本發(fā)明屬于電源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種具有自適應(yīng)高階補償?shù)母呔葞痘鶞试础?/p>

背景技術(shù)：

在模擬集成電路中，基準電壓源是非常重要的模塊。其基本作用是提供一個基本不隨溫度和供電電壓變化的基準電壓。隨著對基準電壓精度要求越來越高，傳統(tǒng)一階補償帶隙基準已經(jīng)不能滿足設(shè)計需求。為了得到高精度基準電壓，二階、指數(shù)等高階補償方法被提出，但是此種補償方法對于提高基準電壓精度有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是為了解決現(xiàn)有帶隙基準的精度較低，不能滿足基準電壓精度越來越高的需求，提出了一種具有自適應(yīng)高階補償?shù)母呔葞痘鶞孰娐罚景l(fā)明的自適應(yīng)高階補償方法在全溫范圍內(nèi)都引入高階補償電壓，使得基準電壓在很寬溫度范圍內(nèi)具有很高精度的基準電壓。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：如圖1所示，一種具有自適應(yīng)高階補償?shù)母呔葞痘鶞试?，包括啟動與高精度偏置電路、自適應(yīng)高階補償電路和帶隙基準核心電路；其特征在于，

如圖2所示，所述啟動與高精度偏置電路包括第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第五pmos管mp5、第六pmos管mp6、第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三npn三極管q3、第四npn三極管q4、第五npn三極管q5、第六npn三極管q6、第八電阻r8、第九電阻r9和第一電容c1；

第一pmos管mp1的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1，其漏極通過第八電阻r8后接地；第一電容c1和第八電阻r8并聯(lián)；

第二pmos管mp2的源極接電源vcc，其柵極接第一pmos管mp1的漏極；

第三pmos管mp3的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1；

第二pmos管mp2的漏接與第三pmos管mp3的漏極連接，第五npn三極管q5的集電極和基極接第二pmos管mp2漏接與第三pmos管mp3漏極的連接點；第三npn三極管q3的集電極和基極接第五npn三極管q5的發(fā)射極，第三npn三極管q3的發(fā)射極接地；

第四pmos管mp4的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1，其漏極與柵極互連；

第六npn三極管q6的集電極接第四pmos管mp4的漏極，第六npn三極管q6的基極與第五npn三極管q5的基極連接；第四npn三極管q4的集電極接第六npn三極管q6的發(fā)射極，第四npn三極管q4的發(fā)射極通過第九電阻r9后接地；

第五pmos管mp5的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1；第一nmos管mn1的漏極接第五pmos管mp5的漏極，第一nmos管mn1的柵極與漏極互連，其源極接地；

第六pmos管mp6的源極接電源vcc，其柵極和漏極接第二偏置電壓v2，第二nmos管mn2的漏極接第六pmos管mp6的漏極，第二nmos管mn2的源極接地；

如圖3所示，所述自適應(yīng)高階補償電路包括第七pmos管mp7、第八pmos管mp8、第九pmos管mp9、第十pmos管mp10、第十一pmos管mp11、第十二pmos管mp12、第十三pmos管mp13、第十四pmos管mp14、第十五pmos管mp15、第十六pmos管mp16、第十七pmos管mp17、第十八pmos管mp18、第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第六nmos管mn6、第七npn三極管q7、第八npn三極管q8、第九npn三極管q9、第十npn三極管q10、第一pnp三極管qpnp1、第十電阻r10、第十一電阻r11和第十二電阻r12；

第七pmos管mp7的源極接電源vcc，其柵極和漏極互連，第七npn三極管q7的基極接第二pmos管mp2漏接、第三pmos管mp3漏極與第五npn三極管q5基極的連接點，第七npn三極管q7的集電極接第七pmos管mp7的漏極，第七npn三極管q7的發(fā)射極通過第十電阻r10后接地；

第八pmos管mp8的源極接電源，其柵極接第七pmos管mp7的漏極；第九pmos管mp9的源極接第八pmos管mp8的漏極，第九pmos管mp9的柵極接第二偏置電壓v2；第三nmos管mn3的漏極接第九pmos管mp9的漏極，第三nmos管mn3的柵極和漏極互連，第三nmos管mn3的源極接地；

