專利名稱：帶隙基準電壓產(chǎn)生電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路領域，尤其涉及到胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的帶隙基準領域。
背景技術：
隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，多傳感器綜合以及傳感信號智能處理已經(jīng)成為一種趨勢，迫切需要在傳感器的模擬信號和微處理器數(shù)字接口之間實現(xiàn)一種高精度的數(shù)模轉換接口，而且這種接口應該包括芯片內(nèi)部集成的高精度的帶隙基準電壓產(chǎn)生電路。一般而言，由于傳感器的信號帶寬不是很大(如壓阻傳感器、溫度傳感器、磁力傳感器等)，且信號靈敏度小，因此一般采用增量ADC來對傳感器信號進行量化。由于系統(tǒng)中存在兩相非交疊時鐘，因此利用開關電容電路來產(chǎn)生帶隙基準電壓成為一個比較好的選擇，因為其在低功耗方面存在優(yōu)勢。但是對于高階增量ADC，其積分需要在全周期都用到參考電壓，因此對開關電容帶隙基準電壓不僅僅存在精度要求，而且還存在時序要求。本發(fā)明設計的帶隙基準電路便可滿足這兩方面的要求。另外，帶隙基準電壓產(chǎn)生電路存在很多誤差來源，如工藝偏差、運放輸入失調(diào)電壓，運放有限增益誤差、晶體管失配、電阻比例失配等，這些都會給ADC參考電壓引入各種誤差。雖然已經(jīng)存在各種技術來消除或者減小各種誤差來源，但是對于高精度傳感器應用要求來講還是存在一些局限性。如常規(guī)的斬波調(diào)制運放技術，雖然可以消除運放輸入失調(diào)和電荷注入效應，但是在增量ADC，尤其是對與兩階以及兩階以上的增量ADC，卻不能起到很好的抑制作用，原因是由于高階增量ADC的數(shù)字濾波器對量化輸出的權重是不一樣的，造成斬波調(diào)制的失調(diào)電壓消除技術達不到預計的性能。本發(fā)明提供了一種新型高精度全周期輸出開關電容帶隙基準電路，可以有效的消除輸入失調(diào)電壓的影響。同時對于運放增益有限增益誤差，由于一般結構的有限增益誤差與增益的一次方成反比，為了達到14bits以上的轉換精度，則需要運放提供IOOdB以上的直流增益。為了維持增量ADC環(huán)路絕對穩(wěn)定，一般常用單級運放，為了達到所需要的精度，則需要采用增益提升技術。而本發(fā)明采用的結構，其限增益誤差與增益的二次方成反比，減小了運放增益需求。并且由于本結構參考電壓輸出在穩(wěn)定不會發(fā)生大的跳變，因此對轉換斜率也降低了要求，這些優(yōu)勢不僅可以減小電路的復雜性，而且可以降低電路的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的新型高精度開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路。本發(fā)明提供的用于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中的新型高精度開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路，包括與溫度成正比的電壓信號產(chǎn)生電路，還包括負溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路、開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路、工藝偏差校準模塊以及兩相非交疊時鐘產(chǎn)生電路。可選的，開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生采用了雙轉單開關電容運算放大器結構，不僅消除了運放輸入失調(diào)電壓的影響，而且也減小了運放有限增益誤差。另外，這種結構也減輕了對運放轉換速率的要求，因此該結構的輸出在穩(wěn)定以后不會發(fā)生大幅度的跳變?？蛇x的，如果系統(tǒng)需要全周期輸出高精度的帶隙基準電壓，可以用兩個同樣的開關電容帶隙基準產(chǎn)生電路，但是其時鐘周期互補，同時在各自的輸出端串聯(lián)一個選通開關， 從而實現(xiàn)全周期帶隙基準電壓輸出?？蛇x的，正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路采用同樣的偏置電流偏置8倍比例的BJT，產(chǎn)生于溫度成正比的電壓信號，如圖1。同時，為了抑制電流鏡匹配不良引入誤差，兩路偏置電流設計了翻轉時序，這樣減小PMOS電流鏡工藝偏差或者尺寸不匹配對正溫度系數(shù)電壓的影響。可選的，負溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路直接利用了 BJT的基極射極電壓，如圖2，同時為了對BJT基極射極電壓隨工藝漂移引起的誤差，電路采用了工藝漂移粗調(diào)和細調(diào)功能。 其中粗調(diào)對偏置電流進行切換，細調(diào)則是在VBE電壓串聯(lián)一個電阻，其上通過的電流為正溫度系數(shù)。可選的，兩相非交疊時鐘產(chǎn)生電路生成兩相非交疊時鐘，控制開關電容帶隙基準電路開關選通。


