专利名称：电压基准电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源电路，特别涉及一种电压基准电路。
背景技术：
电源管理集成电路离不开电压基准电路，在过去的三十多年，电源集成电路中电 压基准依靠能隙电压基准源经久不衰。传统的能隙电压基准源Vbg —般由VBE+nVT 二部分 组成，Vbe是负温度系数双极型晶体管(BJT)的基极与发射极电压，Vt是正温度系数恒定电 流源的等效热电压，η为比例系数，η > 1。Vbg受到双极型晶体管的基极与发射极电压Vbe 约0. 7V的限制，加上η倍的正温度系数恒定电流源的等效热电压VT，Vt与正温度系数恒定 电流源中的同类型比例双极型晶体管电路中的两个BJT管的基极与发射极电压的差AVbe 线性相关，故输出电压基准也可表达为VBE+ni Δ Vbe组成，H1为大于1的常数，输出电压基准 值约1.2V，它是一种稳定可靠的不随温度变化的基准电压。在实际电路设计中常把能隙电 压基准再通过电阻网络分压或倍压得到各种不同的基准电压。通常金属氧化物半导体场效应管(MOS)电路实现传统的零温度系数能隙电压基 准电路有二种。一种如图1所示，它是由同类型比例BJT管电路20、MOS比例电流镜5、运算放大 器18和输出部分第二电阻R2、第八BJT管Τ8等组成。MOS管比例电流镜部分5由P沟道 金属氧化物场效应管(PMOS)第一 MOS管Tl、第二 MOS管Τ2、第三MOS管Τ3组成，其中第一 MOS管Tl、第二 MOS管Τ2与第三MOS管Τ3的宽长比例为1 1 K，K是比例常数。它们 的源极(S)都接电压源Vdd，它们的栅极(G)都连在一起接运算放大器18输出端，第一 MOS 管Tl管的漏极(D)通过第六BJT管T6的PN结接地，第二 MOS管T2管的漏极连接第一电 阻Rl到第七BJT管T7的PN结正极，第七BJT管T7的PN结负极接地，第三MOS管T3管的 漏极连接电压基准Vref输出端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2另一端通过第八BJT管 T8的PN结接地。运算放大器18负输入端连接第一 MOS管Tl的漏极和第六BJT管T6的正 极，正输入端连接第二 MOS管T2的漏极。同类型比例BJT管电路20由第六BJT管T6、第 七BJT管T7和第一电阻Rl组成，其中有效发射区面积第七BJT管T7是第六BJT管T6的 N倍(N> 1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都连接成PN结构。输出部分的第八BJT管T8 也连接成PN结构。该零温度系数能隙电压基准电路是利用运算放大器、MOS比例电流镜结 合同类型比例双极型晶体管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差
AV V - V
第一电阻Rl上产生与温度成正比例系数的恒定电流尔如=—f- = BE6D1 BE7，Vbe6为第
K\Ki
六BJT管Τ6的基极与发射极电压、Vbe7为第七BJT管Τ7的基极与发射极电压，该正温度特 性电流通过MOS比例电流镜相应的比例K在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2 =K*Iptat*R2，而双极晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压Vbe8是负温度系数电压， 当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的电压基准Vref =K*Iptat*R2+VBE8，而这电压正好接近半导体的能隙电压约1. 2伏。
另一种如图2所示，它是由同类型比例双极型晶体管(BJT)电路20、M0S比例电流 镜5及正反馈启动电路和输出部分第二电阻R2、第八BJT管T8等组成。MOS管比例电流镜 5及正反馈启动电路由PMOS (P沟道金属氧化物场效应管)第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2、 第三MOS管T3以及匹配NMOS (N沟道金属氧化物场效应管)第四MOS管、NMOS第五MOS管 组成，其中第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 K，K是比 例常数。它们的源极⑶都接电压源Vdd，它们的栅极(G)都连在一起接NMOS第五MOS管 T5的漏极，并且第二 MOS管T2的栅漏极短接，第一 MOS管Tl管的漏极⑶连接NMOS第四 MOS管T4的漏极和栅极，第四MOS管T4、第五MOS管T5的栅极短接形成偏置节点，第一 MOS 管Tl、第二 MOS管T2和第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路。第三MOS管 T3的漏极连接电压基准Vref输出端和第二电阻R2 —端，第二电阻R2另一端通过第八BJT 管T8的PN结接地。同类型比例BJT管电路20由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电 阻Rl组成，其中发射区面积第七BJT管T7是第六BJT管T6的N倍(N > 1)，第一电阻Rl 一端连接第五MOS管T5的源极，另一端连接到第七BJT管T7的PN结正极，第七BJT管T7 的负极接地，第六BJT管T6的PN结正极连接第四MOS管T4的源极，第六BJT管T6的PN 结负极接地。该零温度系数能隙电压基准电路是利用正反馈启动电路结构、MOS比例电流镜 再结合同类型比例双极晶体管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差AVbe
在第一电阻Rl上产生与温度成正比例系数的恒定电流/ptof = ^f- = Vbe6 “ Vbe7，Vbe6为
KlRl
