带隙参考电路和使用该带隙参考电路的温度信息输出装置

摘要

BGR电路包括：与温度成正比的电流产生部，其配置成经由多个电流路径而产生与温度变化成正比的电流；与温度成反比的电流产生部，其配置成经由多个电流路径而产生与温度变化成反比的电流。内部电压的参考电压产生部使用该与温度成正比的电流产生部的电流以及该与温度成反比的电流产生部的电流，产生用于内部电压的参考电压。温度电压输出部输出对应于温度变化的电压。

说明书

技术领域

这里公开的本发明涉及一种带隙参考电路和使用该带隙参考电路的温度信息输出装置。

背景技术

常规温度信息输出装置100包括：带隙参考(band gap reference，BGR)电路110、模数转换器(ADC)120、以及控制器140，如图1所示。产生用于产生半导体存储器装置内部电压的参考电压VREF_CORE的BGR电路200进一步设置于半导体存储器装置中，而与温度信息输出装置100的BGR电路110分开。

温度信息输出装置100的BGR电路110输出：与半导体存储器装置内部温度成反比的温度电压VTEMP、用于限定温度电压VTEMP上限的参考电压VULIMIT、以及用于限定温度电压VTEMP下限的参考电压VLLIMIT。如图2所示，BGR电路110包括：用于响应BGR_ON信号来向BGR电路110供电的开关SW、与温度成正比的电流产生部111、与温度成反比的电流产生部112、电流至电压转换部113、参考电压输出部114、以及温度电压输出部115。与温度成正比的电流产生部111产生随着半导体存储器装置内部温度的增加而增加的基本电流IPTAT。与温度成反比的电流产生部112产生随着半导体存储器装置内部温度增加而减少的基本电流ICTAT。电流至电压转换部113利用电阻器R3将与晶体管XM的尺寸成正比的基本电流M*IPTAT和与晶体管XK的尺寸成正比的基本电流K*ICTAT的总和转换成电压VREF。参考电压输出部114输出限定温度电压VTEMP上限的参考电压VULIMIT和限定温度电压VTEMP下限的参考电压VLLIMIT。参考电压VULIMIT与VLLIMIT可通过各种因素来偏移，因此，当输入外部调整码时，可通过改变电阻器R5、R7和R8的值来调整参考电压VULIMIT与VLLIMIT。温度电压输出部115放大与温度成正比的电流产生部111中的双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)Q2的射基电压VEB2，以输出温度电压VTEMP。这里，由于射基电压VEB2具有-1.8mV/℃的特性，所以其用作用于产生温度电压的电压。

设置在半导体存储器装置中的BGR电路200不需要产生VTEMP、VULIMIT、及VLLIMIT，且因此，其不包括温度信息输出装置100的BGR电路110中的参考电压输出部114和温度电压输出部115。

ADC120将温度电压VTEMP转换成数字温度信息TEMP_CODE。如图3所示，ADC120包括：比较器121、过滤器122、计数器123、振荡器124、复用器MUX125、解码器126、以及数模转换器(digital-to-analogconverter，DAC)127。比较器121比较为模拟值的VTEMP与DACOUT，以将VTEMP与DACOUT之间的差输出为数字码INC与DEC。当INC与DEC激烈地变化时，即当它们由于外部噪声而具有高频分量时，过滤器122不执行输出操作。然而，当INC与DEC缓慢地变化时，过滤器122仅针对低频分量为计数器123输出信号UP来向上计数并且为计数器123输出信号DN来向下计数。计数器123分别响应UP与DN信号来增加与减少初始TEMP_CODE(例如100000)。计数器123经由重置端子RESET来接收ADC_ON信号。当ADC_ON信号处于高电平时，振荡器124工作以产生具有预定时段的时钟信号，并经由延迟DLY将该时钟提供到过滤器122与计数器123。复用器MUX125响应测试模式信号TM来输出测试码TEST_CODE或TEMP_CODE。解码器126解码复用器MUX125的输出，以输出解码信号SW<0:N>。在不超过VULIMIT与VLLIMIT的限度下，DAC127将解码信号SW<0:N>转换成DACOUT。

