带隙基准电压源电路、集成电路和电子设备的制作方法

文档序号:29263045发布日期:2022-03-16 12:47阅读:101来源:国知局
带隙基准电压源电路、集成电路和电子设备的制作方法

1.本发明涉及模拟电路的技术领域,尤其涉及一种带隙基准电压源电路、一种集成电路和一种电子设备。


背景技术:

2.现有技术中,模拟集成电路中通常包括带隙基准电压源电路,带隙基准电压源电路的输出电压随着温度的变化而保持近似稳定。
3.发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题:带隙基准电压源电路的电源抑制比较低,电源电压的波动容易对带隙基准电压源电路的输出电压造成影响,降低了带隙基准电压源电路的使用可靠性,并且带隙基准电压源电路的功耗较大,降低了带隙基准电压源电路的使用性能。


技术实现要素:

4.为了解决现有技术中带隙基准电压源电路的电源抑制比较低,并且功耗较大这一技术问题,本发明的实施例提供了一种带隙基准电压源电路、一种集成电路和一种电子设备。
5.为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:
6.第一方面,本发明实施例提供了一种带隙基准电压源电路,带隙基准电压源电路具有电路输入端、电路输出端以及接地端,带隙基准电压源电路包括耦合元件、镜像电流模块以及带隙基准源模块;耦合元件与电路输入端和镜像电流模块电连接,耦合元件被配置为将来自电路输入端的交流电信号耦合至镜像电流模块;镜像电流模块还与电路输入端和带隙基准源模块电连接,镜像电流模块被配置为在来自带隙基准源模块的电信号的控制下处于开启状态,并在开启状态下,根据来自电路输入端的电信号、来自带隙基准源模块的电信号以及来自耦合元件的交流电信号,向带隙基准源模块输入直流电信号;其中,来自耦合元件的交流电信号被配置为对来自带隙基准源模块的电信号进行补偿;带隙基准源模块还与接地端以及电路输出端电连接,带隙基准源模块被配置为根据来自镜像电流模块的直流电信号,使电路输出端的输出电压位于预设基准电压范围内。
7.本发明实施例提供的带隙基准电压源电路通过设置耦合元件与电路输入端和镜像电流模块电连接,使得耦合元件能够将电路输入端输入的交流电信号(也即是直流供电电源输出电信号的波动)耦合至镜像电流模块,通过交流电信号对来自带隙基准源模块的电信号进行补偿,使得补偿后的电信号与来自电路输入端的电信号(包括直流电信号和交流电信号)的差值保持近似稳定,从而使得镜像电流模块向带隙基准源模块输入的直流电信号能够保持近似稳定,减小了直流供电电源输出电信号的波动对镜像电流模块产生的影响,从而减小了直流供电电源输出电信号的波动对电路输出端的输出电压造成的影响,提高了带隙基准电压源电路的电源抑制比,也即是提高了带隙基准电压源电路的抗干扰能力,从而提高了带隙基准电压源电路的稳定性,确保了电路输出端的输出电压能够位于预
设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路的使用可靠性。
8.并且,仅仅通过设置耦合元件,即可实现提高带隙基准电压源电路的电源抑制比,无需其他复杂的电路结构,简化了带隙基准电压源电路的电路结构,降低了带隙基准电压源电路的功耗,从而提高带隙基准电压源电路的使用性能,同时还能够降低带隙基准电压源电路的成本。
9.可选的,耦合元件为电容,电容的第一极与电路输入端电连接,电容的第二极与镜像电流模块电连接。如此设置,使得来自电路输入端的电信号波动(也即是交流电信号)能够通过电容被耦合至镜像电流模块,而直流电信号无法经过电容,减小了耦合元件对于带隙基准电压源电路直流特性的影响,提高了带隙基准电压源电路的使用可靠性。并且,仅设置电容即可实现降低带隙基准电压源电路电源抑制比的作用,简化了带隙基准电压源电路的电流结构,并且没有增加带隙基准电压源电路的静态功耗,进一步降低带隙基准电压源电路的功耗。
10.可选的,镜像电流模块包括晶体管,晶体管的第一极与电路输入端电连接,晶体管的第二极与带隙基准源模块电连接,晶体管的控制端与电容的第二极和带隙基准源模块电连接。如此设置,使得来自电容的交流电信号能够对来自带隙基准源模块的电信号进行补偿,确保了补偿后的电信号与来自电路输入端的电信号(包括直流电信号和交流电信号)的差值保持近似稳定,提高带隙基准电压源电路的电源抑制比,也即是提高带隙基准电压源电路的抗干扰能力,从而提高了带隙基准电压源电路的稳定性,确保了电路输出端的输出电压能够位于预设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路的使用可靠性。并且,设置镜像电流模块包括晶体管,通过控制晶体管的导通或截止,使得镜像电流模块能够向带隙基准源模块输入直流电信号,提高了镜像电流模块导通或截止的可靠性。
11.可选的,带隙基准源模块包括第一带隙基准元件,与晶体管第二极电连接,第一带隙基准元件两端的电压值随着温度的升高而增大;第二带隙基准元件,与第一带隙基准元件和接地端电连接,第二带隙基准元件两端的电压值随着温度的升高而减小;电路输出端与第一带隙基准元件远离第二带隙基准元件的一端电连接,电路输出端被配置为输出第一带隙基准元件远离第二带隙基准元件一端的对地电压值。如此设置,进一步减小了温度变化对于电路输出端的输出电压的影响,实现了带隙基准源模块对于输出电压的补偿,使得电路输出端的输出电压能够位于预设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路的使用可靠性。
12.可选的,晶体管包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管,第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的类型相同;第一晶体管的第一极、第二晶体管的第一极和第三晶体管的第一极分别与电路输入端电连接,第一晶体管的控制端、第二晶体管的控制端和第三晶体管的控制端分别与电容的第二极电连接;带隙基准源模块还包括第一三极管,第一三极管的发射极与第一晶体管的第二极电连接,第一三极管的集电极和第一三级管的基极分别与接地端电连接;第一电阻,与第二晶体管的第二极电连接;第二三极管,第二三极管的发射极与第一电阻电连接,第二三极管的集电极和第二三极管的基极分别与接地端电连接;第二三极管的发射结面积为第一三极管的发射结面积的n倍,n为大于或等于2的正整数;运算放大器,运算放大器的同相输入端与第一电阻远离第二三极管的一端电连接,运算放大器的反相输入端与第一三极管的发射极电连接,运算放大器的输出端分别与第一晶体管的
控制端、第二晶体管的控制端和第三晶体管的控制端电连接;第一带隙基准元件与第三晶体管的第二极电连接。如此设置,使得流经第一带隙基准元件的电流值能够随着温度的升高而增大,从而通过调节第一带隙基准元件的电阻值,能够使得第一带隙基准元件两端的电压值随着温度的升高而增大不同的数值,提高了带隙基准电压源电路的使用灵活性,确保了电路输出端的输出电压能够位于预设基准电压范围内,进一步提高了带隙基准电塔源电路的使用可靠性。
13.可选的,运算放大器的输出端与电容的第二极电连接。如此设置,进一步简化了带隙基准电压源电路的电路结构,并且,还能够增大运算放大器的相位裕度,提高运算放大器的稳定性,从而进一步提高带隙基准电压源电路的稳定性。
