專(zhuān)利名稱(chēng)：基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄痗mos帶隙基準(zhǔn)電壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于射頻、數(shù)模混合電路中需要產(chǎn)生的極低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源。 特別是高速高精度的ADC，需要一個(gè)不隨環(huán)境變化的基準(zhǔn)電壓作為其比較電平和參考電平， 本發(fā)明產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓具有極低溫度系數(shù)，很高的電源電壓抑制比的基準(zhǔn)電壓正滿足了這 種需求。
背景技術(shù)：
對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電壓轉(zhuǎn)換器、電壓檢測(cè)電路等模擬電路而言，基準(zhǔn) 電壓源是相當(dāng)重要的模塊，基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性直接關(guān)系到電路的工作狀態(tài)及電路的性 能。為了滿足電路在不同外界環(huán)境下的正常工作要求，基準(zhǔn)電壓源應(yīng)具有輸出穩(wěn)定、抗干擾 能力強(qiáng)、溫度系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。目前比較常用的是帶隙基準(zhǔn)電壓源，采用雙極型器件實(shí)現(xiàn)，輸 出電壓值基本恒定在1. 25V左右，它的工作原理是使AVbe (雙極型晶體管在不同電流密度 偏置下的兩個(gè)基區(qū)_發(fā)射區(qū)的電壓差)的正溫度系數(shù)和Vbe (雙極型晶體管基區(qū)_發(fā)射區(qū) 電壓)的負(fù)溫度系數(shù)所產(chǎn)生的漂移相互抵消，并通過(guò)高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，同時(shí)抵 消Vbe的高階項(xiàng)，以達(dá)到極低的溫度系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供了一種基于BJT的放大系數(shù)β的新型高階溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 的可通過(guò)單電阻微調(diào)，使輸出電壓達(dá)到極低溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)電壓源。電路在傳統(tǒng)帶 隙基準(zhǔn)電壓源的基礎(chǔ)上改進(jìn)了傳統(tǒng)運(yùn)放，增加了高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，以實(shí)現(xiàn)在使 Δ Vbe (雙極型晶體管在不同電流密度偏置下的兩個(gè)基區(qū)-發(fā)射區(qū)的電壓差)的正溫度系數(shù) 和Vbe (雙極型晶體管基區(qū)_發(fā)射區(qū)電壓)的負(fù)溫度系數(shù)所產(chǎn)生的漂移相互抵消的基礎(chǔ)上， 并通過(guò)高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，同時(shí)抵消Vbe的高階項(xiàng)，達(dá)到極低的溫度系數(shù)的目的。技術(shù)方案本發(fā)明是基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在 于該電源包括啟動(dòng)電路，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，第一誤差放大器及高階溫度補(bǔ) 償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，調(diào)節(jié)模塊電路。啟動(dòng)電路，一階溫度補(bǔ) 償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，第一誤差放大器及高階補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，高階溫度補(bǔ)償電流 產(chǎn)生電路的直流電輸入端分別連接直流電源Vcc，啟動(dòng)電路的第一輸入端接一階溫度補(bǔ)償 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸出端，啟動(dòng)電路的第二輸入端接高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的 第一輸出端；一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸出端與第一誤差放大器的第一輸入 端相連，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸出端與第一誤差放大器的第二輸入端相 連，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端與第一誤差放大器的第一輸出端相連， 高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸出端同時(shí)與啟動(dòng)電路的第二輸入端和第一誤差放大 器的第三輸入端相連；高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端就是一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電 壓產(chǎn)生電路的第一輸出端，與高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸入端相連；調(diào)節(jié)模塊電 路的輸出端與一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸出端相連。