第十pmos管mp10的源極接電源，其柵極接第一偏置電壓v1；第十一pmos管mp11的源極接第十pmos管mp10的漏極，第十一pmos管mp11的柵極接第二偏置電壓v2；第四nmos管mn4的漏極接第十一pmos管mp11的漏極，第四nmos管mn4的源極接地；

第十二pmos管mp12的源極接電源，其柵極與漏極互連；第八npn三極管q8的集電極接第十二pmos管mp12的漏極，第八npn三極管q8的基極接第十六pmos管mp16的漏極；第九npn三極管q9的集電極接第十二pmos管mp12的漏極，第八npn三極管q8的基極接第十六pmos管mp16的漏極；第五nmos管mn5的漏極接第八npn三極管q8的發(fā)射極，第五nmos管mn5的柵極和漏極互連，其源極接地；第八npn三極管q8發(fā)射極與第五nmos管mn5漏極的連接點接第十一pmos管mp11漏極與第四nmos管mn4漏極的連接點；第六nmos管mn6的漏極接第九npn三極管q9的發(fā)射極，第六nmos管mn6的柵極接第五nmos管mn5的柵極，第六nmos管mn6的源極接地；

第十三pmos管mp13的源極接電源vcc，其柵極接第十二pmos管mp12的漏極；第十四pmos管mp14的源極接第十三pmos管mp13的漏極，第十四pmos管mp14的漏極為自適應(yīng)高階補償電路的輸出端；

第十五pmos管mp15的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1；第十六pmos管mp16的源極接第十五pmos管mp15的漏極，第十六pmos管mp16的柵極接第二偏置電壓v2；第十npn三極管q10的集電極和基極互連，其基極通過第十一電阻r11后接第十六pmos管mp16的漏極；第十一電阻r11與第十六pmos管mp16漏極的連接點接第八npn三極管q8基極與第九npn三極管q9基極的連接點；

第十七pmos管mp17的源極接電源vcc，其柵極接第一偏置電壓v1；第十八pmos管mp18的源極接第十七pmos管mp17的漏極，第十八pmos管mp18的柵極接第二偏置電壓v2；第一pnp三極管qpnp1的基極接第十八pmos管mp18的漏極，第一pnp三極管qpnp1的集電極接地；第十八pmos管mp18漏極與第一pnp三極管qpnp1基極的連接點通過第十二電阻r12后接第十一電阻r11與第十六pmos管mp16漏極的連接點；

如圖1所示，所述的帶隙核心電路包括第十九pmos管mp19、第二十pmos管mp20、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第六電阻r6、第七電阻r7、第一npn三極管q1、第二npn三極管q2和運算放大器；

第二十pmos管mp20的源極接電源，其柵極接第一偏置電壓v1；第十九pmos管mp19的源極接第二十pmos管mp20的漏極，第十九pmos管mp19的柵極接第二偏置電壓v2，第十九pmos管mp19的漏極接第一pnp三極管qpnp1的發(fā)射極；

第一npn三極管q1的集電極通過第六電阻r6后接第十九pmos管mp19的漏極，第一npn三極管q1的基極通過第四電阻r4后接運算放大器的輸出端，第一npn三極管q1的發(fā)射極依次通過第二電阻r1、第二電阻r2和第三電阻r3后接地；

第二npn三極管q2的集電極通過第七電阻r7后接第十九pmos管mp19的漏極，第二npn三極管q2的基極通過第四電阻r4后接運算放大器的輸出端，第二npn三極管q2的發(fā)射極依次通過第二電阻r2和第三電阻r3后接地；

第二電阻r2和第二電阻r3的連接點接第十四pmos管mp14的漏極；

運算放大器的同相輸入端接第七電阻r7和第二npn三極管q2集電極的連接點，運算放大器的反相輸入端接第六電阻r6和第一npn三極管q1集電極的連接點，運算放大器的輸出端依次通過第四電阻r4和第五電阻r5后接地；