14.可选的,晶体管为场效应管。如此设置,能够进一步提高晶体管开启或关闭的可靠性,确保了晶体管向第一三极管、第二三极管和第一带隙基准元件输入的直流电流能够相同,从而提高了带隙基准电压源电路的使用可靠性。
15.可选的,场效应管为p沟道型场效应管。如此设置,进一步提高了场效应管导通或截止的可靠性,确保了带隙基准电压源电路的运行可靠性。
16.可选的,第一带隙基准元件为第二电阻,第二带隙基准元件为第三三极管,第三三极管的发射极与第二电阻电连接,第三三极管的集电极和第三三极管的基极分别与接地端电连接。如此设置,通过调节第二电阻的阻值,即可使得电路输出端的输出电压在预设基准电压范围内,也即是使得电路输出端的输出电压随着温度的变化而保持近似稳定,提高了带隙基准电压源电路的使用灵活性,确保了带隙基准电压源电路的使用可靠性。
17.可选的,第一电阻和第二电阻中至少之一为可调电阻。如此设置,从而通过调节第一电阻的阻值,能够对流经第一电阻和流经第二电阻的电流值起到调节作用。通过调节第二电阻的阻值,能够对第二电阻两端的电压值起到调节作用,进一步提高了带隙基准电压源电路的使用灵活性。
18.第二方面,本发明实施例提供了一种集成电路,包括功能电路;如上述第一方面的带隙基准电压源电路,与功能电路电连接;其中,功能电路包括模数转换电路、直流交流转换电路和比较电路中至少之一。
19.本发明实施例提供的集成电路包括上述第一方面的带隙基准电压源电路,因此具有上述第一方面的全部有益效果,在此不再赘述。
20.第三方面,本发明实施例提供了一种电子设备,包括电路板;如上述第二方面的集成电路,集成电路置于电路板上。
21.本发明实施例提供的电子设备包括上述第二方面的集成电路,因此具有上述第二方面的全部有益效果,在此不再赘述。
附图说明
22.图1为本发明一种实施例的电子设备结构示意框图;
23.图2为本发明一种实施例的集成电路结构示意框图;
24.图3为本发明一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
25.图4为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
26.图5为本发明一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
27.图6为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
28.图7为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
29.图8为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
30.图9为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
31.图10为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
32.图11为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
33.图12为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
34.图13为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图;
35.图14为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
36.图15为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路仿真曲线示意图;
37.图16为本发明另一种实施例的带隙基准电压源电路结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
39.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
40.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
41.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.本发明的实施例提供了一种电子设备300,电子设备300可以包括手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、智能门禁、产品检测仪器、电视、智能穿戴产品(例如,智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality,vr)终端设备、增强现实(augmented reality ar)终端设备等具备电信号处理功能的电子设备。可以理解地,电信号处理功能可以包括电信号的模数转换功能、直流交流转换或者比较功能等。本技术实施例对上述电子设备300的具体形式不做特殊限制,以下为了方便说明。
43.如图1所示,电子设备300可以包括电路板310和集成电路200,集成电路200设置于电路板310上。在一些实施方式中,电路板310可以为pcb板,集成电路200可以通过刻蚀的方式设置在pcb板上。
44.可以理解地,集成电路200能够对输入的电信号进行转换或者比较等处理,并将处理后的电信号输出。在一些实施方式中,集成电路200可以对直流电信号进行处理,也可以对交流电信号进行处理。
45.在一些实施方式中,集成电路200的数量可以为多个,多个集成电路200能够对电
信号进行不同的处理,使得电子设备300实现不同的功能。在一些实施方式中,多个集成电路200可以设置在同一个电路板310上。在另一些实施方式中,多个集成电路200也可设置在多个不同的电路板310上。
46.由上述可知,集成电路200能够对电信号进行处理。如图2所示,集成电路200可以包括功能电路210和带隙基准电压源电路100,带隙基准电压源电路100与功能电路210电连接。在一些实施方式中,功能电路210可以为模数转换电路、直流交流转换电路或者比较电路等。
47.可以理解地,带隙基准电压源电路100的输出电压随着温度的变化能够保持近似稳定。带隙基准电压源电路100与功能电路210电连接,这样一来,使得带隙基准电压源电路100能够为功能电路210提供可靠的基准电压。功能电路210根据获得的基准电压,对电信号进行转换或者比较等处理,使得集成电路200实现不同的功能。
48.可以理解地,本发明中的电连接可以为有线电连接,例如采用金属导线实现电连接,也可以为无线电连接,例如采用wifi信号等实现电连接。本发明中的电连接用于传输电信号,不对电连接的具体形式做进一步限定。
49.由上述可知,带隙基准电压源电路100用于提供随着温度变化而保持近似稳定的输出电压。具体地,如图3所示,带隙基准电压源电路100具有电路输入端102、电路输出端104以及接地端106。
50.在一些实施方式中,电路输入端102可以与直流供电电源电连接。在另一些实施方式中,电路输入端102也可以与其他电路的输出端电连接。
51.镜像电流模块110与电路输入端102电连接,使得镜像电流模块110能够接收来自电路输入端102的电信号。可以理解地,来自电路输入端102的电信号包括直流电信号和交流电信号。镜像电流模块110还与带隙基准源模块120电连接,使得镜像电流模块110还能够接收来自带隙基准源模块120的电信号。可以理解地,来自带隙基准源模块120的电信号为直流电信号。