所述的第一誤差放大器由第la PMOS管、第lb PMOS管，第2a PMOS管、第2b PMOS 管，第la NMOS管、第lb NMOS管，第2a NMOS管、第2b NMOS管，第la BJT管與第2a BJT管 組成。第la PMOS管、第lb PMOS管，第2a PMOS管、第2b PMOS管的源極作為第一誤差放 大器的直流電輸入端；第la PMOS管、第IbPMOS管的柵極相連作為第一誤差放大器的第三 輸入端，第la PMOS管的漏極與第la BJT管的集電極、第IaNMOS管漏極及柵極、第2aNM0S 管柵極相連，第lb PMOS管的漏極與第2a BJT管的集電極、第lb NMOS管漏極及柵極、第2b NMOS管柵極相連；第la BJT管的基極作為第一誤差放大器的第一輸入端，第2a BJT管的基 極作為第一誤差放大器的第二輸入端；第2a PMOS管的漏極及柵極、第2b PMOS管的柵極和 第2a NMOS管的漏極相連，第2b PMOS管的漏極和第2b NMOS管的漏極相連作為第一誤差 放大器的輸出端；第la BJT管的發(fā)射極、第2aBJT管的發(fā)射極、第IaNMOS管的源極、第Ib NMOS管的源極，第2aNM0S管的源極、第2b NMOS管的源極接公共地端。所述的高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路由第五PMOS管、第四電阻和第二誤差放大器 組成。第五PMOS管的源極作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的直流電輸入端；第五PMOS管的 柵極與第二誤差放大器的第一輸出端相連作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸出端； 第五PMOS管的漏極與第二誤差放大器的第三輸入端、第四電阻的一端相連；第二誤差放大 器的第二輸入端作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸入端；第四電阻的另一端接公共 地端。所述的第二誤差放大器由第3a PMOS管、第3b PMOS管、第4a PMOS管、第4b PMOS 管、第3a NMOS管、第3b NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第五電阻組成。第3a PMOS 管、第3b PMOS管、第4a PMOS管、第4b PMOS管的源極作為第二誤差放大器的直流電輸入 端；第3a PMOS管的柵極、第3b PMOS管的柵極及漏極與第五電阻的一端相連；第3a PMOS 管的漏極與第四NMOS管的柵極及漏極、第五NMOS管的柵極相連；第五NMOS管的漏極與第 3a NMOS管和第3b NMOS管的源極相連；第3a NMOS管的柵極作為第二誤差放大器的第三 輸入端和第3bNM0S管的柵極作為第二誤差放大器的第二輸入端；第3a NMOS管的漏極與第 4aPM0S管的漏極及柵極、第4b PMOS管的柵極相連；第3b NMOS管的漏極與第4bPM0S管的 漏極相連作為第二誤差放大器的第一輸出端；第四NMOS管的源極、第五NMOS管的源極和第 五電阻的另一端接公共地端。所述的一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由第一 BJT管、第二 BJT管、第一電阻、第 2a電阻、第2b電阻、第三電阻、第t電阻和第六PMOS管組成。第六PMOS管的源極作為一階 溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的直流電輸入端；第六PMOS管的柵極作為一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端；第六PMOS管的漏極與第t電阻的一端相連作為一階溫度補(bǔ)償 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸出端；第t電阻的另一端與第三電阻的一端相連；第三電阻的 另一端與第2a，2b電阻的一端相連；第2a電阻的另一端與第一 BJT管的集電極及基極相連 作為一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸出端；第2b電阻的另一端與第一電阻的一 端相連作為一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸出端；第一電阻的另一端與第二 BJT 管的集電極及基極相連；第一 BJT管的發(fā)射極和第二 BJT管的發(fā)射極接公共地端。有益效果1.電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，包括啟動(dòng)電路，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，第一誤差放大 器及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路和調(diào)節(jié)模塊電路。MOS管的工藝差異對(duì)基準(zhǔn)電壓的精度和溫漂特性影響極小。2.本發(fā)明的基準(zhǔn)電壓源電路可以只要對(duì)一個(gè)電阻進(jìn)行微調(diào)，即可達(dá)到極低的溫度 系數(shù)要求，相比傳統(tǒng)的需要對(duì)幾個(gè)電阻同時(shí)微調(diào)要簡(jiǎn)單的多。3.本發(fā)明的基準(zhǔn)電壓源電路的誤差放大器采用BJT管，即實(shí)現(xiàn)了高階溫度補(bǔ)償， 同時(shí)又改善了整個(gè)基準(zhǔn)電壓的噪聲特性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的整體電路圖。圖3是本發(fā)明的第一誤差放大器Al電路圖。圖4是本發(fā)明的第二誤差放大器A2電路圖。圖5是本發(fā)明在一個(gè)工藝角下的輸出電壓隨溫度的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于該電源 包括啟動(dòng)電路，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，第一誤差放大器及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電 壓產(chǎn)生電路，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，調(diào)節(jié)模塊電路。