運算放大器的輸出端為帶隙基準源的輸出端。

本發(fā)明的有益效果是：通過電流比較方式在低溫時引入負溫特性補償電壓，高溫時引入正溫特性補償電壓；同時，該種自適應(yīng)補償電路同時也采用了指數(shù)補償方式，使得該種基準電路具有更高的溫度特性以及更寬的溫度范圍，從而滿足所需求高精度溫度范圍較寬的基準源。

附圖說明

圖1本發(fā)明提出的具有自適應(yīng)高階補償?shù)膸痘鶞孰娐返刃ЫY(jié)構(gòu)圖；

圖2本發(fā)明提出的應(yīng)用于自適應(yīng)高階補償帶隙基準的啟動以及偏置電流產(chǎn)生電路圖；

圖3本發(fā)明提出的應(yīng)用于自適應(yīng)高階補償帶隙基準的高階補償電路圖；

圖4本發(fā)明提出的自適應(yīng)高階補償帶隙基準電路的溫度特性圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提出的具有自適應(yīng)高階補償?shù)母呔葞痘鶞孰娐方Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由4部分組成，啟動&&高精度偏置電流產(chǎn)生部分、高階補償電路、帶隙基準核心部分以及基極電流補償部分。啟動電路在電路初始化階段使得偏置電流產(chǎn)生部分產(chǎn)生偏置電流，電路脫離零狀態(tài)；電路正常工作階段，啟動支路關(guān)斷以免影響電路正常工作；高精度偏置電流產(chǎn)生部分一方面為整個基準電路提供偏置電流，另一方面用以產(chǎn)生高階補償電流；高階補償電路產(chǎn)生高階補償電流以提高基準電壓的溫度特性；帶隙基準核心部分用以產(chǎn)生基準電壓；基極電流補償部分更進一步提高基準電壓的溫度特性，獲得高精度基準電壓。下面結(jié)合具體電路進行詳細分析該過程。

高精度偏置電流產(chǎn)生部分、高階補償電路以及基極電流補償部分是本設(shè)計的關(guān)鍵所在。如圖2啟動電路&&高精度偏置電流產(chǎn)生部分，pmos管mp1和mp2以及電阻r8、電容c1構(gòu)成了啟動電路；pmos管mp3、mp4、mp5和mp6，nmos管mn1和mn2，三極管q3、q4、q5和q6以及電阻r9組成高精度偏置電流產(chǎn)生部分。當(dāng)vcc上電時，第二pmos管柵極電位為低，其上產(chǎn)生電流使得第五和第六npn三極管基極電位抬高，高精度偏置部分產(chǎn)生電流，通過第一pmos管mp1鏡像，mp1上產(chǎn)生電流，則電容c1充電，最終第二pmos管mp2柵極電位抬高至基準模塊供電電壓vcc，啟動支路退出，高精度偏置電流產(chǎn)生部分正常工作。第三、第四、第五以及第六npn三極管以及第九電阻r9用來產(chǎn)生具有正溫特性精度較高的偏置電流，三極管采用同種類型。第四和第六npn三極管的發(fā)射極面積一致(m＝3)，第三和第五npn三極管的發(fā)射極面積一致(m＝1)，使得第五npn三極管q5的發(fā)射極電壓比第六npn三極管q6的發(fā)射極電壓高vtln3；同樣地，使得第四npn三極管q4的發(fā)射極電壓比第三npn三極管q3的發(fā)射極電壓高vtln3；則q3和q4的集電極發(fā)射極電壓相等，電阻上產(chǎn)生電流即單位偏置電流為：

如圖3所示為高階補償電流產(chǎn)生部分包括pmos管mp7、mp8、mp9、mp10、mp11、mp12、mp13、mp14、mp15、mp16、mp17和mp18，nmos管mn3、mn4、mn5和mn6，電阻r10、r11和r12，npn三極管q7、q8、q9和q10，pnp三極管qpnp1。第七npn三極管的基極電位v_start為高精度偏置電流產(chǎn)生部分2vbe，在第十電阻r10上壓降為vbe，由此產(chǎn)生具有負溫特性的電流，經(jīng)電流鏡鏡像，第四nmos管mn4上電流為負溫特性電流ictat。第十pmos管mp10，鏡像高精度偏置電流產(chǎn)生的正溫特性電流iptat(id)。在負溫時，負溫電流大于正溫電流，第八npn三極管q8打開，輸出補償電流與負溫電流與正溫電流之差成正比；當(dāng)正溫電流大于負溫電流時，第八npn三極管q8關(guān)斷，mn5管打開，經(jīng)電流鏡mn5、mn6鏡像，輸出補償電流與正溫電流與負溫電流之差成正比。由此可得補償電流表達式為：

