PTATReferenzen

PTATReferenzen, oft als PTATReferenz oder PTAT-Referenz bezeichnet, bezeichnen in der Halbleitertechnik Referenzsignale, deren Wert proportional zur absoluten Temperatur T ist. PTAT steht für Proportional To Absolute Temperature. Solche Referenzen liefern Spannungen oder Ströme mit positiver Temperaturabhängigkeit, die genutzt werden, um Temperaturdrift zu kompensieren oder Temperatur zu messen.

Die Erzeugung einer PTAT-Referenz erfolgt üblicherweise durch zwei Dioden oder Transistoren mit unterschiedlichen Stromdichten oder Flächenverhältnissen. Die Differenz der von ihnen erzeugten Größen führt zu einer PTAT-Charakteristik. Formal lässt sich eine PTAT-Größe annähern durch V_PTAT ≈ (kT/q) ln(N), wobei N das Verhältnis der Stromdichten oder der Flächenverhältnisse darstellt. Diese Abhängigkeit ermöglicht eine skalierbare, integrierbare Temperaturkennlinie in IC-Prozessen.

In Bandgap-Referenzschaltungen wird das PTAT-Element typischerweise mit einem CTAT-Element (komplementär zur absoluten Temperatur) kombiniert, um eine nahezu temperaturstabile Referenzspannung zu erzeugen. Das PTAT-Signal liefert eine positive TC, während das CTAT-Signal eine negative TC besitzt; ihre gewichtete Summe ergibt eine Referenzspannung, die über einen weiten Temperaturbereich stabil bleibt (üblich around 1,2 bis 1,3 V in vielen CMOS-Prozessen).

Anwendungen umfassen integrierte Spannungs- und Stromreferenzen, Temperatursensoren sowie Kalibrierungsschaltungen in CMOS- und BiCMOS-Technologien. Bei der Praxisplanung spielen Prozessvariationen, Rauschverhalten, Layoutkopplungen und matching der Transistorverhältnisse eine zentrale Rolle, um eine zuverlässige PTAT-Charakteristik zu gewährleisten.