啟動(dòng)電路，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電 壓產(chǎn)生電路，第一誤差放大器及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生 電路的直流電輸入端分別連接直流電源Vcc，啟動(dòng)電路的第一輸入端接一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓產(chǎn)生電路的第一輸出端，啟動(dòng)電路的第二輸入端接高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一 輸出端；一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸出端與第一誤差放大器的第一輸入端相 連，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸出端與第一誤差放大器的第二輸入端相連， 一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端與第一誤差放大器的第一輸出端相連，高階 溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸出端同時(shí)與啟動(dòng)電路的第二輸入端和第一誤差放大器的 第三輸入端相連；高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端就是一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路的第一輸出端，與高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路的第一輸入端相連；調(diào)節(jié)模塊電路的 輸出端與一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸出端相連。高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生 電路的輸出端具有基準(zhǔn)電壓輸出端，輸出基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明的原理圖1給出了所發(fā)明的基準(zhǔn)電壓源電路的結(jié)構(gòu)原理框圖，圖2，圖3，圖4給出了所發(fā) 明的基準(zhǔn)電壓源電路的電路圖。下面敘述該電路結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)高階溫度補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟怼Ｊ紫?，?duì)分析過(guò)程中公式上用到的一些參數(shù)定義如下=R1表示一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓產(chǎn)生電路2中第一電阻的阻值；R2a表示一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中第2a電 阻的阻值；R2b表示一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中第2b電阻的阻值；R3表示一階溫度 補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中第三電阻的阻值；Rt表示一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中 第t電阻的阻值；R4表示一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中第四電阻的阻值；K表示波爾 茲曼常數(shù)；q表示一個(gè)電子的電荷量；Ve是硅的帶隙電壓；η是與硅遷移率與溫度相關(guān)性的 參數(shù)；6是另一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的參數(shù)；β為第一誤差放大器3中第IaBJT管的共射電流增 益，與溫度成指數(shù)函數(shù)關(guān)系；β =O是一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的參數(shù)；Δ Ee是第一誤差放大器3中第la BJT管中發(fā)射極正比與發(fā)射極參雜濃度的帶隙能差；在本發(fā)明電路的工作過(guò)程中基準(zhǔn)輸出電壓有三種不同性質(zhì)的電壓降疊加而成，第 一，通過(guò)一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中的第一 BJT管的基極到發(fā)射極產(chǎn)生的電壓降， 可以用公式表示為 其中，VG(T)又可以表示成如下形式
(2)其中b，c是與溫度無(wú)關(guān)的系數(shù)。結(jié)合公式⑴和(2)，可以更為清晰發(fā)現(xiàn)Vbe與溫
度的關(guān)系，其公式可以表示為
(3)第二，通過(guò)一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2和第一誤差放大器3，可以產(chǎn)生一條 PTAT (Proportional to Absolute Temperature與絕對(duì)溫度成正比例關(guān)系)的電流，并在一 階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中的第2a電阻，第三電阻和第t電阻上產(chǎn)生的電壓降和。 此電壓降用Vptat表示 其中Δ Vbe可以表示為
(5) 其中N表示為第2aBJT管和第IaBJT管的發(fā)射極面積之比。第三，通過(guò)一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2，第一誤差放大器3和高階溫度補(bǔ)償 電流產(chǎn)生電路5，可以產(chǎn)生一條具有補(bǔ)償溫度高階項(xiàng)特性的電流，并在一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電 壓產(chǎn)生電路2中的第2a電阻，第三電阻和第t電阻上產(chǎn)生的電壓降和。此電壓降用V1表 示