控制器140响应是输入到温度信息输出装置100的外部信号的使能信号EN、自刷新信号SREF和测试模式使能信号TEST_EN，来输出BGR_ON信号、ADC_ON信号和测试模式信号TM，以控制是否执行测试模式。

以下将参考图4来说明常规温度信息输出装置的操作。

首先，当控制器140接收EN信号时，其使能BGR_ON信号至高电平。

当BGR_ON信号处于高电平时，BGR电路110工作并执行温度检测操作，以输出VTEMP、VULIMIT、及VLLIMIT。

在VTEMP、VULIMIT、及VLLIMIT变稳定之后，即在对应于带隙初始化操作的时间过去之后，控制器140使能ADC_ON信号至高电平。

在ADC_ON信号处于高电平时，ADC120执行ADC追踪操作。

当ADC追踪操作大致完成时，DACOUT与VTEMP的电平变成相同，且当ADC追踪操作完成时，ADC120输出TEMP_CODE。

当ADC_ON信号变成低电平时，ADC120的计数器123输出被重置为先前设定的初始值。

当上述操作完成时，即，BGR_ON信号变成低电平，温度信息输出装置的操作结束，且从ADC120输出的TEMP_CODE储存于将用于半导体存储器装置操作的寄存器中。

然而，常规温度信息输出装置具有以下缺点。

第一，产生用于内部功率的参考电压的BGR电路200和温度信息输出装置的BGR电路110都设置在半导体存储器装置中，这增加了电路尺寸。

第二，由于设有两个BGR电路，所以功率消耗大。

最后，需要花很长的时间才能使温度信息输出装置100中的BGR电路110的输出电压变得稳定并输出有效的温度信息，因此明显地延迟存储器装置操作。

发明内容

本发明的实施例可提供一种BGR电路，其中功率消耗低且电路尺寸小。

本发明的实施例还提供具有可迅速地且稳定地输出温度信息的BGR电路的温度信息输出装置。

本发明的实施例提供了一种BGR电路，包括：与温度成正比的电流产生部，其通过多个电流路径产生与温度变化成正比的电流；与温度成反比的电流产生部，其通过多个电流路径产生与温度变化成反比的电流；内部电压的参考电压产生部，其利用该与温度成正比的电流产生部的电流以及该与温度成反比的电流产生部的电流，产生用于内部电压的参考电压；以及温度电压输出部，其输出与温度变化对应的电压。

本发明的另一实施例提供一种温度信息输出装置，包括：带隙参考(BGR)电路，其利用带隙特性产生并输出根据温度变化而变化的内部电压的参考电压和对应于半导体存储器装置中内部温度变化的模拟温度电压；模数转换器(ADC)，其响应第一控制信号将模拟温度电压转换成数字温度信息，并响应第二控制信号来初始化数字温度信息；以及控制器，其响应至少一个操作命令来输出第一控制信号。

通过参考附图与说明书的其余部分，可实现对本发明的原理与优点的进一步的理解。

附图说明

将参考下列附图来说明本发明的非限制性和非穷尽性的实施例，其中，除非另有说明，在附图中相同的部分将以相同的参考标号来表示。在附图中：

图1为常规温度信息输出装置的方块图；

图2为图1中BGR电路110的电路图；

图3为图1的ADC的方块图；

图4为示出图1的温度信息输出装置的操作的时序图；

图5为根据本发明典型实施例的温度信息输出装置的方块图；

图6为根据本发明典型实施例的BGR电路的电路图；

图7为根据本发明典型实施例的ADC的方块图；以及

图8为示出图5的温度信息输出装置的操作的时序图。

具体实施方式

现在将参考附图更为详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以不同形式实现，且不应限制于此处的实施例。相反，所提供的实施例是用于透彻且完整地公开本发明，并完全地将本发明的范围传递给本领域技术人员。在附图中，相同的参考标号表示相同的元件。