圖1為本發(fā)明設計的半周期輸出開關電容帶隙基準電路圖2為本發(fā)明設計的全周期輸出開關電容帶隙基準電路圖3為本發(fā)明設計的正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路圖4為本發(fā)明設計的負溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路
具體實施例方式開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)主體電路采用雙轉單開關電容放大電路，如圖1，在Fl 周期時，即采樣周期，開關電容C1運放接著反饋采樣模式，反饋電容C3連接到運放輸入和輸出之間，采樣電容C1對輸入電壓Vptat進行采樣，而放大電容C2 —端接在運放輸入端，另一端接在模擬地上，對輸入失調(diào)電壓進行采樣；在F2周期，即放大周期，電路接成放大模式，反饋電容從輸入端斷開，連接到模擬地上，對輸出電壓進行采樣，采樣電容C1上采樣的電荷全部轉移到放大電容C2上，產(chǎn)生輸出。其中在放大周期，連接在運放正輸入端的放大電容C2 和反饋電容C3的另一側都連接到Vbe電壓上，不僅完成正溫度系數(shù)電壓和負溫度系數(shù)電壓的相加，而且也完成差分輸入單端輸出的功能。由于在放大周期反饋電容C3對輸出電壓進行采樣，而在采樣周期連接到運放的輸入端，連接成反饋的形式，這樣使得輸出端的電壓跳變幅度比其他結構小很多，輸出電壓在各個周期不需要變化很多，因此可以減小對運放大信號轉換速率的要求，從而減小整體電路的功耗。另外，對于運放的有限增益誤差，由電荷守恒的原理可以知道其傳輸函數(shù)為
權利要求
1.新型高精度全周期輸出開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路，包括與溫度成正比的電壓信號產(chǎn)生電路，還包括負溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路、開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路、工藝偏差校準模塊以及兩相非交疊時鐘產(chǎn)生電路。
2.如權利要求1所述的發(fā)生電路，開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生采用了雙轉單開關電容運算放大器結構，不僅消除了運放輸入失調(diào)電壓的影響，而且也減小了運放有限增益誤差。 另外，這種結構也減輕了對運放轉換速率的要求，因為該結構的輸出在穩(wěn)定以后不會發(fā)生大幅度的跳變。
3.如權利要求1所述的發(fā)生電路，系統(tǒng)采用兩個同樣的開關電容帶隙基準產(chǎn)生電路， 但是其時鐘周期互補，同時在各自的輸出端串聯(lián)一個時鐘選通開關，從而實現(xiàn)全周期帶隙基準電壓輸出。
4.如權利要求1所述的發(fā)生電路，正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路采用相同的偏置電流偏置 8倍比例的BJT，產(chǎn)生于溫度成正比的電壓信號。同時，為了抑制電流鏡匹配不良引入誤差， 兩路偏置電流設計了翻轉時序，這樣減小PMOS電流鏡工藝偏差或者尺寸不匹配對正溫度系數(shù)電壓的影響。
5.如權利要求1所述的發(fā)生電路，負溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路直接利用了BJT的基極射極電壓，同時為了對BJT基極射極電壓隨工藝漂移引起的誤差進行校準，電路采用了工藝漂移粗調(diào)和細調(diào)功能。其中粗調(diào)對偏置電流進行切換，細調(diào)則是在VBE電壓串聯(lián)一個電阻， 其上通過的電流為正溫度系數(shù)。
6.如權利要求1所述的發(fā)生電路，兩相非交疊時鐘產(chǎn)生電路生成兩相非交疊時鐘，控制開關電容帶隙基準電路開關選通。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型高精度全周期輸出開關電容帶隙基準電壓產(chǎn)生電路，以滿足高精度增量ADC對參考電壓精度的要求。本電路結構采用了雙轉單開關電容運算放大器結構，不僅消除了運放輸入失調(diào)電壓的影響，而且也減小了運放有限增益誤差。此外還包括兩個同樣的開關電容帶隙基準產(chǎn)生電路，但是其時鐘周期互補，同時在各自的輸出端串聯(lián)一個選通開關，從而實現(xiàn)全周期帶隙基準電壓輸出。
文檔編號G05F3/30GK102176188SQ20111007938
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者王浩, 程玉華, 賈毅, 陳建廣 申請人:上海北京大學微電子研究院