本發(fā)明屬于集成電路，具體涉及一種曲率補償?shù)母遬srr(power?supplyripple?rejection?ratio)低噪聲帶隙基準電路及其控制方法。

背景技術：

1、在現(xiàn)代模擬和混合信號集成電路設計中，帶隙基準電路是一種至關重要的模塊，廣泛應用于電源管理、模數(shù)轉換器(adc)、數(shù)模轉換器(dac)以及傳感器接口等系統(tǒng)。其主要功能是提供一個穩(wěn)定的參考電壓，以確保系統(tǒng)在各種工作條件下的性能穩(wěn)定性和精度。

2、傳統(tǒng)的帶隙基準電路如圖1所示，其基本原理是利用運放opa鉗位使a、b兩點電壓值相等，pnp三級管的q1和pnp三級管q2的基極-發(fā)射極電壓之差產(chǎn)生正溫度系數(shù)電壓δvbe，通過電阻r1產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流(iptat)，電流鏡像到電阻r2所在支路生成正溫度系數(shù)的電壓，pnp三級管的基極-發(fā)射極(be)結電壓vbe3本身具有負溫度特性，兩者疊加，生成一個經(jīng)過一階溫度補償?shù)幕鶞孰妷簐ref，式中vt為熱電壓，n為pnp三極管q1和pnp三極管q2發(fā)射極面積比。

3、對于圖l的電路結構，引入運算放大器一定程度上提高了精度，但運算放大器本身也會引入電源紋波，此外運算放大器存在失調電壓，導致該結構的psrr能力仍然有限。此外三極管基極-發(fā)射極(be)結電壓vbe本身存在與溫度相關的高階非線性分量，仍會使得參考電壓有較大的溫漂系數(shù)，不能滿足現(xiàn)代高精度電路的需求。因此針對上述問題，本文在上述電路的基礎上設計了一種高階曲率補償?shù)母遬srr低噪聲帶隙基準電路。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述電路存在的技術問題，提出一種高階曲率補償?shù)母遬srr低噪聲帶隙基準電路，進一步提高psrr；降低溫度系數(shù)、噪聲，本發(fā)明詳細技術方案如下：

2、一種曲率補償?shù)母遬srr低噪聲帶隙基準電路，所述電路包括：通過固定節(jié)點連接的帶隙核心電路、補償濾波電路、啟動電路；

3、所述帶隙核心電路，用于產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流iptat和一階基準電壓vref1；

4、所述補償濾波電路，用于對帶隙核心電路產(chǎn)生的一階基準電壓vref1和正溫度系數(shù)電流iptat進行補償，產(chǎn)生所述補償濾波電路的正溫度系數(shù)補償電流和負溫度系數(shù)電流，所述補償濾波電路的正溫度系數(shù)補償電流和所述負溫度系數(shù)電流相互作用產(chǎn)生補償電流，所述補償電流對所述一階基準電壓vref1的低溫溫度項進行補償；所述補償電流經(jīng)過鏡像之后補償所述一階基準電壓vref1中的高階溫度項，補償后的一階基準電壓vref1的電壓信號經(jīng)過低通濾波得到低溫度系數(shù)基準電壓vref2；

5、所述啟動電路，用于為所述帶隙核心電路提供啟動電流，實現(xiàn)帶隙基準電路的軟啟動，確保電路能夠從零電壓正確啟動并達到穩(wěn)定狀態(tài)，等整個電路正常工作后，所述低溫度系數(shù)基準電壓vref2的電壓信號控制所述啟動電路關閉，從而關閉啟動電路中的部分大電流，降低整體功耗。

6、優(yōu)選的，所述帶隙核心電路，包括：pmos管mp1、pmos管mp2、pmos管mp3；nmos管mn1、nmos管mn2；pnp三級管q1、pnp三級管q2、運算放大器opa；其中pmos管mp1的源極、pmos管mp2的源極、pmos管mp3的源極連接電源vdd；

7、所述補償濾波電路，包括：pmos管mp4、pmos管mp5、pmos管mp6；nmos管mn3、nmos管mn4、nmos管mn5、nmos管mc2；pnp三極管q3；

8、所述啟動電路，包括：pmos管ms1、pmos管ms2、pmos管ms3、pmos管ms4、pmos管ms6、pmos管ms7、pmos管ms8、pmos管ms9；nmos管ms5、nmos管ms10；

