專利名稱：一種高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計。
背景技術(shù)：
在很多模擬電路、數(shù)字電路以及數(shù)?；旌想娐返膽?yīng)用中，精確的基準(zhǔn)電路由于其高精度和低溫漂的特性起到了很重要的作用?；鶞?zhǔn)電壓要求在輸入電壓和溫度變化的情況下保持穩(wěn)定，而且需要與標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝兼容?，F(xiàn)在低壓與低功耗是很多系統(tǒng)設(shè)計時需考慮的兩條重要性能，特別是對于電池供電的產(chǎn)品。由Widlar和Brokaw提出的傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路是一階溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)。由于Vbe 與溫度的非線性關(guān)系，一階溫度補償基準(zhǔn)的溫度系數(shù)一般被限制在20到100ppm/°C。因此， 很多高階溫度補償?shù)姆椒ū挥脕砜朔浑A溫度補償?shù)木窒扌?。Song等人和Lee等人提出的高階溫度補償方法可以得到很小的溫度系數(shù)，但是在功耗和最低工作電壓方面不夠優(yōu)化。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有的基準(zhǔn)電壓源存在的問題，提出了一種高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源。本實用新型的技術(shù)方案是一種高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，包括啟動電路、 輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路、對數(shù)曲率補償電路和電流疊加電路，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的輸入端分別與所述啟動電路的輸出端連接，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的輸出端分別與所述對數(shù)曲率補償電路和所述電流疊加電路連接，所述對數(shù)曲率補償電路的輸出端與所述電流疊加電路連接，所述電流疊加電路的輸出即為基準(zhǔn)電壓。所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路包括PMOS管MP6、MP7、MP8，電阻R2、R3、 R4和NPN管Q4、Q5，其中，PMOS管MP7和MP6的源極與襯底都與外部的電源相連，MP7柵漏短接并與MP6的柵極相連形成電流鏡；NPN管Q5與Q4的基極相連，Q5的集電極與MP7的漏極相連；Q4的集電極與MP6的漏端相連，Q4的發(fā)射極連接電阻R2后與Q5的發(fā)射極連接并通過電阻R3連接到地；PMOS管MP8的源極與襯底短接并連到電源電壓，柵極與MP6的漏極相連，漏極通過電阻R4連接到地；PMOS管MP7和MP6的漏極分別為輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的兩個輸出端。所述對數(shù)曲率補償電路包括PMOS管MPl、MP2、MP3，NMOS管MN1、MN2，NPN管Q1、Q2 和電阻Rl，其中，PMOS管MPl、MP2和MP3的源極與襯底分別連到外部的電源，MPl和MP2的柵極分別與所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的兩個輸出端即PMOS管MP6和MP7的漏極相連，NPN管Ql和Q2的基極連在一起，Q2的發(fā)射極接地，Ql的發(fā)射極經(jīng)過電阻Rl接地；PMOS管MPl的漏極接到Ql的集電極，MP2的漏極接到Q2的集電極；NMOS管麗1的柵極接到Ql的集電極，漏極接到外部的電源，源極接到Ql和Q2的基極，襯底接地；NMOS管麗2 的柵極接Q2的集電極，源極接Ql的發(fā)射極，漏極接MP3的漏極，襯底接地；PMOS管MP3的柵極漏極短接，柵極即為對數(shù)曲率補償電路的輸出端。所述電流疊加電路包括電阻R5、R6，PMOS管MP4、MP5、MP9，其中MP4、MP5、MP9的源極與襯底接到外部的電源，柵極與所述對數(shù)曲率補償電路的輸出端相連接；PMOS管MP4 的漏極與MP5的漏極相連，柵極與MP6的漏極相連，漏極經(jīng)過電阻R6接地；PMOS管MP9的柵極與MP6的漏極相連，漏極經(jīng)過電阻R5連到MP4和MP5的漏極，MP9的漏極電壓即為電流疊加后轉(zhuǎn)化成的電壓，即所述基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓。本實用新型的有益效果本實用新型提出的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，通過輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路在低溫區(qū)采用了指數(shù)曲率補償，通過對數(shù)曲率補償電路在高溫區(qū)采用了對數(shù)曲率補償，使得溫漂在全溫度范圍內(nèi)得到了有效地減小，具有較好的溫度穩(wěn)定性和PSRR性能，而且可以在輸入電壓低至1. 6V的狀態(tài)下正常工作。本實用新型在實現(xiàn)低溫漂的同時，減小了電路消耗的功耗，具有較低的工作電壓。