(6)公式(6)中的Ib為從一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第二輸出端流入第一 誤差放大器3的第一輸入端的電流，根據(jù)BJT管的特性，Ib可以表示為 公式(7)中的I。為第一誤差放大器3中第la BJT管的集電極電流，該電流從高 階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第五PMOS管鏡像得到，T可以表示為
公式(8)中的β為第一誤差放大器3中第la BJT管的共射電流增益，主要有工
藝決定。β可以表示與溫度的關(guān)系式為 綜合公式(6)、(7)、(8)、(9)，可以得到V1與溫度的詳細(xì)關(guān)系式為 高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路4產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vref有以上三種不同類(lèi)型的電 壓降疊加而成，故綜合公式⑴、⑷、(5)、(10)，可以得到完整的Vref與溫度的關(guān)系式為 公式(11)中，可以看出，合理的選擇RpUMRyRt、和N的值，可以使VMf的一階 溫度項(xiàng)得到很好的補(bǔ)償，即公式(11)中的第二項(xiàng)和第三項(xiàng)相加為零；同時(shí)調(diào)整R4的阻值， 可以使Vref的高階溫度項(xiàng)得到很好的補(bǔ)償，即公式(11)中的第四項(xiàng)和第五項(xiàng)相加盡可能趨 于零。實(shí)際流片芯片可以通過(guò)調(diào)節(jié)Rt的阻值，彌補(bǔ)因工藝偏差影響的溫度補(bǔ)償偏差。以下 通過(guò)本發(fā)明的具體實(shí)施案例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的目的、電路結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步描述?；诟唠A溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，如圖1所示，基準(zhǔn)電壓源電路 包括用來(lái)使基準(zhǔn)電路脫離零穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)的啟動(dòng)電路1，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓 產(chǎn)生電路2，第一誤差放大器3及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路4，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn) 生電路5，調(diào)節(jié)模塊電路6 ；啟動(dòng)電路1，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2，第一誤差放大器 3及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路4，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的直流電輸入端分別 連接直流電源Vcc，啟動(dòng)電路1的第一輸入端接一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一 輸出端，啟動(dòng)電路1的第二輸入端接高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一輸出端；一階溫度 補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第二輸出端與第一誤差放大器3的第一輸入端相連，一階溫度 補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第三輸出端與第一誤差放大器3的第二輸入端相連，一階溫度 補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸入端與第一誤差放大器3的第一輸出端相連，高階溫度 補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一輸出端同時(shí)與啟動(dòng)電路1的第二輸入端和第一誤差放大器3的 第三輸入端相連；高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路4的輸出端就是一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓 產(chǎn)生電路2的第一輸出端，與高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一輸入端相連；調(diào)節(jié)模塊電 路6的輸出端與一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸出端相連。高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓產(chǎn)生電路4的輸出端即是基準(zhǔn)電壓輸出端Vref。其中，如圖2所示，所述的啟動(dòng)電路1由第七PMOS管M7，第一反相器INV1、第二反相器INV2與第三反相器INV3組成，第一反相器INVl的輸入端作為啟動(dòng)電路1的第一輸入 端并與一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸出端相連，第一反相器INVl的輸出端接 第二反相器INV2的輸入端，第二反相器INV2的輸出端接第三反相器INV3的輸入端，第三 反相器INV3的輸出端與第七PMOS管的柵極相連，第七PMOS管的漏極作為啟動(dòng)電路1的第 二輸入端接高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一輸出端；第七PMOS管的源極接公共地端。所述的一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2由第一 BJT管、第二 BJT管、第一電阻、 第2a電阻、第2b電阻、第三電阻、第t電阻和第六PMOS管組成。