52.具体地,镜像电流模块110被配置为在来自带隙基准源模块120的电信号的控制下处于开启状态,并在开启状态下,向带隙基准源模块120输入直流电信号。可以理解地,当镜像电流模块110处于关闭状态下,不能够向带隙基准源模块120输入直流电信号。
53.下面对镜像电流模块110的开启条件进行举例说明。在一些实施方式中,来自电路输入端102的电信号为电压信号,来自带隙基准源模块120的电信号同样为电压信号。
54.在一些实施方式中,镜像电流模块110可以根据来自带隙基准源模块120的电压信号与来自电路输入端102的电压信号的差值,进行开启或关闭。具体地,可以当来自带隙基准源模块120的电压信号与来自电路输入端102的电压信号的差值大于第一设定阈值时,控制镜像电流模块110开启,当来自带隙基准源模块120的电压信号与来自电路输入端102的电压信号的差值小于或等于第一设定阈值时,控制镜像电流模块110关闭。也可以当来自带隙基准源模块120的电压信号与来自电路输入端102的电压信号的差值小于第一设定阈值时,控制镜像电流模块110开启,当来自带隙基准源模块120的电压信号与来自电路输入端102的电压信号的差值大于或等于第一设定阈值时,控制镜像电流模块110关闭。
55.在一些实施方式中,镜像电流模块110也可以仅根据来自带隙基准源模块120的电压信号,进行开启或关闭。具体地,可以当来自带隙基准源模块120的电压信号大于第二设
定阈值时,控制镜像电流模块110开启,当来自带隙基准源模块120的电压信号小于或等于第二设定阈值时,控制镜像电流模块110关闭。也可以当来自带隙基准源模块120的电压信号小于第二设定阈值时,控制镜像电流模块110开启,当来自带隙基准源模块120的电压信号大于或等于第二设定阈值时,控制镜像电流模块110关闭。
56.可以理解地,第一设定阈值和第二设定阈值仅用于区分镜像电流模块110的两种不同开启条件,第一设定阈值和第二设定阈值可以相同,也可以不同,本发明不对第一设定阈值和第二设定阈值做进一步限定。
57.在一些实施方式中,镜像电流模块110可以为晶体管,例如场效应管或者三极管等。
58.具体地,镜像电流模块110处于开启状态下,能够根据来自电路输入端102的电信号以及来自带隙基准源模块120的电信号,向带隙基准源模块120输入直流电信号。
59.下面对镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电信号进行举例说明。在一些实施方式中,镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电信号可以为直流电流信号。
60.具体地,当镜像电流模块110处于开启状态下,并且来自电路输入端102的电压信号与来自带隙基准源模块120的电压信号的差值保持不变时,镜像电流模块110能够向带隙基准源模块120输入稳定的直流电流信号。可以理解地,稳定的直流电流信号可以为电流值保持近似稳定的直流电流信号,也可以为电流值跟随预设条件(例如温度)而发生线性变化的直流电流信号。
61.当镜像电流模块110处于开启状态下,并且来自电路输入端102的电压信号与来自带隙基准源模块120的电压信号的差值发生变化时,镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电流信号发生波动。可以理解地,直流电流信号发生波动可以为直流电流信号的值发生波动,也可以为直流电流信号跟随预设条件(例如温度)而变化的量发生波动。
62.可以理解地,镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入直流电流信号的值,小于或等于来自电路输入端102的电流信号的值。
63.由上述可知,镜像电流模块110能够向带隙基准源模块120输入直流电信号。可以理解地,带隙基准源模块120用于补偿温度变化对于电路输出端104的输出电压的影响。如图3所示,带隙基准源模块120还与电路输出端104和接地端106电连接,从而带隙基准源模块120能够根据来自镜像电流模块110的直流电信号,使电路输出端104的输出电压位于预设基准电压范围内,也即是使得电路输出端104的输出电压随着温度的变化而保持近似稳定。
64.在一些实施方式中,预设基准电压范围可以在1.069v至1.085v之间。可以理解地,根据不同的使用需求,可以设置不同的基准电压值。
65.在一些实施方式中,如图3所示,电路输出端104可以与带隙基准源模块120远离接地端106的一端电连接,电路输出端104用于输出带隙基准源模块120远离接地端106一端的对地电压值。
66.下面对带隙基准源模块120根据来自镜像电流模块110的直流电信号,使电路输出端104的输出电压位于预设基准电压范围内进行举例说明。
67.在一些实施方式中,带隙基准源模块120的电阻值随着温度的变化能够保持近似
稳定。当来自镜像电流模块110的直流电流值保持稳定时,根据欧姆定律u=ir可知,在带隙基准源模块120的阻值r以及来自镜像电流模块110的直流电流值i不变的情况下,带隙基准源模块120两端的电压值u能够保持近似稳定,从而使得电路输出端104的输出电压位于预设基准电压范围。
68.在另一些实施方式中,带隙基准源模块120包括多个元件。一部分元件为正温度系数元件,也即是两端的电压值随着温度的升高而增大。另一部分元件为负温度系数元件,也即是两端的电压值随着温度的升高而减小。通过将正温度系数元件与负温度系数元件串联,并且调节来自镜像电流模块110的直流电流的值,能够使得带隙基准源模块120两端的电压值随着温度的变化而保持近似稳定,从而使得电路输出端104的输出电压位于预设基准电压范围。
69.在一些实施方式中,带隙基准源模块120可以包括晶体管,例如二极管、三极管或者场效应管,也可以包括电阻或者电容等元件。
70.由上述可知,来自镜像电流模块110的直流电信号能够影响带隙基准源模块120两端的电压值,从而影响电路输出端104的输出电压值。而来自镜像电流模块110的直流电信号又受到来自电路输入端102的电信号的影响。这样一来,当来自电路输入端102的电信号发生波动时,会导致镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电信号发生波动,影响电路输出端104的输出电压值。
71.下面对来自电路输入端102的电信号波动对电路输出端104的输出电压产生的影响进行举例说明。在一些实施方式中,电路输入端102与直流供电电源电连接,具体地,直流供电电源可以为5v的直流供电电源。
72.当直流供电电源输出的直流电信号发生波动时,导致镜像电流模块110接收到的直流电信号发生波动。可以理解地,直流电信号的波动等同于交流电信号,从而使得镜像电流模块110能够接收到来自直流供电电源的直流电信号以及交流电信号。
73.而镜像电流模块110接收到的来自带隙基准源模块120的电信号不变,导致来自直流供电电源的电信号与来自带隙基准源模块120的电信号的差值出现了波动,从而引起镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电信号的波动,影响了电路输出端104的输出电压,降低了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