9、所述帶隙核心電路中pmos管mp1的柵極和漏極連接，所述pmos管mp1的柵極、pmos管mp2的柵極、pmos管mp3的柵極、補償濾波電路中pmos管mp4的柵極連接；nmos管mn1的漏極、pmos管mp1的漏極連接，nmos管mn1的柵極、啟動電路中nmos管ms10的柵極連接，nmos管ms10的柵極和漏極連接；nmos管mn1的源極、nmos管mn2的漏極連接；運算放大器opa的輸出與nmos管mn2的柵極連接；pmos管mp2的漏極連接運算放大器opa內(nèi)部偏置電流源；pmos管mp3的漏極、運算放大器opa的反向輸入端x連接，運算放大器opa的同向輸入端y、pnp三極管q2的發(fā)射極連接；pnp三極管q1的基極和集電極連接，pnp三極管q1的基極、pnp三極管q2的基極、pnp三極管q3的基極連接，pnp三極管q1的集電極、pnp三極管q2的集電極、pnp三極管q3的集電極接地；

10、所述補償濾波電路中pmos管mp4的源極、pmos管mp5的源極、pmos管mp6的源極連接到電源正極；nmos管mn3的柵極和漏極連接，所述pmos管mp4的漏極與nmos管mn3漏極連接，nmos管mn3的柵極、nmos管mn4的柵極、nmos管mn5的柵極連接；nmos管mn3的源極、pnp三極管q3的發(fā)射極連接；nmos管mn4的漏極、nmos管mn5的漏極、pmos管mp5的漏極連接，pmos管mp5的漏極和柵極連接，pmos管mp5的柵極、pmos管mp6的柵極連接；pnp三極管q3的集電極、nmos管mn5的源極、nmos管mc2漏極和源極連接之后的連接點接地；

11、所述啟動電路中pmos管ms1的源極、pmos管ms2的源極、pmos管ms3的源極、pmos管ms4的源極、pmos管ms6的源極、pmos管ms7的源極、pmos管ms8的源極、pmos管ms9的源極連接電源正極；pmos管ms1的柵極和漏極連接，pmos管ms1的柵極、pmos管ms6的漏極、pmos管ms2的柵極連接，pmos管ms1的漏極、pmos管ms7的柵極、pmos管ms8的柵極、pmos管ms9的柵極、pmos管ms4的漏極連接；pmos管ms2的漏極、pmos管ms3的漏極、nmos管ms5的漏極連接；nmos管ms10的柵極和漏極連接，nmos管ms10的柵極、nmos管mn1的柵極連接；nmos管ms5的源極接地。

12、優(yōu)選的，所述帶隙核心電路，還包括：電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r11；所述電阻r1的兩端分別連接pmos管mp3的漏極、運算放大器opa的負極，所述電阻r2的兩端分別連接pmos管mp3的漏極、運算放大器opa的正極，所述電阻r3的兩端分別連接運算放大器opa的負極、pnp三極管q1的發(fā)射極，所述電阻r11連接nmos管mn2的源極之后接地；

13、所述補償濾波電路，還包括：電阻r4、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電阻r8、電容c1；所述電阻r4連接nmos管mn4的源極之后接地；所述電阻r5一端連接pmos管mp6的漏極，所述電阻r5另一端連接所述電阻r6一端，所述電阻r6一端連接所述電阻r7一端、電阻r8一端；所述電阻r6另一端連接所述核心電路的輸出一階基準電壓vref1；所述電阻r7另一端接地；所述電阻r8另一端連接nmos管電容mc2的柵極，所述電容c1并聯(lián)連接nmos管電容mc2；

14、所述啟動電路，還包括：電阻r9、電阻r10、反相器inv、施密特觸發(fā)器smt；所述電阻r9的兩端分別連接pmos管ms4的漏極和nmos管ms10的漏極，所述電阻r10一端連接nmos管ms10的源極，所述電阻r10另一端接地；所述反相器inv輸出串聯(lián)施密特觸發(fā)器smt輸入，所述施密特觸發(fā)器smt輸出連接pmos管ms6的柵極，所述反相器inv輸入連接nmos管ms5的漏極。

15、優(yōu)選的，所述pmos管mp1、pmos管mp2、pmos管mp3組成第一電流鏡；所述第一電流鏡為補償濾波電路中的pmos管mp4、啟動電路中的pmos管ms3、pmos管ms4提供偏置。

16、優(yōu)選的，所述pnp三極管q1、pnp三極管q2、pnp三極管q3組成第二電流鏡組成第二電流鏡，所述第二電流鏡為補償濾波電路中的pnp三級管q3提供偏置。

17、優(yōu)選的，pmos管ms1、pmos管ms2組成第五電流鏡；所述nmos管mn1、nmos管ms10組成第六電流鏡；所述的第六電流鏡為核心電路(中的nmos管mn1提供偏置。

18、所述帶隙核心電路中的運算放大器opa有高增益特性，所以同相和反相輸入端具有相同的電勢，即點x和點y的電壓值相同。兩個支路pnp三極管q1和pnp三極管q2的面積比為n:1，設流過兩個支路的電流比為m:1。兩路pnp三極管的電壓差δvbe＝vbe2-vbe1＝vtlnmn，δvbe與開爾文絕對溫度成正比。pnp三極管q1和pnp三極管q2形成的正溫度系數(shù)電壓在電阻r1、電阻r3所在支路形成正溫度系數(shù)電流iptat，pnp三極管q1本身又形成負溫度系數(shù)電壓vbe1。它們在支路相疊加得到對溫度不敏感的一階基準電壓vref1，

