专利名称：一种可变曲率补偿的带隙电压基准源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源技术领域，特别涉及一种电压基准源(Voltage Reference) 的设计。
背景技术：
电压基准源作为集成电路必不可少的部分，为整个芯片提供偏置电流以及提供一个基准电压。偏置电流的大小决定了整个芯片的功耗情况，同时在芯片中，很多误差放大器与比较器都是以基准电压作为参考电压，电压基准源的稳定程度在很大程度上决定了芯片的功能的实现与性能的优劣。最常用的电压基准源为基于三极管的带隙电压基准源。如图1所示，由于误差放大器的钳位作用，使得Vx与Vy两点的电压基本相等，即Vx = Vy = Vbe2，同时，同于两路中
, ,Vrf7-Vrf, VAnN Tr kT 的电流也相等，则有八=Iy= BE\服=，由于G = —，则电流为正比于绝对温度
(PTAT, Proporational To Absolute Temperature)电流，此电流经过电流镜的镜像以后， 成为整个芯片的偏置电流。根据电流的表达式，可以得出带隙电压为:VBG =/7尽=|κΓ1η# + &2，由于Vt为
正温度系数，同时Vbe2为负温度系数，合理的调节系数的大小，便可以在一定温度下
实现基准随温度的变化为零，从而为整个芯片提供了一个随温度变化很小的基准电压。然而，传统的带隙电压基准源只是采用了一阶补偿技术，然而Vbe中却包含对温度变化高阶的参量，因此只能把输出电压的温度系数做到20到100ppm/°C，一般很难低于 20ppm/°C。同时，现在随着集成电路的发展，电源电压越来越低，要求电压基准源必须在低压下完成启动并正常工作。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决现有的带隙电压基准源存在的问题，提出了一种可变曲率补偿的带隙电压基准源。本实用新型的技术方案是一种可变曲率补偿的带隙电压基准源，包括启动电路， PTAT电流产生电路和高阶温度补偿电路，其中，启动电路用于启动PTAT电流产生电路， PTAT电流产生电路用于产生PTAT电流，PTAT电流用于输入到高阶温度补偿电路，高阶温度补偿电路产生高阶温度特性的电流并与PTAT电流叠加，得到可变曲率补偿的基准电压。所述高阶温度补偿电路包括第一 PMOS管、第二 PMOS管、第一 NMOS管、第一电阻、 第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一三极管、第二三极管、第一电容和放大器，其中，第一 PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，其栅极接PTAT电流产生电路的输出端，其漏极与第一 NMOS管的源极与衬底连接，同时与第二 PMOS管的栅极与衬底连接，第一 NMOS管的栅极连接放大器的输出端，漏极与第二 PMOS管的源极连接，第二 PMOS管的漏极串联第一电阻后连接到外部的电源，源极与第一 NMOS管的漏极共同与第二电阻一端相连，第二电阻的另一端分别与第三电阻、第四电阻的一端、第一三极管、第二三极管的基极连接，第三电阻、第四电阻的另一端分别连接放大器的负向与正向输入端，以及第一三极管、第二三极管的集电极，第一三极管、第二三极管发射极相互连接，并且串联第五电阻后接地，第一电容连接在放大器的负向输入端与输出端之间。
所述的PTAT电流产生电路，包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二 NMOS管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管，以及第六电阻；所述的启动电路，包括第三NMOS管、第四NMOS管和第五PMOS管；其中，第四PMOS管的栅漏短接，并且同时与第三PMOS管的栅极、第四三极管的漏极，以及启动电路的第三NMOS管的漏极，高阶温度补偿电路的第一 PMOS管的栅极连接，第三PMOS管、第四PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，第三PMOS管的漏极与第三三极管的集电极和基极、第四三极管的基极、第六三极管的栅极、启动电路的第NMOS管和第五 PMOS管的栅极连接，第三三极管的发射极与第五三极管的集电极、第六三极管的基极连接， 