74.为了解决上述技术问题,如图4所示,本发明实施例提供的带隙基准电压源电路100还包括耦合元件108。耦合元件108与电路输入端102和镜像电流模块110电连接,被配置为将来自电路输入端102的交流电信号耦合至镜像电流模块110。
75.具体地,耦合元件108具有通交流隔直流的特性,也即是耦合元件108能够将直流供电电源输出电信号的波动(也即是交流电信号)耦合至镜像电流模块110,而直流供电电源输出的直流电信号无法通过耦合元件108传输至镜像电流模块110。
76.在一些实施方式中,耦合元件108可以为电容或者电感线圈。
77.可以理解地,通过设置耦合元件108与电路输入端102和镜像电流模块110电连接,使得镜像电流模块110不仅能够接收来自电路输入端102的电信号和来自带隙基准源模块120的电信号,还能够接收来自耦合元件108的交流电信号。
78.从而,当直流供电电源输出的电信号发生波动时,耦合元件108能够将电信号的波动(也即是交流电信号)耦合至镜像电流模块110。来自耦合元件108的交流电信号被配置为
对来自带隙基准源模块120的电信号进行补偿,使得补偿后的电信号与直流供电电源直接传输至镜像电流模块110的电信号(包括直流电信号和交流电信号)的差值能够保持近似稳定,减小了直流供电电源输出电信号的波动对镜像电流模块110产生的影响,使得镜像电流模块110向带隙基准源模块120输出的直流电信号能保持近似稳定,从而减小了直流供电电源波动对电路输出端104的输出电压的影响。
79.可以理解地,以电压信号为例,当直流供电电源的电压变化量为δvdd时,电路输出端104输出电压的变化量为δvref,带隙基准电压源电路100的电源抑制比(psrr,power supplyrejection ratio)与δvdd和δvref的比值正相关。也即是δvdd和δvref的比值越大,电源抑制比越大,带隙基准电压源电路100的抗干扰能力越强。相反,δvdd和δvref的比值越小,电源抑制比越小,带隙基准电压源电路100的抗干扰能力越差。
80.在一些实施方式中,当不设置耦合元件108时,电源抑制比随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图5所示。由图5可知,当不设置耦合元件108时,直流供电电源电压波动频率大于106hz后,电源抑制比明显呈下降趋势。
81.在一些实施方式中,当设置耦合元件108时,电源抑制比随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图6所示。由图6可知,通过设置耦合元件108,直流供电电源电压波动频率大于106hz后,电源抑制比仍然能够在一定范围内维持较高的数值。
82.在一些实施方式中,当直流供电电源电压波动频率相同时,如图5中m点和图6中n点所示,电源电压波动频率均为20兆赫(mhz,mega hertz),不设置耦合元件108的带隙基准电压源电路100的电源抑制比约为2.15db(图5中m点),而设置耦合元件108的带隙基准电压源电路100的电源抑制比约为3.17db(图6中n点)。由此可见,通过设置耦合元件108,使得带隙基准电压源电路100的电源抑制比有了明显提高,也即是提高了带隙基准电压源电路100的抗干扰能力,确保了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
83.由上述可知,耦合元件108和带隙基准源模块120均匀镜像电流模块110电连接。在一些实施方式中,如图4所示,耦合元件108和带隙基准源模块120可以电连接之后,再与镜像电流模块110电连接,进一步简化了带隙基准电压源电流100的结构。
84.由上述可知,如图4所示,通过设置耦合元件108与电路输入端102和镜像电流模块110电连接,使得耦合元件108能够将电路输入端102输入的交流电信号(也即是直流供电电源输出电信号的波动)耦合至镜像电流模块110,通过交流电信号对来自带隙基准源模块120的电信号进行补偿,使得补偿后的电信号与来自电路输入端102的电信号(包括直流电信号和交流电信号)的差值保持近似稳定,从而使得镜像电流模块110向带隙基准源模块120输入的直流电信号能够保持近似稳定,减小了直流供电电源输出电信号的波动对镜像电流模块110产生的影响,从而减小了直流供电电源输出电信号的波动对电路输出端104的输出电压造成的影响,提高了带隙基准电压源电路100的电源抑制比,也即是提高了带隙基准电压源电路100的抗干扰能力,从而提高了带隙基准电压源电路100的稳定性,确保了电路输出端104的输出电压能够位于预设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
85.并且,仅仅通过设置耦合元件108,即可实现提高带隙基准电压源电路100的电源抑制比,无需其他复杂的电路结构,简化了带隙基准电压源电路100的电路结构,降低了带隙基准电压源电路100的功耗,从而提高带隙基准电压源电路100的使用性能,同时还能够
降低带隙基准电压源电路100的成本。
86.可选的,如图7所示,耦合元件108为电容f。电容f的第一极f1与电路输入端102电连接,电容f的第二极f2与镜像电流模块110电连接。
87.可以理解地,电容f可以为有机介质电容、无机介质电容或者电解电容等。电容f的第一极f1与电路输入端102电连接,电容f的第二极f2与镜像电流模块110电连接。在一些实施方式中,电容f的第一极f1为正极,电容f的第二极f2为负极。在另一些实施方式中,电容f的第一极f1为负极,电容f的第二极f2为正极。
88.通过设置电容f,使得来自电路输入端102的电信号波动(也即是交流电信号)能够通过电容f被耦合至镜像电流模块110,而直流电信号无法经过电容f,减小了耦合元件108对于带隙基准电压源电路100直流特性的影响,提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
89.并且,仅设置电容f即可实现降低带隙基准电压源电路100电源抑制比的作用,简化了带隙基准电压源电路100的电流结构,并且没有增加带隙基准电压源电路100的静态功耗,进一步降低了带隙基准电压源电路100的功耗。
90.在一些实施方式中,当不考虑交流信号对于电路输出端104的输出电压的影响时,不设置电容f,电路输出端104的输出电压随温度的变化曲线如图8所示。同样不考虑交流信号对于电路输出端104的输出电压的影响,设置电容f(电容f的容量为1pf),电路输出端104的输出电压随温度的变化曲线如图9所示。
91.由此可见,由于电容f具有通交流隔直流的特性,从而设置电容f没有对带隙基准电压源电路100的直流特性造成影响。
92.在一些实施方式中,当温度相同时,如图8中p点和图9中q点所示,温度均为29.31℃,不设置电容f时带隙基准电压源电路100的输出端104输出电压约为1.084v(图8中p点),而设置电容f时带隙基准电压源电路100的输出端104输出电压同样约为1.084v(图9中q点)。
93.在一些实施方式中,可以根据不同的需求,设置不同容量的电容f。
