数。
[0095]
在一实施例中，电压锁定电路15上的第二电流i2可由第一电阻r1与第四电阻r4的阻值来调整。在此情况下，可根据第一电阻r1与第四电阻r4的电阻值比值来对应改变第二晶体管q2与第一晶体管q1的数量比例，从而将第二电流i2与公共电流i
ptat
相关联。也即：
[0096]
i2＝(r1/r4)i
ptat
； (3)
[0097]
则参考电流可以表示为：
[0098]iref
＝ni
p
＝n[i
ctat
+i
ptat
+i2]＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；(4)
[0099]
换句话说，在这样的实施例中，可通过调整第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3与第四电阻r4的阻值，使并联电流i
p
具有零温度系数(亦即抵消温度系数的影响)。并且在电路设计上，具有较高的灵活性，以符合各种应用需求。例如，在低电流的需求下，可增加第四电阻r4的阻值，并对应减小第二晶体管q2与第一晶体管q1的数量比例。
[0100]
由此可见，通过设置第四电阻r4与第一电阻r1之间的阻值(连同设置第一晶体管q1与第二晶体管q2之间的数量比例)，可以使电压锁定电路15上的第二电流i2的值与公共
电路11上的公共电流i
ptat
的值相关联，从而使得参考电流i
ref
可以完全由各个元件的参数来决定，进而可以通过调整第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4来得到具有零温度系数的参考电流i
ref
。
[0101]
在另一实施例中，第四电阻r4的阻值与第一电阻r1的阻值也可以实质上相等，使得电压锁定电路15上的第二电流i2与公共电路11上的公共电流i
ptat
的电流值实质上相等。具体来说，由于公共电路11与电压锁定电路15均为从输出端p连接到接地端，在电压锁定端v3与端点v4的电压相等时，第一电阻r1与第四电阻r4受到的跨压也相等。因此当第一电阻r1的阻值与第四电阻r4的阻值相同时，公共电路11上的公共电流i
ptat
与电压锁定电路15上的第二电流i2也相同，且具有相同的温度系数，此时的参考电流i
ref
则可表示为：
[0102]iref
＝ni
p
＝n[i
ctat
+2i
ptat
]＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；(5)
[0103]
由此可见，参考电流i
ref
中包括具有相反温度系数的v
be1
和δv
be2,1
，以及作为变量的r2和r3。因此可利用公式(5)，通过调整第二电阻r2与第三电阻r3的阻值，使参考电流i
ref
具有零温度系数(亦即抵消温度系数的影响)。
[0104]
本技术实施例提供的带差参考电路100，通过设置公共电路11和电流补偿电路13，并将电流补偿电路13的第一放大器op1的正输入端接在电流补偿端v2，负输入端接在端点v1，可以使端点v1及电流补偿端v2具有相同的电压，从而使第三电阻r3两端的电压差的温度系数与第一晶体管q1的发射极的电压的温度系数相同，进而使电流补偿电路13的第一电流i
ctat
具有与公共电路的公共电流i
ptat
相反的温度系数，最终使公共电路11、电流补偿电路13与电压锁定电路15的电流之和为抵消了温度系数的并联电流i
p
。另一方面，通过设置第四电阻r4的阻值与第一电阻r1的阻值相等，可以使电压锁定电路15上的第二电流i2与公共电流i
ptat
相等，从而简化计算过程，并得到具有零温度系数的并联电流i
p
。通过设置镜像电路1，可以使第二支路30输出与并联电流i
p
相等或成比例的参考电流i
ref
，也即具有零温度系数的参考电流i
ref
。
[0105]
在本实施例中，带差参考电路还包括调节电路(图未示)，用于调整第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值，以用于调整参考电压v
ref
及参考电流i
ref
。具体来说，由公式(1)及公式(2)可知，带差参考电路100输出的参考电压v
ref
及参考电流i
ref
的温度系数由第一晶体管q1、第二晶体管q2的特性与第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值共同决定，虽然通过设置第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值可以抵消温度系数的影响，但这些电阻本身在制程上仍会有漂移，因此需要通过调节电路来进行补偿。其中，第四电阻r4的阻值与第一电阻r1相关联，具体来说，第四电阻r4的阻值与第一电阻r1的阻值实质相等或成一定比例，因此在调整第一电阻r1的阻值时，第四电阻r4的阻值需要同步调整，以保证与第一电阻r1之间的对应关系。
[0106]