圖1為本實用新型的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本實用新型高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源的完整電路圖。圖3為本實用新型實施例的對數(shù)曲率補償?shù)臏囟忍匦郧€。圖4本實用新型實施例的基準(zhǔn)電壓源的仿真溫度特性示意圖。圖5本實用新型實施例的基準(zhǔn)電壓源的測試溫度特性曲線圖。圖6本實用新型實施例的基準(zhǔn)電壓源的五顆樣片修調(diào)后的測試溫度特性曲線圖。圖7本實用新型實施例的輸出電壓PSRR與頻率的關(guān)系示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步的說明。偏置在正向有源區(qū)的NPN管的基極-射極電壓Vbe與集電極電流的關(guān)系可以用下式表不Vbe ⑴=VG0-mVT- ( η - ζ ) V1InT公式(1)其中，m是與溫度無關(guān)的常數(shù)，ζ是集電極電流與溫度相關(guān)的階數(shù)，Vt是熱電壓 kT/q，k是波爾茲曼常數(shù)，q是一個電子所帶的電荷，Vetl是硅在0° K時的帶隙電壓，Jl = 4-n，n是載流子遷移率與溫度相關(guān)的階數(shù)，η通常是在3到4之間，典型情況下η取3^4。 V1InT項表現(xiàn)了 Vbe隨溫度的高階非線性，一階補償涉及的是抵消與T相關(guān)的項，高階補償涉及的是抵消與高階T相關(guān)的項。本實用新型的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括啟動電路100、輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路200、對數(shù)曲率補償電路300和電流疊加電路400，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路200的輸入端分別與所述啟動電路100的輸出端連接，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路200的輸出端分別與所述對數(shù)曲率補償電路300和所述電流疊加電路400連接，所述對數(shù)曲率補償電路300的輸出端與所述電流疊加電路400連接，所述電流疊加電路400的輸出即為基準(zhǔn)電壓。電路啟動完成后，輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路200產(chǎn)生PTAT電流Iptat和一階溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓Vkef AUX，然后利用Vkef AUX產(chǎn)生經(jīng)過指數(shù)曲率補償?shù)呐c溫度無關(guān)的電流ITI。Iptat和Iti電流注入到對數(shù)曲率補償電路300中，產(chǎn)生電流IPi_wise—皿。這股電流在低溫區(qū)為零，在高溫區(qū)與對數(shù)項成比例。最后上述三股與溫度相關(guān)的電流按照一定比例疊加起來，然后將疊加的電流轉(zhuǎn)化為電壓即得到高階溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓VKEF。電路中涉及到的電阻都是同一類型的電阻。為了方便描述，電阻的溫度系數(shù)暫時忽略，電阻溫度系數(shù)對基準(zhǔn)電壓的影響將在最后進行分析。如圖2所示，輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路200 (Auxiliary BGR and ECC)包括 PMOS 管 MP6、MP7、MP8，電阻 R2、R3、R4 和 NPN 管 Q4、Q5，其中，PMOS 管 MP7 和 MP6 的源極與襯底都與外部的電源VDD相連，MP7柵漏短接并與MP6的柵極相連形成電流鏡，Q5與Q4 的基極相連，Q5的集電極與MP7的漏極相連，Q4的集電極與MP6的漏極相連，Q4的發(fā)射極連接電阻R2后與Q5的發(fā)射極連接并通過電阻R3連接到地，MP8的源極與襯底短接并連到電源電壓，MP8的柵極與MP6的漏極相連，MP8的漏極通過R4連接到地，MP7和MP6的漏極分別為輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的兩個輸出端。A點的電壓就是一階溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓，Vkef AUX = VBE5+2R3VTlnN/R2,也可以得到 Iptat = VTlnN/R2，其中N是Q4和Q5發(fā)射極面積的比例。指數(shù)曲率補償可以通過MP8和電阻 R4構(gòu)成的簡單電路實現(xiàn)。經(jīng)過指數(shù)曲率補償?shù)碾娏鱅ti為