94.由上述可知,镜像电流模块110能够在来自带隙基准源模块120的电信号的控制作用下处于开启状态。可选的,如图10所示,镜像电流模块110包括晶体管112。晶体管112的第一极s与电路输入端102电连接,晶体管112的第二极d与带隙基准源模块120电连接,晶体管112的控制端g与电容f的第二极f2和带隙基准源模块120电连接。
95.可以理解地,晶体管112的第一极s可以为输入端,晶体管112的第二极d可以为输出端。晶体管112的第一极s与电路输入端102电连接,使得晶体管112能够接收来自电路输入端102的电信号。可以理解地,来自电路输入端102的电信号可以包括直流电信号以及交流电信号。晶体管112的第二极d与带隙基准源模块120电连接,使得晶体管112能够在开启状态下,向带隙基准源模块120输入直流电信号。
96.晶体管112的控制端g与电容f的第二极f2电连接,使得晶体管112能够接收来自电容f的交流电信号。并且,晶体管112的控制端g还与带隙基准源模块120电连接,使得晶体管112还能够接收来自带隙基准源模块120的电信号。
97.通过设置晶体管112的控制端g与电路f的第二极f2和带隙基准源模块120电连接,使得来自电容f的交流电信号能够对来自带隙基准源模块120的电信号进行补偿,确保了补
偿后的电信号与来自电路输入端102的电信号(包括直流电信号和交流电信号)的差值保持近似稳定,提高带隙基准电压源电路100的电源抑制比,也即是提高带隙基准电压源电路100的抗干扰能力,从而提高了带隙基准电压源电路100的稳定性,确保了电路输出端104的输出电压能够位于预设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
98.并且,设置镜像电流模块110包括晶体管112,通过控制晶体管112的导通或截止,使得镜像电流模块110能够向带隙基准源模块120输入直流电信号,提高了镜像电流模块110导通或截止的可靠性。在一些实施方式中,晶体管112可以为场效应管或者三极管等。
99.由上述可知,带隙基准源模块120根据来自晶体管112的直流电信号,对电路输出端104的输出电压进行补偿。可选的,如图11所示,带隙基准源模块120包括第一带隙基准元件122和第二带隙基准元件124。第一带隙基准元件122与晶体管112的第二极d电连接,第一带隙基准元件122两端的电压值随着温度的升高而增大。第二带隙基准元件124与第一带隙基准元件122和接地端106电连接,第二带隙基准元件124两端的电压值随着温度的升高而减小。电路输出端104与第一带隙基准元件122远离第二带隙基准元件124的一端电连接,电路输出端104被配置为输出第一带隙基准元件122远离第二带隙基准元件124一端的对地电压值。
100.可以理解地,第一带隙基准元件122两端的电压值随着温度的升高而增大,也即是第一带隙基准元件122为正温度系数补偿元件。第二带隙基准元件124两端的电压值随着温度的升高而减小,也即是第二带隙基准元件124为负温度系数补偿元件。
101.如图11所示,第一带隙基准元件122与晶体管112的第二极d电连接,第二带隙基准元件124与第一带隙基准元件122和接地端106电连接,来自镜像电流模块110的直流电信号能够流经第一带隙基准元件122和第二带隙基准元件124,从而实现带隙基准源模块120能够根据来自镜像电流模块110的直流电信号,使电路输出端104的输出电压位于预设基准电压范围内。
102.在一些实施方式中,如图11所示,可以设置第一带隙基准元件122与第二带隙基准元件124串联,使得带隙基准源模块120两端的电压值随着温度的变化而保持近似稳定。
103.下面对第一带隙基准元件122和第二带隙基准元件124的补偿方式进行举例说明。在一些实施方式中,当温度每升高1℃时,第一带隙基准元件122两端的电压值能够升高u1毫伏,第二带隙基准元件124两端的电压值能够降低u2毫伏。当u1等于u2时,设置第一带隙基准元件122与第二带隙基准元件124串联,并且控制来自镜像电流模块110的直流电信号保持近似稳定,即可使得带隙基准源模块120两端的电压值保持近似稳定。当u1不等于u2时,需要调节来自镜像电流模块110的直流电信号,来使得带隙基准源模块120两端的电压值保持近似稳定。
104.在一些实施方式中,当u1小于u2,并且u2不随着流经第二带隙基准元件124的直流电流的变化而变化时,可以控制来自镜像电流模块110的直流电流随着温度的升高而增大。根据欧姆定律u=ir可知,当第一带隙基准元件122的电阻r不变,电流i随着温度的升高而增大时,第一带隙基准元件122两端的电压值u能够随着温度的升高而进一步增大,也即是u1的值能够进一步增大。这样一来,通过调节第一带隙基准元件122的电阻值或者来自镜像电流模块110的直流电流值,即可使得u1与u2相等,从而使得带隙基准源模块120两端的电压值保持近似稳定。
105.在一些实施方式中,第一带隙基准元件122可以为电阻,第二带隙基准元件124可以为三极管或者场效应管等晶体管。
106.通过设置第一带隙基准元件122和第二带隙基准元件124,进一步减小了温度变化对于电路输出端104的输出电压的影响,实现了带隙基准源模块120对于输出电压的补偿,使得电路输出端104的输出电压能够位于预设基准电压范围内,提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
107.可选的,如图12所示,晶体管112包括第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118,第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的类型相同。
108.在一些实施方式中,第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118可以均为p沟道型场效应管。在另一些实施方式中,第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118也可以均为n沟道型场效应管。
109.如图12所示,第一晶体管114的第一极s1、第二晶体管116的第一极s2和第三晶体管118的第一极s3分别与电路输入端102电连接,使得第一晶体管114的第一极s1、第二晶体管116的第一极s2和第三晶体管118的第一极s3能够分别接收来自电路输入端102的电信号。
110.如图13所示,第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3分别与电容f的第二极f2电连接,使得第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3能够分别接收来自电容f耦合的交流电信号。
111.第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3还分别与带隙基准源模块120电连接,使得第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3还能够分别接收来自带隙基准源模块120的电信号。