其中，tr為負溫電流與正溫電流相等時的溫度值。由mp15、mp17、電阻r11以及q10共同決定了q8和q9基極電位，該電位保證負溫時q8打開，mn5關(guān)斷，正溫時q8關(guān)斷，mn5打開，因此q8和q9基極電位需滿足如下關(guān)系式：

vbe+vov<vq8、9_b<vbe+vth

pmos管mp9、mp11、mp14、mp14、mp16和mp18鉗位作用，使得電流鏡像更加精準，以提供高精度補償電流icomp。r12、qpnp1共同決定了v3的電位，qpnp1同時作為均流支路，將帶隙基準核心電路中多余的偏置電流流入到地。

由以上分析可以的到基準電壓表達式為：

vref＝vrefbgr+vhcomp+vecomp；

其中vrefbgr為傳統(tǒng)帶隙基準電壓、vhcomp為高階補償電壓、vecomp為由于基極電流補償而引入的電壓。

由高階補償電路分析可以得到高階補償電壓vhcomp表達式為：

由電阻r4流入q1和q2基極電流，由此可得：

為簡化分析，令

由此可得vhcomp為：

求其對溫度的導(dǎo)數(shù)為：

在t<tr時，vhcomp表現(xiàn)為負溫特性，且隨著溫度的升高，負溫特性越來越強；在t>tr時，vhcomp表現(xiàn)為正溫特性，且隨著溫度的升高，正溫特性越來越強。而傳統(tǒng)帶隙基準電壓vrefbgr在負溫時由于vbe電壓負溫特性較弱，基準電壓表現(xiàn)為正溫，在正溫時由于vbe電壓負溫特性隨著溫度升高而增強，基準電壓表現(xiàn)為負溫特性。由于vbe的負溫非線性特性，負溫特性隨著溫度的升高增加，而傳統(tǒng)帶隙基準電壓的正溫電壓的正溫性幾乎不會隨溫度變化，因此在負溫時需要補償具有負溫特性電壓，正溫時補償具有正溫特性的補償電壓，以此來得到高精度基準電壓。

同時本基準電壓中含有基極電流補償電路，由vecomp電壓對溫度求導(dǎo)可得：

δvg與發(fā)射極摻雜濃度有關(guān)，通常為硅帶隙電壓的10％左右。由此可得由于基極電流補償電路，使得基準電壓增加具有負溫特性的電壓vecomp，并且負溫特性隨著溫度升高逐漸減小。

圖4為具有自適應(yīng)高階補償?shù)母呔葞痘鶞试吹臏囟忍匦詧D。vrefbgr為傳統(tǒng)帶隙基準電壓，正溫電壓只補償了vbe電壓的一階負溫特性；vhcomp為高階補償電壓，在負溫時(t<tr)補償電壓具有負溫特性，在高溫時(t>tr)，補償電壓具有正溫特性；vecomp為指數(shù)補償電壓，具有負溫特性；vref為最終的基準電壓。由于高階補償電壓vhcomp在t<tr內(nèi)負溫特性會越來越強，而vrefbgr和vecomp的負溫特性會越來越弱，最終基準電壓vref在t<tr內(nèi)引入零溫點即tl；在t＝tr處，高階補償電壓變?yōu)檎郎仉妷?，基準電壓在此處引入零溫點即tr；隨著溫度升高，一階帶隙基準中正溫電壓和負溫電壓溫度特性相消，會出現(xiàn)零溫點，但由于增加了具有正溫特性的高階補償電壓vhcomp，零溫點會想較高溫處移動即th1；高階補償電壓vhcomp的正溫特性會隨著溫度的增加而增加，在高溫處仍然會出現(xiàn)零溫點th2。從而相對于傳統(tǒng)帶隙基準源，實現(xiàn)了自適應(yīng)高階補償以提高基準電壓溫度特性。