權(quán)利要求1.一種高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，其特征在于，包括啟動電路、輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路、對數(shù)曲率補償電路和電流疊加電路，所述的輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的輸入端分別與所述啟動電路的輸出端連接，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的輸出端分別與所述對數(shù)曲率補償電路和所述電流疊加電路連接，所述對數(shù)曲率補償電路的輸出端與所述電流疊加電路連接，所述電流疊加電路的輸出即為基準(zhǔn)電壓源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，其特征在于，所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路包括？105管1^6、1^7、1^8，電阻R2、R3、R4和NPN管Q4、Q5，其中，PMOS管MP7和MP6的源極與襯底都與外部的電源相連，MP7柵漏短接并與MP6的柵極相連形成電流鏡；NPN管Q5與Q4的基極相連，Q5的集電極與MP7的漏極相連；Q4的集電極與 MP6的漏端相連，Q4的發(fā)射極連接電阻R2后與Q5的發(fā)射極連接并通過電阻R3連接到地； PMOS管MP8的源極與襯底短接并連到電源電壓，柵極與MP6的漏極相連，漏極通過電阻R4 連接到地；PMOS管MP7和MP6的漏極分別為輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的兩個輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，其特征在于，所述對數(shù)曲率補償電路包括PMOS管MP1、MP2、MP3，NMOS管MN1、MN2，NPN管Q1、Q2和電阻Rl，其中， PMOS管MP1、MP2和MP3的源極與襯底分別連到外部的電源，MPl和MP2的柵極分別與所述輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路的兩個輸出端即PMOS管MP6和MP7的漏極相連，NPN管 Ql和Q2的基極連在一起，Q2的發(fā)射極接地，Ql的發(fā)射極經(jīng)過電阻Rl接地；PMOS管MPl的漏極接到Ql的集電極，MP2的漏極接到Q2的集電極；NMOS管麗1的柵極接到Ql的集電極， 漏極接到外部的電源，源極接到Ql和Q2的基極，襯底接地；NMOS管麗2的柵極接Q2的集電極，源極接Ql的發(fā)射極，漏極接MP3的漏極，襯底接地；PMOS管MP3的柵極漏極短接，柵極即為對數(shù)曲率補償電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，其特征在于，所述電流疊加電路包括電阻R5、R6，PMOS管MP4、MP5、MP9，其中MP4、MP5、MP9的源極與襯底接到外部的電源，柵極與所述對數(shù)曲率補償電路的輸出端相連接；PMOS管MP4的漏極與MP5的漏極相連，柵極與MP6的漏極相連，漏極經(jīng)過電阻R6接地；PMOS管MP9的柵極與MP6的漏極相連，漏極經(jīng)過電阻R5連到MP4和MP5的漏極，MP9的漏極電壓即為電流疊加后轉(zhuǎn)化成的電壓，即所述基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種高階曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源，具體包括啟動電路、輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路、對數(shù)曲率補償電路和電流疊加電路。本實用新型的基準(zhǔn)電壓源通過輔助基準(zhǔn)電路與指數(shù)曲率補償電路在低溫區(qū)采用了指數(shù)曲率補償，通過對數(shù)曲率補償電路在高溫區(qū)采用了對數(shù)曲率補償，使得溫漂在全溫度范圍內(nèi)得到了有效地減小，具有較好的溫度穩(wěn)定性和PSRR性能，而且可以在輸入電壓低至1.6V的狀態(tài)下正常工作。本實用新型在實現(xiàn)低溫漂的同時，減小了電路消耗的功耗，具有較低的工作電壓。
文檔編號G05F1/56GK202075651SQ20112014717
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者劉明亮, 周澤坤, 張波, 明鑫, 朱培生, 王永春, 黃智 申請人:電子科技大學(xué)