112.由上述可知,晶体管112根据来自电路输入端102的电信号、来自电容f的交流电信号以及来自带隙基准源模块120的电信号,向带隙基准源模块120输入直流电信号。由于第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的类型相同,并且第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的不同接口(第一极s、第二极d和控制端g)分别与相同的元器件电连接,从而第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118能够分别向带隙基准源模块120输出相同的直流电信号,使得镜像电流模块110实现输出镜像电流的功能。
113.具体地,如图12所示,带隙基准源模块120还包括第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1和运算放大器op。
114.第一三极管q1的发射极e1与第一晶体管114的第二极d1电连接,第一三极管q1的集电极c1和第一三极管q1的基极b1分别与接地端106电连接,可以理解地,图12中e点的电压为第一三极管q1的发射极e1与第一三极管q1的基极b1之间的电压v
be1

115.第一电阻r1与第二晶体管116的第二极d2电连接,第二三极管q2的发射极e2与第一电阻r1电连接,第二三极管q2的集电极c2和第二三极管q2的基极b2与分别接地端106电连接。可以理解地,图12中g点的电压为第二三极管q2的发射极e2与第二三极管q2的基极b2之间的电压v
be2

116.由上述可知,第一晶体管114和第二晶体管116向带隙基准源模块120输入的直流
电信号相同,也即是流经第一三极管q1和第二三极管q2的电流相同。第二三极管q2的发射结面积为第一三极管q1的发射结面积的n倍,n为大于或等于2的正整数。根据三极管特性可知,当向发射结面积成比例的两个三极管通入相同电流时,第一三极管q1的发射极e1与第一三极管q1的基极b1之间的电压v
be1
,和第二三极管q2的发射极e2与第二三极管q2的基极b2之间的电压v
be2
的差值δv
be
随着温度的升高而增大。在一些实施方式中,当温度每升高1℃时,δv
be
能够增大0.085mv。
117.在一些实施方式中,可以根据不同的使用需求,设置n的不同取值。具体地,n可以为2、3或者4等正整数。
118.在一些实施方式中,第一三极管q1和第二三极管q2均为pnp型三极管。
119.如图12所示,运算放大器op的同相输入端a与第一电阻r1远离第二三极管q2的一端电连接,运算放大器op的反相输入端b与第一三极管q1的发射极e1电连接。根据运算放大器op的虚短特性可知,图12中e点的电压值与图12中f点的电压值相等。由于图12中e点的电压值为第一三极管q1的发射极e1与第一三极管q1的基极b1之间的电压v
be1
,使得图12中f点的电压值同样为第一三极管q1的发射极e1与第一三极管q1的基极b1之间的电压v
be1
。由于图12中g点的电压值为第二三极管q2的发射极e2与第二三极管q2的基极b2之间的电压v
be2
,从而使得第一电阻r1两端的电压值为v
be1
与v
be2
的差值,也即是δv
be
。根据欧姆定律i=u/r可知,当温度升高时,第一电阻r1的阻值不变,第一电阻r1两端的电压值δv
be
增大时,流过第一电阻r1的电流i1随着温度的升高而增大。
120.由上述可知,第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3还分别与带隙基准源模块120电连接,具体地,如图12所示,运算放大器op的输出端d分别与第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3电连接,使得第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118向带隙基准源模块120输出的直流电信号能够相同。
121.第一带隙基准元件122与第三晶体管118的第二极电d3连接,从而使得流经第一带隙基准元件122的电流与流经第一电阻r1的电流能够相同,也即是流经第一带隙基准元件122的电流i1同样随着温度的升高而增大。
122.根据欧姆定律u=ir可知,当第一带隙基准元件122的电阻r不变,电流i1随着温度的升高而增大时,第一带隙基准元件122两端的电压u能够随着温度的升高而增大。由于第二带隙基准元件124两端的电压随着温度的升高而减小,并且第二带隙基准元件124与第一带隙基准元件122串联,使得电路输出端104输出的电压值能够在温度发生变化时保持近似稳定。
123.通过上述设置,使得流经第一带隙基准元件122的电流值能够随着温度的升高而增大,从而通过调节第一带隙基准元件122的电阻值,能够使得第一带隙基准元件122两端的电压值随着温度的升高而增大不同的数值,提高了带隙基准电压源电路100的使用灵活性,确保了电路输出端104的输出电压能够位于预设基准电压范围内,进一步提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
124.由上述可知,电容f的第二极f2和运算放大器op的输出端d均与第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3电连接。可选的,如图13所示,运算放大器op的输出端d与电容的第二极f2电连接。
125.可以理解地,运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接之后,再分别与第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3电连接,从而使得电容f的第二极f2和运算放大器op的输出端d均能够与第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3电连接,进一步简化了带隙基准电压源电路100的电路结构。
126.并且,设置运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接,也即是在运算放大器op的输出端d与直流供电电源之间串联了电容f。由于直流供电电源的波动相当于交流电信号,对于运算放大器op而言,相当于在运算放大器op的输出端d与交流地之间串联了电容f,从而增大了运算放大器op的输出端d与交流地之间的电容容量。而运算放大器op的输出端d与交流地之间的电阻值不变,根据极点频率的计算公式f=1/(r
×
c)可知,当电阻值r不变,电容容量c增大时,极点频率f减小。
127.根据运算放大器op的特性可知,当极点频率减小时,运算放大器op的增益减小。由于运算运算放大器op增益与带宽的乘积不变,从而当增益减小时,运算放大器op的带宽增大,使得运算放大器op的相位裕度增大,提高运算放大器op的稳定性,进一步提高带隙基准电压源电路100的稳定性。在一些实施方式中,运算放大器op的相位裕度能够达到60
°
左右。
128.在一些实施方式中,当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2断开电连接时,带隙基准电压源电路100的相位移随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图14所示。
129.在一些实施方式中,当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接时,带隙基准电压源电路100的相位移随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图15所示。