第四三极管的发射极与第六三极管的集电极、第五三极管的基极连接，第五三极管的发射极接地，第六三极管的发射极串联第六电阻后接地，第二 NMOS管的漏极、源极与衬底均接地；其中，第五PMOS管的源极与衬底都接外部的电源，栅极与第四NMOS管的栅极连接并且连接到PTAT电流产生电路，第五PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极连接，同时连接第三NMOS管的栅极，第三NMOS管的漏极连接到PTAT电流源电路第四PMOS管的漏极，第三 NMOS管的源极与第四NMOS管的源极接地。本实用新型的有益效果是本实用新型的可变曲率补偿的带隙电压基准源采用了 GSC技术，可以为基准输出提供高阶补偿，高阶温度补偿电路中第一 PMOS管的衬底电流是一个与温度呈高次关系的电流，并与第一 NMOS管上流过的PTAT电流叠加，作用到第二电阻与第五电阻上，实现对基准电压的高阶温度补偿，并且补偿的阶次数随着温度的变化而变化，在低温时，采用传统的一阶补偿形式，中温时，实现二阶补偿，高温时，实现三阶补偿。此夕卜，本实用新型的电压基准源可以在低至1.9V的电源电压下实现正常的工作，满足集成电路对低电源供电的要求。
图1为现有的普通带隙电压基准源示意图。图2为本实用新型的可变曲率补偿的带隙基准电压源结构框图。图3为本实用新型的可变曲率补偿的带隙基准电压源电路原理图。图4为本实用新型的可变曲率补偿的带隙基准电压源输出实现电路原理图。图5为本实用新型实施例的带隙基准电压源的输出电压大小随温度的变化关系示意图。图6为本实用新型实施例的带隙基准电压源的最小输入电源测试图。图7为本实用新型实施例的带隙基准电压源的输出电压随输入电压的变化情况示意图。[0021]图8为本实用新型实施例的带隙基准电压源的电源抑制比示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步的说明。如图2所示，本实用新型的可变曲率补偿的带隙电压基准源，包括启动电路，PTAT 电流产生电路和高阶温度补偿电路，其中，启动电路用于启动PTAT电流产生电路，PTAT电流产生电路用于产生PTAT电流，PTAT电流用于输入到高阶温度补偿电路，高阶温度补偿电路产生高阶温度特性的电流并与PTAT电流叠加，进而得到可变曲率补偿的基准电压。如图3所示，高阶温度补偿电路包括PMOS管M5、M2、匪OS管Ml、电阻Rl、R2、R3、 R4、R5，三极管Q1、Q2，电容Cl和放大器0ΡΑΜΡ，其中，M5的源极与衬底均接外部的电源VDD， 其栅极接PTAT电流源电路的输出点，其漏极与Ml的源极与衬底连接，同时也与M2的栅极与衬底连接，Ml的栅极连接放大器OPAMP的输出端，漏极与M2的源极连接，M2的漏极串联电阻Rl后连接到电源上，其源极与Ml的漏极共同与电阻R2 —端相连，电阻R2的另一端分别与电阻R3、R4的一端，三极管Ql、Q2的基极连接，电阻R3、R4的另一端分别连接放大器的负向与正向输入端，以及三极管Q1、Q2的集电极，三极管Q1、Q2发射极相互连接，并且串联电阻R5后接地，电容Cl连接在放大器OPAMP的负向输入端与输出端之间；PTAT电流产生电路，包括PMOS管M3、M4，匪OS管M6，三极管Q3、Q4、Q5、Q6，以及电阻R6。启动电路，包括匪OS管MS、MS1，PMOS管MS2。其中，M4的栅漏短接，并且同时与M3的栅极、Q4的漏极，以及启动电路的MS的漏极，高阶温度补偿电路的M5的栅极连接，M3、M4的源极与衬底均接外部的电源VDD，M3的漏极与Q3的集电极和基极、Q4的基极、M6的栅极、启动电路的MSl和MS2的栅极连接，Q3的发射极与Q5的集电极、Q6的基极连接，Q4的发射极与Q6的集电极、Q5的基极连接，Q5的发射极接地，Q6的发射极串联电阻R6后接地，M6的漏极、源极与衬底均接地；MS2的源极与衬底都接外部的电源VDD，栅极与MSl的栅极连接并且连接到PTAT 电流产生电路，MS2的漏极与MSl的漏极连接，同时也连接MS的栅极，MS的漏极连接到PTAT 电流产生电路M4的漏极，MS的源极与MSl的源极都接地。工作在正向有源区的NPN型三极管，其集电极电流与基极-发射极电压Vbe满足关系式