第六PMOS管的源極作為 一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的直流電輸入端；第六PMOS管的柵極作為一階溫度補(bǔ)償 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸入端；第六PMOS管的漏極與第t電阻的一端相連作為一階溫 度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸出端；第t電阻的另一端與第三電阻的一端相連；第 三電阻的另一端與第2a，2b電阻的一端相連；第2a電阻的另一端與第一 BJT管的集電極及 基極相連作為一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第二輸出端；第2b電阻的另一端與第一 電阻的一端相連作為一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第三輸出端；第一電阻的另一端 與第二 BJT管的集電極及基極相連；第一 BJT管的發(fā)射極和第二 BJT管的發(fā)射極接公共地 端。所述的高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5由第五PMOS管、第四電阻和第二誤差放大器 組成。第五PMOS管的源極作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的直流電輸入端；第五PMOS 管的柵極與第二誤差放大器的第一輸出端相連作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一 輸出端；第五PMOS管的漏極與第二誤差放大器的第三輸入端、第四電阻的一端相連；第二 誤差放大器的第二輸入端作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5的第一輸入端；第四電阻的 另一端接公共地端。如圖3所示，所述的第一誤差放大器3由第IaPMOS管和第lb PMOS管、第2aPM0S 管和第2b PMOS管、第la NMOS管和第lb NMOS管、第2a NMOS管和第2b NMOS管、第la BJT 管與第2b BJT管組成。第la PMOS管和第lb PMOS管、第2a PMOS管和第2b PMOS管的源 極作為第一誤差放大器的直流電輸入端；第IaPMOS管和第lb PMOS管的柵極作為第一誤差 放大器的第三輸入端，第la PMOS管的漏極與第la BJT管的集電極、第2a PMOS管的漏極 與第2a BJT管的集電極，第la NMOS管漏極及柵極、第2a NMOS管的柵極和第2a BJT管的 集電極、第lb NMOS管的漏極及柵極、第2b NMOS管的柵極相連；第la BJT管的基極作為第 一誤差放大器3的第一輸入端，第2a BJT管的基極作為第一誤差放大器3的第二輸入端； 第2aPM0S管的漏極及柵極、第2b PMOS管的柵極和第2a NMOS管的漏極相連，第2bPM0S管 的漏極和第2b NMOS管的漏極相連作為第一誤差放大器3的輸出端；第IaBJT管的發(fā)射極、 第2a BJT管的發(fā)射極、第la NMOS管和第lb NMOS管的源極、第2aNM0S管和第2b NMOS管 的源極接公共地端。如圖4所示，所述的第二誤差放大器由第3a PMOS管和第3b PMOS管、第4aPM0S管 和第4b PMOS管、第3aNM0S管和第3bNM0S管、第四NMOS管、第五NMOS管和第五電阻組成。 第3a PMOS管和第3b PMOS管、第4a PMOS管和第4bPM0S管的源極作為第二誤差放大器的 直流電輸入端；第3a PMOS管的柵極、第3bPM0S管的柵極及漏極與第五電阻的一端相連；第 3a PMOS管的漏極與第四NMOS管的柵極及漏極、第五NMOS管的柵極相連；第五NMOS管的 漏極與第3a PMOS管和第3b PMOS管的源極相連；第3a NMOS管和第3b NMOS管的柵極分別作為第二誤差放大器的第三輸入端和第二輸入端；第3a NMOS管的漏極與第4a PMOS管 的漏極及柵極、第4b PMOS管的柵極相連；第3b NMOS管的漏極與第4b PMOS管的漏極相連 作為第二誤差放大器的第一輸出端；第四NMOS管的源極、第五NMOS管的源極和第五電阻的 另一端接公共地端。 參見(jiàn)圖5，圖中所示為本發(fā)明在某一工藝角下，溫度從_40°C _85°C變化時(shí)，相應(yīng)的 基準(zhǔn)輸出電壓Vref的變化曲線。由曲線圖可以看出，基準(zhǔn)輸出電壓的平均值為1. 229V， 溫度系數(shù)為0. 3ppm/°C (每攝氏度變化百萬(wàn)分之一)，進(jìn)一步仿真結(jié)果顯示，參見(jiàn)表6，是本 發(fā)明在各個(gè)工藝角下的輸出電壓的初始精度、初始溫度系數(shù)、以及微調(diào)之后的精度及溫度 系數(shù)表。其中前三列分別為MOS管，BJT管，RES電阻的工藝角選擇，第四列表示基準(zhǔn)電壓 輸出值Vref的初始值，第五列表示基準(zhǔn)電壓輸出值Vref的初始溫度系數(shù)，第七列表示基 準(zhǔn)電壓輸出值Vref的在微調(diào)之后的值，第八列表示基準(zhǔn)電壓輸出值Vref的在微調(diào)之后 的溫度系數(shù)，可以計(jì)算得基準(zhǔn)電壓輸出值Vref的初始精度變化范圍小于士0.8%，溫度系 數(shù)小于32ppm/°C ；在各種不同的工藝角下，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)單元，調(diào)整后的精度變化范圍小于 士 0. 25%，溫度系數(shù)小于3ppm/°C。HBbjtIOS輸出值Tc mmmm.徽翻■出值 mmmm
tttttt1. 230.74714. 8u1. 230.74714. 8u
fftttt1. 2310.59114. 8u1. 2310.59114. 8u
SStttt1. 2310.94214. 8u1. 2310.94214. 8u
ttfftt1. 2241614. 8u1. 22930. 26516u
ttSStt1. 242414. 8u1. 232213u
ttttff1. 2332.314. 8u1. 230. 35914. 2u
ttffff1. 2267.714. 8u1. 22860. 9115. 4u
ttSSff1.24431.914. 8u1. 23141. 6512. 3u