130.当直流供电电源电压波动频率相同时,如图14中h点和图15中k点所示,直流供电电源电压波动频率约为106hz,运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2断开电连接,带隙基准电压源电路100的相位移约为-90.2deg(图14中h点,deg表示角度数),而当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接时,带隙基准电压源电路100的相位移约为-87.45deg(图15中k点)。由此可见,通过设置当运算放大器op的输出端d与电容的第二极f2电连接,能够进一步提高带隙基准电压源电路100的稳定性。
131.由上述可知,晶体管112能够向带隙基准源模块120输入镜像电流。可选的,晶体管112为场效应管。
132.可以理解地,设置晶体管112为场效应管,能够进一步提高晶体管112开启或关闭的可靠性,确保了晶体管112向第一三极管q1、第二三极管q2和第一带隙基准元件122输入的直流电流能够相同,从而提高了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
133.可选的,场效应管为p沟道型场效应管。
134.设置场效应管为p沟道型场效应管,使得p沟道型场效应管能够在来自运算放大器op的输出端d的电压信号以及来自电路输入端102的电压信号的作用下导通,并且在导通状态下,能够向第一三极管q1、第二三极管q2以及第一带隙基准元件122输入直流电流,进一步提高了场效应管导通或截止的可靠性,确保了带隙基准电压源电路100的运行可靠性。
135.由上述可知,第一带隙基准元件122两端的电压值随着温度的升高而增大,第二带隙基准元件124两端的电压值随着温度的升高而减小。可选的,如图13所示,第一带隙基准元件122为第二电阻r2,第二带隙基准元件124为第三三极管q3。第三三极管q3的发射极e3
与第二电阻r2电连接,第三三极管q3的集电极c3和第三三极管q3的基极b3与分别接地端106电连接。
136.可以理解地,第二电阻r2与第一电阻r1的阻值可以相同,也可以不同。流经第二电阻r2的电流i1随着温度的升高而增大,根据欧姆定律u=ir可知,第二电阻r2两端的电压值能够随着温度的升高而增大。
137.根据三极管特性可知,三级管发射极与基极之间的电压v
be
随着温度的升高而减小,也即是第三三极管q3的发射极e3与第三三极管q3的基极b3之间的电压v
be3
随着温度的升高而减小。在一些实施方式中,温度每升高1℃,第三三极管q3的发射极e3与第三三极管q3的基极b3之间的电压v
be3
能够减小2mv。这样一来,通过调节第二电阻r2的阻值,即可使得电路输出端104的输出电压在预设基准电压范围内,也即是使得电路输出端104的输出电压随着温度的变化而保持近似稳定,提高了带隙基准电压源电路100的使用灵活性,确保了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
138.可以理解地,第三三极管q3也为pnp型三极管。在一些实施方式中,第三三极管q3的发射结面积可以与第一三极管q1的发射结面积或者第二三极管q2的发射结面积相同。在另一些实施方式中,第三三极管q3的发射结面积可以与第一三极管q1的发射结面积和第二三极管q2的发射结面积均不同。
139.可选的,第一电阻r1和第二电阻r2中至少之一为可调电阻。
140.设置第一电阻r1和第二电阻r2中至少之一为可调电阻,从而通过调节第一电阻r1的阻值,能够对流经第一电阻r1和流经第二电阻r2的电流值起到调节作用。通过调节第二电阻r2的阻值,能够对第二电阻r2两端的电压值起到调节作用,进一步提高了带隙基准电压源电路100的使用灵活性。
141.第二方面,如图2所示,本发明实施例提供了一种集成电路200,包括功能电路210和如上述的带隙基准电压源电路100,带隙基准电压源电路100与功能电路210电连接。功能电路210包括模数转换电路、直流交流转换电路和比较电路中至少之一。
142.本发明实施例提供的集成电路200包括上述的带隙基准电压源电路100,因此具有上述的全部有益效果,在此不再赘述。
143.可以理解地,功能电路210包括转换电路、直流交流转换电路和比较电路中至少之一。功能电路210与带隙基准电压源电路100电连接,从而带隙基准电压源电路100能够为功能电路提供可靠的基准电压,使得功能电路210能够实现对于电信号的模数转换处理、直流交流转换处理或者比较处理,提高了集成电路200的适用性。
144.在一些实施方式中,功能电路210的数量可以为多个,多个功能电路210用于对电信号进行不同的处理。
145.第三方面,如图1所示,本发明实施例提供了一种电子设备300,包括电路板310和如上述的集成电路200。集成电路200置于电路板310上。
146.本发明实施例提供的电子设备300包括上述的集成电路200,因此具有上述的全部有益效果,在此不再赘述。
147.在一些实施方式中,电子设备300可以为模数转换器、直流交流转换器或者比较器等,也可以为包括模数转换器、直流交流转换器或者比较器的其他电子设备300,例如手机、电脑或者视频监控设备。
148.具体地,电路板310可以为pcb板,集成电路200可以通过刻蚀的方式,置于电路板310上。在一些实施方式中,集成电路200的数量可以为多个,多个集成电路200可以置于同一个电路板310上,也可以置于多个不同的电路板310上。
149.在一个具体实施例中,如图16所示,提供了一种带隙基准电压源电路100,带隙基准电压源电路100用于输出随温度变化能够保持近似稳定的电压。
150.具体地,带隙基准电压源电路100包括电路输入端102,电路输入端102为5v的直流供电电源。第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118分别与直流供电电源电连接。具体地,第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118均为p沟道型场效应管。
151.可以理解地,第一晶体管114包括第一极s1(也即是源极)、第二极d1(也即是漏极)和控制端g1(也即是栅极)。第二晶体管116包括第一极s2(也即是源极)、第二极d2(也即是漏极)和控制端g2(也即是栅极)。第三晶体管118包括第一极s3(也即是源极)、第二极d3(也即是漏极)和控制端g3(也即是栅极)。直流供电电源分别与第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的源极电连接。
152.带隙基准电压源电路100还包括第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3。具体地,第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3均为pnp型三极管。如图16所示,第一三极管q1的发射极e1与第一晶体管114的漏极电连接,第一三极管q1的集电极c1和第一三极管q1的基极b1与接地端106电连接。第一电阻r1与第二晶体管116的漏极电连接,第二三极管q2的发射极e2与第一电阻r1电连接,第二三极管q2的集电极c2和第二三极管q2的基极b2与接地端106电连接。第二电阻r2与第三晶体管118的漏极电连接,第三三极管q3的发射极e3与第二电阻r2电连接,第三三极管q3的集电极c3和第三三极管q3的基极b3与接地端106电连接。带隙基准电压源电路100的电路输出端104与第二电阻r2远离第三三极管q3的一端电连接,电路输出端104用于输出第三晶体管118漏极的对地电压值。