在本实施例中，调节电路可以包括多个电阻串，每一电阻串分别与第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4并联，每一电阻串包括并联设置的多个支路，每一支路包括一个电阻以及一个开关，通过控制多个支路上开关的开启与闭合，即可以调整第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值。在其他实施例中，也可以直接将第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4均设置为可调节阻值的电阻，并将第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4分别与调节电路连接，调节电路可以通过发出指令，从而调节每一电阻的阻值。
[0107]
本技术实施例提供的带差参考电路100，通过设置第二放大器op2的负输入端连接于端点v4，正输入端连接于电压锁定端v3，且第一放大器op1的负输入端连接于端点v1，正输入端连接于电流补偿端v2，还可以使第一晶体管q1的发射极上的电压v
be1
小于第二晶体管q2的发射极上的电压，也即，施加在第三电阻r3两端的电压差降低，从而有利于降低电流补偿电路13的功耗。举例来说，在调整了第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值之后，电流补偿端v2处的电压相较于端点v4处的电压大约小10％，因此第三电阻r3的阻值也可以相对降低约10％，电流补偿电路13上的第一电流i
ctat
的功耗约降低20％。从而降低带差参考电路100整体的功耗。
[0108]
综上所述，本技术实施例提供的带差参考电路100，通过将公共电路11、电流补偿电路13以及电压锁定电路15共同连接于输出端p，并将电流补偿电路13接于公共电路11上的电流补偿端v2，电压锁定电路15接于公共电路11上的电压锁定端v3，可以通过一个电路同时输出零温度系数的参考电压v
ref
及参考电流i
ref
，在提高了泛用性的同时，降低了元器件的数量，有利于提高空间利用率，并降低能耗。
[0109]
本技术实施例还提供了一种同时产生参考电压及参考电流的方法，所述同时产生参考电压及参考电流的方法可以示例性的应用于上述的带差参考电路100，请参阅图3，其包括：
[0110]
步骤s1：提供公共电路11，公共电路11包括从一输出端p依次串联的第一电阻r1、第二电阻r2以及第一晶体管q1，第一晶体管q1的基极和集电极接地，第一晶体管q1的发射极与第二电阻r2连接于电流补偿端v2，第二电阻r2与第一电阻r1连接于电压锁定端v3；
[0111]
步骤s2：提供电压锁定电路15，电压锁定电路15包括与输出端p连接的一端、接地端以及与电压锁定端v3连接的一端；
[0112]
步骤s3：提供电流补偿电路13，电流补偿电路13包括与输出端p连接的一端、接地端以及与电流补偿端v2连接的一端；
[0113]
步骤s4：锁定电压锁定端v3的电压，使第二电阻r2两端的电压差与第一晶体管q1的发射极的电压具有相反的温度系数；
[0114]
步骤s5：在输出端p输出参考电压v
ref
；
[0115]
步骤s6：在电流补偿电路13上产生与公共电路11上的电流具有相反的温度系数的电流；
[0116]
步骤s7：提供一镜像电路1，将镜像电路1的第一支路10与输出端p连接，并在镜像电路1的第二支路30输出参考电流i
ref
。
[0117]
在本实施例中，步骤s2还包括：提供第二晶体管q2以及第二放大器op2，将第二晶体管q2的基极和集电极接地，并将第二放大器op2的负输入端与第二晶体管q2的发射极连接，以及将第二放大器op2的正输入端与电压锁定端v3连接。
[0118]
在本实施例中，步骤s2还包括：提供第四电阻r4，将第四电阻r4的一端与输出端p连接，将第四电阻r4的另一端与第二放大器op2的负输入端及第二晶体管q2的发射极连接；将第二晶体管q2的基极和集电极接地；以及将第二放大器op2的正输入端与电压锁定端v3连接。
[0119]
在本实施例中，步骤s3还包括：提供场效应管m3、第三电阻r3以及第一放大器op1，将场效应管m3的漏极与输出端p连接，将场效应管m3的源极与第三电阻r3的一端及第一放
大器op1的负输入端连接，将场效应管m3的栅极与第一放大器op1的输出端连接；将第三电阻r3的另一端接地；以及将第一放大器op1的正输入端与电流补偿端v2连接。
[0120]
在本实施例中，步骤s5中输出的参考电压v
ref
可以表示为：
[0121]vref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；
[0122]
其中v
be1
为所述第一晶体管q1的发射极的电压，δv
be2,1
为所述第二电阻r2两端的电压差，r1为所述第一电阻r1的阻值，r2为所述第二电阻r2的阻值，通过第二电阻r2的电流可以表示为δv
be2,1
/r2，则与第二电阻r2串联的第一电阻r1上的电压即可表示为(δv
be2,1
/r2)*r1，因此第一电阻r1与第二电阻r2上的电压和即为δv
be2,1
(1+r1/r2)。
[0123]
在一实施例中，步骤s5还包括：调节第一电阻r1及第二电阻r2的阻值，使得参考电压v
ref
为零温度系数的电压。
[0124]
在本实施例中，步骤s7中输出的参考电流i
ref
可以表示为：
[0125]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；
[0126]
其中i
p
为通过所述输出端p的并联电流，n为参考电流i
ref
与并联电流i
p
之间的比值，且n为正数(例如：0.8、1、1.5、2、4等)，v
be1