权利要求1.一种可变曲率补偿的带隙电压基准源，包括启动电路，PTAT电流产生电路，高阶温度补偿电路，其中，启动电路用于启动PTAT电流产生电路，PTAT电流产生电路用于产生 PTAT电流，PTAT电流用于输入到高阶温度补偿电路，高阶温度补偿电路产生高阶温度特性的电流并与PTAT电流叠加，进而得到可变曲率补偿的基准电压。
2.根据权利要求1所述的可变曲率补偿的带隙电压基准源，其特征在于，所述高阶温度补偿电路包括第一 PMOS管、第二 PMOS管、第一 NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、 第四电阻、第五电阻、第一三极管、第二三极管、第一电容和放大器，其中，第一 PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，其栅极接PTAT电流产生电路的输出端，其漏极与第一 NMOS管的源极与衬底连接，同时与第二 PMOS管的栅极与衬底连接，第一 NMOS管的栅极连接放大器的输出端，漏极与第二 PMOS管的源极连接，第二 PMOS管的漏极串联第一电阻后连接到外部的电源，源极与第一 NMOS管的漏极共同与第二电阻一端相连，第二电阻的另一端分别与第三电阻、第四电阻的一端、第一三极管、第二三极管的基极连接，第三电阻、第四电阻的另一端分别连接运算放大器的负向与正向输入端，以及第一三极管、第二三极管的集电极，第一三极管、第二三极管发射极相互连接，并且串联第五电阻后接地，第一电容连接在放大器的负向输入端与输出端之间。
3.根据权利要求2所述的可变曲率补偿的带隙电压基准源，其特征在于，所述的PTAT 电流产生电路，包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二 NMOS管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管，以及第六电阻；所述的启动电路，包括第三NMOS管、第四NMOS管和第五PMOS管；其中，第四PMOS管的栅漏短接，并且同时与第三PMOS管的栅极、第四三极管的漏极，以及启动电路的第三NMOS管的漏极，高阶温度补偿电路的第一 PMOS管的栅极连接，第三PMOS 管、第四PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，第三PMOS管的漏极与第三三极管的集电极和基极、第四三极管的基极、第六三极管的栅极、启动电路的第NMOS管和第五PMOS管的栅极连接，第三三极管的发射极与第五三极管的集电极、第六三极管的基极连接，第四三极管的发射极与第六三极管的集电极、第五三极管的基极连接，第五三极管的发射极接地，第六三极管的发射极串联第六电阻后接地，第二 NMOS管的漏极、源极与衬底均接地；其中，第五PMOS管的源极与衬底都接外部的电源，栅极与第四NMOS管的栅极连接并且连接到PTAT电流产生电路，第五PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极连接，同时连接第三 NMOS管的栅极，第三NMOS管的漏极连接到PTAT电流源电路第四PMOS管的漏极，第三NMOS 管的源极与第四NMOS管的源极接地。
4.根据权利要求3所述的可变曲率补偿的带隙电压基准源，其特征在于，所述的第一 PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管具有相同的宽长比。
专利摘要本实用新型公开了一种可变曲率补偿的带隙电压基准源，包括启动电路，PTAT电流产生电路，高阶温度补偿电路，其中，启动电路用于启动PTAT电流产生电路，PTAT电流产生电路用于产生PTAT电流，PTAT电流用于输入到高阶温度补偿电路，高阶温度补偿电路产生高阶温度特性的电流并与PTAT电流叠加，进而得到基准电压。本实用新型通过GSC技术实现对基准电压的高阶温度补偿，并且补偿的阶次数随着温度的变化而变化，在低温时，采用传统的一阶补偿形式，中温时，实现二阶补偿，高温时，实现三阶补偿。本实用新型的电压基准源可以在低至1.9V的电源电压下实现正常的工作，满足集成电路对低电源供电的要求。
文档编号G05F1/56GK202110463SQ20112014754
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者周泽坤, 张波, 徐祥柱, 明鑫, 石跃 申请人:电子科技大学