此后，将结合附图来说明本发明的典型实施例。

如图5所示，典型的温度信息输出装置包括：BGR电路400，其可利用带隙特性产生并输出随温度变化而改变的内部电压的参考电压VREF_CORE、对应于半导体存储器装置中内部温度改变的模拟温度电压VTEMP以及用于范围限制的参考电压VLLIMIT与VULIMIT；ADC520，其响应第一控制信号ADC_ON而工作以将VTEMP转换成数字温度信息TEMP_CODE，并且可响应第二控制信号PWRUP来初始化TEMP_CODE；以及控制器540，其可响应至少一个操作命令来输出ADC_ON。

BGR电路400可设置在与图1的BGR电路200相同的位置，且可执行BGR电路110的功能以产生VTEMP、VLLIMIT与VULIMIT，并可执行BGR电路200的功能以产生用作用于产生内部电压的参考的VREF_CORE。与图1的常规温度信息输出装置相比，因为去除了两个BGR电路中的一个(即BGR电路110)，所以显著减小了电路的大小。

如图6所示，BGR电路400可包括：与温度成正比的电流产生部410，其可利用温度系数特性电压，经由多个电流路径而产生与温度变化成正比的电流；与温度成反比的电流产生部420，其可经由多个电流路径产生与温度变化成反比的电流；内部电压的参考电压产生部430，其可利用与温度成正比的电流产生部410的电流和与温度成反比的电流产生部420的电流，来产生VREF_CORE；温度信息参考电压产生部440，其可利用与温度成正比的电流产生部410的电流和与温度成反比的电流产生部420的电流，来产生温度信息参考电压VREF_TS；范围限制参考电压产生部450，其可利用温度信息参考电压VREF_TS来产生用于限制VTEMP范围的下限参考电压VLLIMIT和上限参考电压VULIMIT；以及温度电压输出部460，其可利用温度系数特性电压，产生对应于半导体存储器装置中当前内部温度变化的VTEMP。

与温度成正比的电流产生部410可包括：第一晶体管组M1至M4，包括源极耦合至电源端子的多个场效应晶体管(FET)；第二晶体管组Q1与Q2，其包括耦合在晶体管M1和M2与接地端子之间且具有负温度系数特性的二极管耦合的双极结型晶体管(BJT)；以及差动放大器OP11，其作为电流控制器来放大第二晶体管组Q1与Q2的射基电压VEB1与VEB2之间的差，并将其共同地施加至第一晶体管组M1至M4的栅极，从而控制第一晶体管组M1至M4中的电流量。第一晶体管组M1至M4和第二晶体管组Q1与Q2可具有不同尺寸，所以它们可产生预定的倍增因子(mulltipyingfactor)，它们的例子示出在右侧。假设作为晶体管M1的倍增因子的X1为基本乘数。Xa为“a”乘X1，而XM为“M”乘X1。因此，假设乘以X1的流过晶体管M1的电流为“IPTAT”，则流经晶体管M4的电流为乘以XM，以成为“M*IPTAT”。二极管耦合的BJT包括的第二晶体管组Q1与Q2的射基电压具有负温度系数特性。即，第二晶体管组Q1与Q2的射基电压会随着温度升高而降低。

与温度成反比的电流产生部420可包括：源极共同耦合至电源端子的多个晶体管M5至M7；以及差动放大器OP12，其作为电流控制器来放大根据流经晶体管M5的电流的电压和VEB1之间的差，并共同地将其施加至晶体管M5至M7的栅极，从而控制晶体管M5至M7中的电流量。晶体管M5至M7可具有不同尺寸，所以其可产生预定的倍增因子，它们的例子示出在右侧。