为第一晶体管q1的发射极的电压，r3为第三电阻r3的阻值，r1为第一电阻r1的阻值，r4为第四电阻r4的阻值，δv
be2,1
为第二电阻r2两端的电压差，r2为第二电阻r2的阻值，v
be1
/r3为电流补偿电路13上的电流，δv
be2,1
/r2为公共电路11上的电流。
[0127]
在本实施例中，步骤s7还包括：在第一支路10设置场效应管m1并在第二支路30设置场效应管m2；将场效应管m1的源极与电源电压端v
dd
连接，并将场效应管m1的漏极与输出端p连接；将场效应管m2的源极与电源电压端v
dd
连接，并在场效应管m2的漏极输出参考电流i
ref
；将场效应管m1和场效应管m2的栅极之间相互连接；將第二放大器op2的输出端与场效应管m1和场效应管m2的栅极连接在一起，以控制第一支路10和第二支路30的偏压。
[0128]
在一实施例中，步骤s7还包括：调节第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及第四电阻r4的阻值，使得参考电流i
ref
为零温度系数的电流。
[0129]
在另一实施例中，第一电阻r1的阻值可以与第四电阻r4的阻值实质相等，此时参考电流i
ref
可以简化表示为：
[0130]iref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；
[0131]
在本实施例中，步骤s7还包括：调节第二电阻r2及第三电阻r3的阻值，使得参考电流i
ref
为零温度系数的电流。
[0132]
本技术实施例提供的同时产生参考电压及参考电流的方法，通过将公共电路、电流补偿电路、电压锁定电路以及镜像电路共同连接于输出端，并将电流补偿电路接于公共电路上的电流补偿端，电压锁定电路接于公共电路上的电压锁定端，可以通过一个电路同时输出零温度系数的参考电压v
ref
及参考电流i
ref
，在提高了泛用性的同时，降低了元器件的数量，有利于提高空间利用率，并降低能耗。
[0133]
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本技术，而并非用作为对本技术的限定，只要在本技术的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本技术要求保护的范围之内。

技术特征：
1.一种带差参考电路，其特征在于，包括：公共电路，所述公共电路包括从一输出端依次串联的第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，所述第一晶体管的基极和集电极接地，所述第一晶体管的发射极与所述第二电阻连接于电流补偿端，所述第二电阻与所述第一电阻连接于电压锁定端，所述输出端用于输出参考电压；电流补偿电路，包括与所述输出端连接的一端和接地端；电压锁定电路，包括与所述输出端连接的一端和接地端；以及镜像电路，所述镜像电路的第一支路与所述输出端连接，用于提供并联电流，所述镜像电路的第二支路用于输出参考电流，所述并联电流等于所述公共电路、所述电流补偿电路以及所述电压锁定电路的电流之和；所述参考电流等于所述并联电流或与所述并联电流成比例；其中，所述电流补偿电路还包括连接于所述电流补偿端的一端，所述电流补偿电路用于使所述电流补偿电路上产生的电流与所述公共电路上产生的电流具有相反的温度系数；所述电压锁定电路还包括连接于所述电压锁定端的一端，所述电压锁定电路用于使所述第二电阻两端的电压差与所述第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数。2.如权利要求1所述的带差参考电路，其特征在于，所述电流补偿电路包括场效应管、第三电阻以及第一放大器，所述场效应管的漏极与所述输出端连接，所述场效应管的源极与所述第三电阻的一端及所述第一放大器的负输入端连接，所述场效应管的栅极与所述第一放大器的输出端连接；所述第三电阻的另一端接地；所述第一放大器的正输入端与所述电流补偿端连接；所述电压锁定端包括第四电阻、第二晶体管以及第二放大器，所述第四电阻的一端与所述输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二放大器的负输入端及所述第二晶体管的发射极连接；所述第二晶体管的基极和集电极接地；所述第二放大器的正输入端与所述电压锁定端连接。3.如权利要求2所述的带差参考电路，其特征在于，还包括调节电路，用于调整所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻及所述第四电阻的阻值。4.如权利要求3所述的带差参考电路，其特征在于，所述参考电压表示为：v
ref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；其中v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值。5.如权利要求3所述的带差参考电路，其特征在于，所述参考电流表示为：i
ref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，r1为所述第一电阻的阻值，r4为所述第四电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值。6.如权利要求3所述的带差参考电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第四电阻的阻值相等，所述参考电流表示为：i
