带有输出电压校准功能的基准电压源结构的制作方法

本发明涉及模拟集成电路领域，特别涉及应用于高精度混合信号电路中的一种可校准基准电压源。

背景技术：

基准电压源是集成电路中不可缺少的基础模块，广泛应用于模数转换器、数模转换器、电荷泵电路、传感器读出电路等众多混合信号电路中。随着科技进步，人们对于高科技产品要求越来越高，导致对电路精度要求越来越高，相应的对于基准电压源的要求也随之提高。需要提升基准电压源的电源电压抑制比，温漂系数，输出精度等各方面指标。

近年来，随着集成电路工艺尺寸越来越小，掩膜版制作逐渐逼近光学极限，从而导致芯片中各个器件物理尺寸发生偏差。与此同时，受限于制作工艺，芯片不同位置掺杂浓度也难以保持一致。因此实际在集成电路制作过程中，不可避免的会产生工艺偏差。基准源电路受到工艺偏差的影响，会导致输出基准电压偏离原先设计值，同时，很可能会导致输出基准电压的温度系数严重退化。因此，需要设计校准技术对基准电压源输出电压进行校准，才能真正获得稳定而准确的基准电压。

工艺偏差对基准源精度影响来自多个方面，电流镜失配导致的镜像电流误差和电阻阻值偏差是其中两个主要影响因素。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供带有输出电压校准功能的基准电压源结构，获得准确的基准电压输出。本发明采用的技术方案是，带有输出电压校准功能的基准电压源结构，包括PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流产生电路,PTAT启动电路，偏置电压产生电路，CTAT(Complementary to Absolute Temperature)电流产生电路，CTAT启动电路，电流校准模块和校准电阻部分；其中PTAT电流产生电路产生正温度系数电流，CTAT电流产生电路产生负温度系数电流，利用正负温度系数电流和电流校准模块获得校准后的总电流I，该电流流过校准电阻，获得输出电压。

校准电阻为可调电阻，通过进一步调节该电阻来对输出电压进行校正。

PTAT启动电路包括MP1、MP2、MP3、MP4、MN1、MN2、MN3、MN4，CTAT启动电路包括MP16、MP17、MP18、MP19、MN8、MN9、MN10、MN11，当电路正常工作时，PTAT启动电路和CTAT启动电路均不工作，此时MN1、MN2和MN8、MN9上都没有电流流过，当电路正常工作时MN3镜像获得MN4的电流，在MN3的漏极得到低电压，MN1和MN2的栅极连接到MN3的漏极，此时MN1和MN2保持截止，当电路不工作，处于简并状态时，MP3、MP4的栅极电压VPTAT1和VPTAT2为高，MN4上没有电流流过，此时MN3截止，在MN3的漏极得到高电压，从而MN1和MN2的栅极成为高电压，MN1和MN2导通，将节点VPTAT1和VPTAT2拉到低电平，从而使电路回归到正常工作状态，CTAT启动电路部分的原理与此一致。

本发明的特点及有益效果是：

本发明提出的校准方法同时利用了电流校准和电阻校准两种方式，能够补偿工艺偏差导致的输出电压偏移。

附图说明：

图1是基准源校准原理示意图；

图2是基准源整体电路图；

图3是基准源校准部分电路图。

具体实施方式

本发明提出了一种带有输出电压校准功能的基准电压源结构。包括PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流产生电路,PTAT启动电路，偏置电压产生电路，CTAT(Complementary to Absolute Temperature)电流产生电路，CTAT启动电路，电流校准模块和校准电阻部分。其中PTAT电流产生电路产生正温度系数电流，CTAT电流产生电路产生负温度系数电流，利用正负温度系数电流和电流校准模块获得校准后的总电流I，该电流流过校准电阻，获得输出电压，并且可以通过进一步调节电阻来对输出电压进行校正。本发明提出的校准方法同时利用了电流校准和电阻校准两种方式，能够补偿工艺偏差导致的输出电压偏移。

本发明通过对电流镜尺寸和电阻阻值进行校准，进而获得准确的基准电压输出。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明提出的基准源工作原理如图1所示，首先产生一路正温度系数电流和一路负温度系数电流，电流校准模块产生一路校准电流，三路电流之和为总电流I，总电流I流过电阻获得基准电压。通过同时对电流大小和电阻的阻值进行校准，可以获得准确的输出基准电压。

基准源电路图如图2所示，包括PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流产生电路,PTAT启动电路，偏置电压产生电路，CTAT(Complementary to Absolute Temperature)电流产生电路，CTAT启动电路，电流校准模块和校准电阻部分。

PTAT启动电路包括MP1、MP2、MP3、MP4、MN1、MN2、MN3、MN4，CTAT启动电路包括MP16、MP17、MP18、MP19、MN8、MN9、MN10、MN11。当电路正常工作时，PTAT启动电路和CTAT启动电路均不工作，此时MN1、MN2和MN8、MN9上都没有电流流过。当电路正常工作时MN3镜像获得MN4的电流，在MN3的漏极得到低电压，MN1和MN2的栅极连接到MN3的漏极，此时MN1和MN2保持截止。当电路不工作，处于简并状态时，MP3、MP4的栅极电压VPTAT1和VPTAT2为高，MN4上没有电流流过，此时MN3截止，在MN3的漏极得到高电压，从而MN1和MN2的栅极成为高电压，MN1和MN2导通，将节点VPTAT1和VPTAT2拉到低电平，从而使电路回归到正常工作状态。CTAT启动电路部分的原理与此一致。

PTAT电流产生电路部分利用误差放大器AMP1将节点A和节点B钳位到相同电压，在电阻R1上产生电势差为ΔV_BE，ΔV_BE是PTAT电压，从而在电阻R1上产生PTAT电流大小为ΔV_BE/R1，流过MP7、MP8。

偏置电压产生电路用来产生共源共栅结构中共栅极MOS管的偏置电压，分别是VPTAT2和VCTAT2。

CTAT电流产生电路利用误差放大器AMP2将节点A和C钳位到相同电压。在电阻R2上得到电压V_BE，V_BE是CTAT电压，从而在电阻R2上产生CTAT电流大小为V_BE/R2，流过MP11、MP12。

校准部分如图3所示，其中MP20、MP21产生固定的PTAT电流，MP22、MP23产生固定的CTAT电流。MP25和MP28是PTAT补偿电流的开关，用来控制产生PTAT补偿电流。MP31和MP34是CTAT补偿电流的开关，用来控制产生CTAT补偿电流。最终固定电流和补偿电流共同流过电阻，产生输出基准电压。

电阻校准部分通过一组温度计码控制的开关，选择校准电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37是否接入电路。D7-D0为00000001的时候R31-R37都接入电路，输出电压最大；D7-D0为00000011时候，R31-R36接入电路，R37被短路；以此类推，D7-D0为11111111时候R31-R37都被短路，输出电压最小。

通过电流校准和电阻是配合使用，可以实现对输出电压的准确调节，解决因工艺偏差导致的输出电压偏移。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。