153.带隙基准电压源电路100还包括运算放大器op,如图16所示,运算放大器op的同相输入端a与第一电阻r1远离第二三极管q2的一端电连接,运算放大器op的反向输入端b与第一三极管q1的发射极e1电连接。运算放大器op的输出端d分别与第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的栅极电连接。
154.可以理解地,当运算放大器op输入电压值与直流供电电源的输入电压值与的差值小于设定阈值时,也即是p沟道型场效应管的栅极电压vg与源极电压vs的差值vgs小于设定阈值时,p沟道型场效应管导通。p沟道型场效应管导通时,漏极能够向第一三极管q1、第二三极管q2以及第三三极管q3输入直流电流。由于第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的源极分别与直流供电电源电连接,栅极分别与运算放大器op的输出端d电连接,从而流经第一三极管q1、第二三极管q2以及第三三极管q3的直流电流相等。
155.具体地,第二三极管q2的发射结面积为第一三极管q1发射结面积的n倍,n为大于或等于2的正整数。根据三极管特性可知,向发射结面积成比例的两个三极管通入相同的电流时,第一三极管q1的发射极e1与第一三极管q1的基极b1之间的电压v
be1
与第二三极管q2的发射极e2与第二三极管q2的基极b2之间的电压v
be2
的差值δv
be
随着温度的升高而增大。可以理解地,图16中e点的电压值为v
be1
,根据运算放大器op的虚短特性可知,f点的电压值与e点的电压值相等,也为v
be1
,g点的电压值为v
be2
,从而使得第一电阻r1两端的电压值为v
be1
与v
be2
的差值为δv
be
。根据欧姆定律i=u/r可知,当温度升高时,第一电阻r1的阻值不
变,第一电阻r1两端的电压值δv
be
增大,从而流过第一电阻r1的电流i1随着温度的升高而增大。
156.由于流经第二电阻r2的电流与流经第一电阻r1的电流相同,从而流经第二电阻r2的电流也随着温度的升高而增大。根据欧姆定律u=ir可知,第二电阻r2两端的电压随着温度的升高而增大。根据三极管特性可知,第三三极管q3的发射极e3与第三三极管q3的基极b3之间的电压v
be3
随着温度的升高而减小。如图16所示,第三三极管q3与第二电阻r2串联,从而通过调节第二电阻r2的阻值,能够使得第二电阻r2和第三三极管q3两端的电压随着温度的变化而保持近似稳定,从而使得电路输出端104输出的电压值能够随着温度的变化保持近似稳定。
157.但是,直流供电电源提供的电压通常会存在波动,导致p沟道型场效应管的栅极与源极之间的电压vgs发生波动,从而导致p沟道型场效应管漏极输出的电流发生波动,影响了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
158.为了解决上述技术问题,如图13所示,本发明提供的带隙基准电压源电路100还包括耦合元件108,具体地,耦合元件108为电容f。电容f与运算放大器op的输出端d电连接之后,分别与第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的栅极电连接。电容f还与和直流供电电源电连接。
159.可以理解地,当直流供电电源提供的电压发生波动时,波动能够相当于交流电信号。根据电容f通交流阻直流的特性可知,波动能够被电容f耦合至第一晶体管114、第二晶体管116和第三晶体管118的栅极,从而栅极的电压vg同样能够发生波动,使得栅极的电压vg与源极的电压vs之间的差值能够保持近似稳定,也即是使得vgs能够保持近似稳定,从而使得漏极的输出电流能够保持近似稳定,提高了带隙基准电压源电路100的电源抑制比,也即是提高了带隙基准电压源电路100的抗干扰能力,提高了带隙基准电压源电路100的使用稳定性,确保了带隙基准电压源电路100的使用可靠性。
160.并且,通过设置电容f,即可实现提高带隙基准电压源电路100的电源抑制比,无需复杂的电流结构,简化了带隙基准电压源电路100的电路结构,同时没有引入静态功耗,进一步降低带隙基准电压源电路100的功耗,提高带隙基准电压源电路100的使用性能。
161.具体地,当不设置电容f时,电源抑制比随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图5所示。当设置电容f时(电容f的容量为1pf),电源抑制比随直流供电电源电压波动频率的变化曲线如图6所示。由此可见,设置电容f能够明显提高带隙基准电压源电路100的电源抑制比。
162.并且,由于直流电无法通过电容f,从而设置电容f对带隙基准电压源电路100的直流特性没有影响。具体地,在不考虑交流信号对输出电压的影响时,不设置电容f,带隙基准电压源电路100的输出电压随温度的变化曲线如图8所示。在不考虑交流信号对输出电压的影响时,设置电容f(电容f的容量为1pf),带隙基准电压源电路100的输出电压随温度的变化曲线如图9所示。由此可见,设置电容f没有影响带隙基准电压源电路100的直流特性。
163.并且,运算放大器op的输出端d与电容f电连接之后,再分别与第一晶体管114的控制端g1、第二晶体管116的控制端g2和第三晶体管118的控制端g3电连接,也即是在运算放大器op的输出端d与直流供电电源之间串联了电容f。由于直流供电电源的输出电压的波动相当于交流信号,对于运算放大器op而言,相当于在运算放大器op的输出端d与交流地之间
串联了电容f,从而增大了运算放大器op的输出端d与交流地之间的电容容量。而运算放大器op与的输出端d与交流地之间的电阻值不变,根据极点频率的计算公式f=1/(r
×
c)可知,当电阻值r不变,电容容量c增大时,极点频率减小,从而能够增大运算放大器op的相位裕度,提高运算放大器op的稳定性,进一步提高带隙基准电压源电路100的稳定性。
164.具体地,当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2断开电连接时,带隙基准电压源电路100的相位移随直流供电电源电压波动频率的变化如图14所示。当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接时,带隙基准电压源电路100的相位移随直流供电电源电压波动频率的变化如图15所示。由此可见,通过设置当运算放大器op的输出端d与电容f的第二极f2电连接,能够进一步提高带隙基准电压源电路100的稳定性。
165.在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
166.以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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