ref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；
其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值。7.一种同时产生参考电压及参考电流的方法，其特征在于，包括：提供公共电路，所述公共电路包括从一输出端依次串联的第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，将所述第一晶体管的基极和集电极接地，将所述第一晶体管的发射极与所述第二电阻连接于电流补偿端，将所述第二电阻与所述第一电阻连接于电压锁定端；提供电压锁定电路，所述电压锁定电路包括与所述输出端连接的一端、接地端以及与所述电压锁定端连接的一端；提供电流补偿电路，所述电流补偿电路包括与所述输出端连接的一端、接地端以及与所述电流补偿端连接的一端；锁定所述电压锁定端的电压，使所述第二电阻两端的电压差与所述第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数；在所述输出端输出参考电压；在所述电流补偿电路上产生与所述公共电路上的电流具有相反的温度系数的电流；以及提供一镜像电路，将所述镜像电路的第一支路与所述输出端连接，并在所述镜像电路的第二支路输出参考电流。8.如权利要求7所述的同时产生参考电压及参考电流的方法，其特征在于，提供电流补偿电路包括提供场效应管、第三电阻以及第一放大器，所述场效应管的漏极与所述输出端连接，所述场效应管的源极与所述第三电阻的一端及所述第一放大器的负输入端连接，所述场效应管的栅极与所述第一放大器的输出端连接；所述第三电阻的另一端接地；所述第一放大器的正输入端与所述电流补偿端连接；以及提供电压锁定电路包括提供第四电阻、第二晶体管以及第二放大器，所述第四电阻的一端与所述输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二放大器的负输入端及所述第二晶体管的发射极连接；所述第二晶体管的基极和集电极接地；所述第二放大器的正输入端与所述电压锁定端连接。9.如权利要求8所述的同时产生参考电压及参考电流的方法，其特征在于，所述参考电压表示为：v
ref
＝v
be1
+δv
be2,1
(1+r1/r2)；其中v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述输出端输出参考电压包括：调节所述第一电阻及所述第二电阻的阻值，使得所述参考电压为零温度系数的电压。10.如权利要求8所述的同时产生参考电压及参考电流的方法，其特征在于，所述参考电流表示为：i
ref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+(1+r1/r4)(δv
be2,1
/r2)]；其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，r1为所述第一
电阻的阻值，r4为所述第四电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述镜像电路的第二支路输出参考电流包括：调节所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻及所述第四电阻的阻值，使得所述参考电流为零温度系数的电流。11.如权利要求8所述的同时产生参考电压及参考电流的方法，其特征在于，所述第一电阻与所述第四电阻的阻值实质上相等，所述参考电流表示为：i
ref
＝ni
p
＝n[v
be1
/r3+2(δv
be2,1
/r2)]；其中i
p
为通过所述输出端的并联电流，n为所述参考电流与所述并联电流之间的比值且为正数，v
be1
为所述第一晶体管的发射极的电压，r3为所述第三电阻的阻值，δv
be2,1
为所述第二电阻两端的电压差，r2为所述第二电阻的阻值；以及在所述镜像电路的第二支路输出参考电流包括：调节所述第二电阻及所述第三电阻的阻值，使得所述参考电流为零温度系数的电流。

技术总结
本申请提供一种带差参考电路，包括：公共电路、电流补偿电路、电压锁定电路、及镜像电路。公共电路包括从一输出端依次串联的第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，第一晶体管的发射极与第二电阻连接于电流补偿端，第二电阻与第一电阻连接于电压锁定端，输出端用于输出参考电压。镜像电路的第一支路与输出端连接，用于提供并联电流，镜像电路的第二支路用于输出参考电流；参考电流等于并联电流或与并联电流成比例。电流补偿电路用于使电流补偿电路上产生的电流与公共电路上产生的电流具有相反的温度系数；电压锁定电路用于使第二电阻两端的电压差与第一晶体管的发射极的电压具有相反的温度系数。本申请还提供一种同时产生参考电压及参考电流的方法。压及参考电流的方法。压及参考电流的方法。


技术研发人员：王维德
受保护的技术使用者：天钰科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/7/11