19、優(yōu)選的，所述核心電路通過控制分配所述第一電流鏡中pmos管mp3、pmos管mp2、pmos管mp1的各自的寬長比，從而調整第一電流鏡與運算放大器opa構成的環(huán)路的電流，進而實現(xiàn)對工作電流的控制，滿足帶隙基準電路性能要求的前提下調節(jié)降低整體功耗。

20、優(yōu)選的，所述電阻r8、電容c1、nmos管mc2構成一階rc低通濾波器，所述rc低通濾波器用于所述一階基準電壓vref1的電壓信號經(jīng)過低通濾波得到低溫度系數(shù)基準電壓vref2。

21、所述的一階rc低通濾波器可以減少輸出噪聲貢獻，而且可以改善高頻范圍內(nèi)的psrr。加入低通濾波器之所以能夠進一步提高中高頻范圍內(nèi)的psrr，是因為它在該頻率處引入了一個極點，會在高頻范圍內(nèi)對噪聲進行額外的衰減，psrr性能在中高頻范圍內(nèi)得到改善，從而保證整個工作頻率范圍內(nèi)的高psrr。

22、所述的補償濾波電路中幾個支路中的電流來自于核心電路中的pmos管mp1所在的第一電流鏡提供的鏡像電流，具有與開爾文絕對溫度成正比(ptat：proportionaltoabsolute?temperature)特性；則nmos管mn3所在支路的電流是ptat電流，pnp三極管q3的基極-發(fā)射極(be)結電壓具有負溫度特性，經(jīng)過nmos管mn3、nmos管mn4、nmos管mn5組成的第三電流鏡鏡像之后在電阻r3的作用下產(chǎn)生與開爾文絕對溫度成反比(ctat：complementaryto?absolute?temperature)電流，同樣鏡像后在nmos管mn5所在支路產(chǎn)生正溫度系數(shù)補償電流；即nmos管mn4所在的支路存在ctat電流，nmos管mn5所在的支路存在ptat補償電流；兩路電流的溫度特性相互作用產(chǎn)生補償電流，對一階基準電壓vref1進行補償，補償電流為icomp，其中x表示nmos管mn5支路ptat補償電流與pnp三極管q1支路ptat電流的比例為x:1。進一步可以得到補償后的低溫度系數(shù)基準電壓vref2，其中y表示流入電阻r7支路的與絕對溫度成正比(ptat)電流部分與pnp三極管q1支路電流的比例為y:1。補償后的低溫度系數(shù)基準電壓vref2的溫度高階項可以相互抵消，用高階多項式函數(shù)可以對溫度漂移曲線進行擬合，從而獲得更加精確的溫度補償。

23、所述的啟動電路向電路中的低阻抗節(jié)點注入量化電流或從低阻抗節(jié)點提取量化電流。設計的啟動電路不僅可以使電路進入正常工作狀態(tài)，而且會提前對固定節(jié)點進行充電，加快電路正常狀態(tài)的建立。啟動電路在啟動時使用大電流晶體管，電路正常工作后則會切換成小電流晶體管，在滿足電路正常工作的情況下進一步降低了功耗。

24、本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

25、本發(fā)明通過提供一種高階曲率補償?shù)母遬srr低噪聲帶隙基準電路，在運算放大器opa鉗位的作用下，pnp三極管q1與pnp三極管q2的基極-發(fā)射極電壓之差δvbe在電阻r1所在支路產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流iptat給其他部分電路提供偏置，在電阻r3的作用下產(chǎn)生與pnp三極管q2的負溫度系數(shù)電壓vbe2形成一階基準電壓vref1。補償濾波電路的電流來自核心電路的鏡像電流，具有ptat特性，nmos管mn3所在的支路是一路ptat電流，pnp三極管q3的基極-發(fā)射極(be)結電壓具有負溫度特性，經(jīng)過nmos管mn3、nmos管mn4、nmos管mn5組成的第三電流鏡鏡像之后在電阻r3的作用下產(chǎn)生與開爾文絕對溫度成反比的ctat電流，同樣鏡像后在nmos管mn5所在支路產(chǎn)生正溫度系數(shù)補償電流，即nmos管mn4所在的支路存在ctat電流，nmos管mn5所在的支路存在ptat補償電流；兩路電流的溫度特性相互作用產(chǎn)生補償電流，經(jīng)過鏡像調整后對一階基準電壓進行補償，其具有更高的電源抑制能力和輸出精度，且具有更低的噪聲和溫度系數(shù)。