ttttSS1. 22827.514. 8u1. 2311.215. 4u
ttffSS1. 222414. 8u1. 230.64316. 6u
ttSSSS1. 23816.314. 8u1. 2332.5913. 6u
表6本發(fā)明的電路的工作過(guò)程當(dāng)接通電源電壓Vcc后，啟動(dòng)電路1率先工作，由于此時(shí)一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓 產(chǎn)生電路2的第一輸出端是處于低電位，所以經(jīng)過(guò)第一，第二，第三反相器之后，第七PMOS 管M7的柵極為高電平，故第七PMOS管M7導(dǎo)通，這時(shí)高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路5中第五 PMOS管M5的柵極電位被拉低，促使第一誤差放大器3和第二誤差放大器工作，一階溫度補(bǔ) 償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中的第六PMOS管M6導(dǎo)通，從而使一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路 2的第一輸出端電位上升到實(shí)際工作電壓，整個(gè)電路正常開(kāi)啟，又由于此時(shí)一階溫度補(bǔ)償基 準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一輸出端是處于比較高的電位，所以經(jīng)過(guò)第一，第二，第三反相器之 后，第七PMOS管M7的柵極為低電平，故第七PMOS管M7截止，啟動(dòng)電路1停止工作。第一誤差放大器3的作用是通過(guò)反饋將一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2的第一 BJT管和第二 BJT管的集電極電壓鉗在相等的電壓，由于第一 BJT管和第二 BJT管的發(fā)射極 面積不同，BJT的基極到射極的電壓Vbe也不同，在電阻R1上就產(chǎn)生一個(gè)Δ Vbe的電壓，這個(gè)
10電壓具有與絕對(duì)溫度成正比例的特性，結(jié)果，在電阻R1上產(chǎn)生一支具有正溫度系數(shù)的電流。 這一電流在一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2中的第2a電阻，第三電阻和第t電阻上產(chǎn)生 的電壓降和為Vptat。通過(guò)一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路2，第一誤差放大器3和高階溫度補(bǔ)償電流 產(chǎn)生電路5，可以產(chǎn)生一條具有補(bǔ)償溫度高階項(xiàng)特性的電流，并在一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路2中的第2a電阻，第三電阻和第t電阻上產(chǎn)生的電壓降和為\。同時(shí)，由于Vbe本身是具有負(fù)的溫度系數(shù)，基準(zhǔn)輸出電壓就是有Vptat，V1和Vbe三個(gè) 電壓降疊加而成。其中Vptat補(bǔ)償了 Vbe的一階溫度項(xiàng)，V1補(bǔ)償了 Vbe中的溫度高階項(xiàng)，自此 一個(gè)具有高階溫度補(bǔ)償特性的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生。
權(quán)利要求
一種基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于該電壓源包括啟動(dòng)電路(1)，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)，第一誤差放大器(3)及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(4)，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)，調(diào)節(jié)模塊電路(6)；其中，啟動(dòng)電路(1)、一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)、第一誤差放大器(3)、高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(4)和高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的直流電輸入端分別連接直流電源Vcc，啟動(dòng)電路(1)的第一輸入端接一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第一輸出端，啟動(dòng)電路(1)的第二輸入端接高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸出端；一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第二輸出端與第一誤差放大器(3)的第一輸入端相連，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第三輸出端與第一誤差放大器(3)的第二輸入端相連，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第一輸入端與第一誤差放大器(3)的第一輸出端相連，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸出端分別與啟動(dòng)電路(1)的第二輸入端和第一誤差放大器(3)的第三輸入端相連；高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(4)的輸出端就是一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第一輸出端，與高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸入端相連；調(diào)節(jié)模塊電路(6)的輸出端與一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第一輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在 于所述的第一誤差放大器(3)由第la PMOS管(MPla)和第lb PMOS管(MPlb)、第2a PMOS 管(MP2a)和第 2b PMOS 管(MP2b)、第 IaNMOS 管(MNla)和第 lb NMOS 管(MNlb)、第 2a NMOS 管(MN2a)和第 2b NMOS 管(MN2b)、第 la BJT 管(Qal)與第 2b BJT 管(Qa2)組成。