内部电压的参考电压产生部430可包括电阻器R11，其共同耦合至与温度成正比的电流产生部410的电流路径中的一个和与温度成反比的电流产生部420的电流路径中的一个。耦合至电阻器R11的两个电流路径之和根据温度而改变。即，电阻器R11一端共同地耦合至为两个电流路径的晶体管M3与M6的漏极，而另一端耦合至地，且VREF_CORE从晶体管M3和M6的漏极与电阻器R11耦合的连接节点处输出。VREF_CORE应随温度下降而升高，然而，因为由于MOS FET的特性阈值电压较高，所以此现象被补偿，以使在温度下降时单元电容器和位线的电流传输平滑。因此，晶体管M3与M6的倍增因子可分别设定成XM’与XK’，使得晶体管M6电流范围的变化大于晶体管M3。

温度信息参考电压产生部440可包括电阻器R3，其共同耦合至与温度成正比的电流产生部410的电流路径中的一个以及与温度成反比的电流产生部420的电流路径中的一个。耦合至电阻器R3的两个电流路径之和是常数，而与温度无关。即，电阻器R3一端共同地耦合至为两个电流路径的晶体管M4与M7的漏极，而另一端耦合至地。VREF_TS从晶体管M4与M7的漏极与电阻器R3耦合的连接节点处输出。VREF_TS影响温度信息输出装置的输出，因此应保持为常数，而与工艺、电压、温度(PVT)无关。晶体管M4与M7的倍增因子可分别设定成XM与XK，所以晶体管M4与M7电流范围的变化相等。

范围限制参考电压产生部450可包括：第一晶体管M8，其源极耦合至电源端子；第一分割电阻器R4与R5，其耦合在第一晶体管M8和接地端子之间；差动放大器OP13，其作为第一电流控制器来放大第一分割电阻器R4与R5所分割的电压与VREF_TS之间的差，并将其施加至第一晶体管M8的栅极，从而控制第一晶体管M8中的电流量；第二晶体管M9，其源极耦合至电源端子；第二分割电阻器R6至R8，耦合在第二晶体管M9与接地端子之间；差动放大器OP14，其作为第二电流控制器来放大第一晶体管M8与第一分割电阻器R4与R5耦合的连接节点的电压，即修整电压VREF_TRIM，与第二分割电阻器R6至R8所分割的电压之间的差，并将其放大至第二晶体管M9的栅极，从而控制第二晶体管M9中的电流量。VULIMIT从第二晶体管M9与电阻器R8的连接节点输出，且VLLIMIT从电阻器R7与R8的连接节点输出。电阻器R5、R7和R8可以是可变电阻器，VLLIMIT与VULIMIT的电平可通过调整电阻器R7与R8的电阻值而改变，且VLLIMIT与VULIMIT的偏移可通过调整电阻器R5的电阻值而改变。

温度电压输出部460可包括：晶体管M10，其源极耦合至电源端子；分割电阻器R10与R9，耦合于晶体管M10的漏极与接地端子之间；以及差动放大器OP15，其作为电流控制器，来放大分割电阻器R10与R9所分割的电压与VEB2之间的差，并将其施加至晶体管M10的栅极，从而控制晶体管M10中的电流量。VTEMP从晶体管M10与电阻器R10的连接节点输出。

如图7所示，ADC520可包括比较器521、过滤器522、计数器523、振荡器524、复用器MUX525、解码器526、及DAC527。比较器521比较为模拟信号的VTEMP与DACOUT，以输出VTEMP与DACOUT之间的差作为数字码INC与DEC。当INC与DEC激烈地变化时，即当它们由于外部噪声而具有高频分量时，过滤器522不执行输出操作。然而，当INC与DEC缓慢地变化时，即当它们具有低频分量时，过滤器522输出用于计数器523的信号UP以向上计数，和用于计数器523的信号DN以向下计数。计数器523分别响应UP与DN信号而增加和减少初始TEMP_CODE(例如100000)。计数器523经由重置端子RESET而接收PWRUP信号。当ADC_ON信号位于高电平时，振荡器524工作以产生具有预定时段的时钟信号，并经由延迟DLY而提供该时钟信号至过滤器522与计数器523，使得过滤器522与计数器523可以工作。复用器MUX525响应测试模式信号TM而输出测试码TEST_CODE或TEMP_CODE。解码器526解码复用器MUX525的输出，以输出解码信号SW<0:N>。在不超过VULIMIT与VLLIMIT的情形下，DAC527将解码信号SW<0:N>转换成DACOUT。ADC520与常规ADC不同，因为例如计数器523不是由ADC_ON信号而是由PWRUP信号重置。常规温度信息输出装置在BGR电路工作后且预定稳定时间经过之后输出VTEMP，但在本发明的温度信息输出装置的实施例中，由于可稳定地输出VTEMP直到BGR电路400电源关断，所以计数器523可由表示初始电源电平已稳定的PWRUP信号来重置。