第 Ia PMOS 管(MPla)和第 lb PMOS 管(MPlb)、第 2a PMOS 管(MP2a)和第 2b PMOS 管(MP2b)的源 極作為第一誤差放大器⑶的直流電輸入端；第la PMOS管(MPla)和第lb PMOS管(MPlb) 的柵極作為第一誤差放大器(3)的第三輸入端，第la PMOS管(MPla)的漏極與第la BJT管 (Qal)的集電極、第2a PMOS管(MP2a)的漏極與第2a BJT管(Qa2)的集電極，第la NMOS 管(MNla)漏極及柵極、第2a NMOS管(MN2a)的柵極和第2a BJT管(Qa2)的集電極、第Ib NMOS管(MNlb)的漏極及柵極、第2bNM0S管(MN2b)的柵極相連；第la BJT管(Qal)的基 極作為第一誤差放大器(3)的第一輸入端，第2a BJT管(Qa2)的基極作為第一誤差放大器 (3)的第二輸入端；第2a PMOS管(MP2a)的漏極及柵極、第2b PMOS管(MP2b)的柵極和第 2aNM0S管(MN2a)的漏極相連，第2b PMOS管(MP2b)的漏極和第2b NMOS管(MN2b)的漏極 相連作為第一誤差放大器(3)的輸出端；第la BJT管(Qal)的發(fā)射極、第2a BJT管(Qa2) 的發(fā)射極、第IaNMOS管(MNla)和第lb NMOS管(MNlb)的源極、第2a NMOS管(MN2a)和第 2b NMOS管(MN2b)的源極接公共地端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在 于所述的高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)由第五PMOS管(M5)、第四電阻(R4)和第二誤差 放大器(A2)組成。第五PMOS管(M5)的源極作為高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的直流 電輸入端；第五PMOS管(M5)的柵極與第二誤差放大器(A2)的第一輸出端相連作為高階溫 度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸出端；第五PMOS管(M5)的漏極與第二誤差放大器(A2) 的第三輸入端、第四電阻(R4)的一端相連；第二誤差放大器(A2)的第二輸入端作為高階溫 度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸入端；第四電阻(R4)的另一端接公共地端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第二誤差放大器(A2)，其特征在于所述的第二誤差放大器(A2)由第3a PMOS管(MP3a)和第3bPM0S管(MP3b)、第4a PMOS 管(MP4a)和第 4b PMOS 管(MP4b)、第 3aNM0S 管(MN3a)和第 3b 匪OS 管(MN3b)、第四 NMOS管(MN4)、第五NMOS管(MN5)和第五電阻(R5)組成。第3a PMOS管(MP3a)和第3b PMOS管(MP3b)、第4a PMOS管(MP4a)和第4b PMOS管(MP4b)的源極作為第二誤差放大器 (A2)的直流電輸入端；第3a PMOS管(MP3a)的柵極、第3b PMOS管(MP3b)的柵極及漏極與 第五電阻(R5)的一端相連；第3a PMOS管(MP3a)的漏極與第四NMOS管(MN4)的柵極及漏 極、第五NMOS管(MN5)的柵極相連；第五NMOS管(MN5)的漏極與第3a PMOS管(MP3a)和第 3b PMOS管(MP3b)的源極相連；第3a匪OS管(MN3a)和第3b匪OS管(MN3b)的柵極分別 作為第二誤差放大器(A2)的第三輸入端和第二輸入端；第3a NMOS管(MN3a)的漏極與第 4a PMOS管(MP4a)的漏極及柵極、第4b PMOS管(MP4b)的柵極相連；第3b NMOS管(MN3b) 的漏極與第4b PMOS管(MP4b)的漏極相連作為第二誤差放大器(A2)的第一輸出端；第四 NMOS管(MN4)的源極、第五NMOS管(MN5)的源極和第五電阻(R5)的另一端接公共地端。
全文摘要
基于高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于該電源包括啟動(dòng)電路(1)，一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)，第一誤差放大器(3)及高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(4)，高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)，調(diào)節(jié)模塊電路(6)；高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的直流電輸入端分別連接直流電源Vcc；高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸出端同時(shí)與啟動(dòng)電路(1)的第二輸入端和第一誤差放大器(3)的第三輸入端相連；高階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(4)的輸出端就是一階溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(2)的第一輸出端，與高階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路(5)的第一輸入端相連。
文檔編號(hào)G05F3/30GK101901020SQ201010200378
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者吳建輝, 張萌, 時(shí)龍興, 朱賈峰, 李紅, 樊婷, 沈海峰, 顧俊輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)