当温度信息输出装置使能信号EN或自刷新信号SREF被使能时，控制器540输出ADC_ON信号，并输出ADC_ON信号与测试模式信号TM，以控制是否在测试模式使能信号TEST_EN被使能时执行测试模式。

以下将说明根据本发明典型实施例的温度信息输出装置的典型操作。

首先，当控制器540接收使能的EN信号或使能的SREF信号时，将BGR_ON信号使能至高电平。

此时，当将电源供应至半导体存储器装置时，BGR电路400开始工作，并稳定地输出VREF_CODE、VTEMP、VULIMIT和VLIMIT。因此，在EN被使能之后，ADC_ON信号可直接地被使能至高电平，所以与图4的现有技术相反，ADC520可以在没有带隙初始化操作的情况下工作。

ADC520可在ADC_ON信号处于高电平时执行ADC追踪操作。

当ADC追踪操作几乎结束时，DACOUT与VTEMP的电平变成相同，而当ADC追踪操作完成时，ADC520输出TEMP_CODE。此时，由于ADC520的计数器523由PWRUP重置，所以先前ADC_ON使能时段的计数值，即TEMP_CODE储存在计数器523。因此，由于DACOUT具有接近对应于目前温度的值，所以与常规技术相比，ADC追踪操作可以更迅速地执行。

当上述操作完成时，即当ADC_ON信号变成低电平时，温度信息输出装置的操作结束，且从ADC520输出的TEMP_CODE储存在要用于半导体存储器装置操作的寄存器中。计数器523的最终计数值与输出至寄存器的TEMP_CODE相同，并保持到再次输入PWRUP信号。

根据本发明典型实施例的BGR电路与温度信息输出装置可具有下列优点。

第一，如果半导体存储器装置包括温度信息输出装置，由于在半导体存储器装置中仅设置一个BGR电路，所以减少了电路大小。

第二，由于仅一个BGR电路工作，所以功率消耗低。

第三，由于不需要用于BGR电路输出电压稳定的时间，所以可提高半导体存储器装置的工作速度。

上述主题内容仅为示例，而非限制，且所附权利要求旨在涵盖处于本发明的实际精神和范围内的所有修改、改进和其它实施例。因此，在法律所允许的最大范围内，本发明的范围由对以下权利要求的允许的最宽的解释及其等同来决定，而不限于上述的详细描述。

【主要元件符号说明】

100        温度信息输出装置

110        带隙参考(BGR)电路

111        与温度成正比的电流产生部

112        与温度成反比的电流产生部

113        电流至电压转换部

114        参考电压输出部

115        温度电压输出部

120        模数转换器(ADC)

121        比较器

122        过滤器

123        计数器

124        振荡器

125        复用器MUX

126        解码器

127        数模转换器(DAC)

140        控制器

200        BGR电路

400        BGR电路

410        电流产生部

420        电流产生部

430        内部电压的参考电压产生部

440        温度信息参考电压产生部

450        范围限制参考电压产生部

460        温度电压输出部

520        ADC

521        比较器

522        过滤器

523        计数器

524        振荡器

525        复用器MUX

526        解码器

527        DAC

540        控制器

R1-R11     电阻器

M1-M10     第一晶体管组

Q1、Q2     第二晶体管组

OP11-OP15  差动放大器