第六BJT管T6的基极与发射极电压、Vbe7为第七BJT管T7的基极与发射极电压，该正温度 特性电流通过比例电流镜相应的比例在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2 = K*Iptat*R2，而双极型晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压Vbe8是负温度系数电压， 当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的电压基准Vref =K*Iptat*R2+VBE8，而这电压正好接近半导体的能隙电压约1. 2伏。以上所述是传统常用的与温度变化无关的能隙电压基准源实现方法，其特点 Vref = VBE+ni Δ VBE，Vref = VBE+nVT,(其中H1和η是比例系数，为大于1的常数)。Vref总 是要大于BJT管基极与发射极电压Vbe，故它受到BJT管基极与发射极电压Vbe约0. 7V的限 制，BJT管基极与发射极电压Vbe的负温度系数约为-2mV/°C，正温度系数恒定电流源的等效 热电压Vt的正温度系数约0. 086mV/°C，正温度系数恒定电流源的等效热电压Vt又与正温 度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的基极与发射 极电压的差Δ Vbe线性相关，故输出电压基准要达到稳定可靠的不随温度变化的电压，则正 负温度系数要相互抵消，只有在固定的能隙电压基准一定范围内输出电压接近零温漂。当 工艺一定，管子匹配，图1、图2中的输出电压基准Vref接近能隙电压基准源Vbg，基本就固 定在1.2伏附近。Vbg(Bandgap voltage reference)表示能隙电压基准源，用于产生1. 2V 左右的与温度变化无关的基准电压，当把第二电阻R2加大，则输出电压增加，但其温度特 性会偏向正温度系数变化，同理当把第二电阻R2减小，则输出电压降低，但其温度特性会 偏向负温度系数变化。图3所示是双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下通常采用的能隙 电压基准电路原理图，它由正温度系数恒定电流源电路5、输出电阻Ro和BJT管9组 成。正温度系数恒定电流源电路5向上连接电压源Vdd，向下连接电压基准Vref输出端和输出电阻Ro的一端，输出电阻R0的另一端连接BJT管的PN结正极，BJT管的PN结
AV
负极连接地。从图3可推出电压基准Vref=k*Iptat*Ro + VBE=k*^^*Ro +彻，当
Rl
Ro 5AV 3V
‘+ ^ = Vref就是零温度系数的电压基准，其中k为比例常数， Rl οι 5T
Iptat为正温度系数恒定电流，Vbe为BJT管的基极与发射极电压，AVbe为正温度系数恒定 电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的基极与发射极电压的 差，Rl为图1、图2所示电路中的第一电阻，T为温度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电压基准电路，所述电压基准电路能实现连 续可调的零温漂电压基准源，适合B⑶(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺实现。为解决上述技术问题，本发明的电压基准电路包括一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温 度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源 输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只 与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref = kl*Iptat+k2*ICtat，其中Iref为流经可 调输出电阻的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电 流，kl是比例常数，k2是比例常数；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通 过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的电阻值的零温度系数可调电压基准 源 Vref。所述负温度系数恒定电流源，可以是，包括NPN第八BJT管，分压电阻第三电阻、第 四电阻，匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管，第五电阻，以及偏置电路；所述匹配PMOS 第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽长完全一致，第九MOS管的源极与第八BJT管的集电极、 第五电阻的一端相连到电压源，第九MOS管的漏极连接第八BJT管的基极并向下与第三电 阻的一端相连，第三电阻另一端接第四电阻的一端并连接第九MOS管的栅极，第四电阻的 另一端与第八BJT管的发射极和第十MOS管的栅极连接，并与偏置电路相连，第十MOS管的 源极接第五电阻的另一端，漏极接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端。所述负温度系数恒定电流源，还可以是，包括PNP第八BJT管，分压电阻第三电阻、 第四电阻，NMOS第九MOS管，PMOS第十MOS管，第五电阻以及偏置电路；第四电阻的一端、 PNP第八BJT管的发射极、第五电阻的一端连到电压源，第四电阻的另一端接第三电阻的一 端，第三电阻的另一端接NMOS第九MOS管的漏极和PNP第八BJT管的基极，第四电阻的另 一端并与NMOS第九MOS管的栅极相连，NMOS第九MOS管的源极与PNP第八BJT管的集电 极、PMOS第十MOS管的栅极以及偏置电路相连，PMOS管第十MOS管的源极接第五电阻的另 一端，漏极接可调输出电阻并作为电压基准Vref输出端。本发明的电压基准电路电路，利用双极型晶体管基极与发射极电压Vbe及一组电 路实现温度系数为负值的恒定输出电流Ictat和利用同类型比例BJT的两个BJT管的基极 与发射极电压的差Δ Vbe及一组电路形成温度系数为正值的恒定输出电流Iptat，二者通过 一定比例叠加得到一个只与电阻温度系数有关的恒定输出电流源Iref，再通过可调输出电阻从而产生一个正比于电阻值的零温度系数可调基准电压源Vref，由于可调输出电阻连续 可调，所以基准电压也连续可调，不管实际电压偏大还是偏小，温度系数都接近零，可灵活 应用于双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下的所有基准电压电路设计。
图1是传统的能隙电压基准源实现电路一；图2是传统的能隙电压基准源实现电路二 ；图3是传统的能隙电压基准源原理图；图4是本发明的电压基准电路原理图；图5是本发明使用正反馈电路结构的电压基准电路；图6是本发明使用运放电路结构的电压基准电路；图7是本发明使用正反馈电路结构和负温度系数恒定电流源的偏置电路为电阻 的电压基准电路；图8是本发明使用正反馈电路结构和同类型比例BJT管电路为PNP的电压基准电 路；图9是本发明使用正反馈电路结构和负温度系数恒定电流源变形的电压基准电 路；图10是本发明使用运放结构和负温度系数恒定电流源变形的电压基准电路。
具体实施例方式本发明的电压基准电路的电路原理如图4所示，它包括一正温度系数恒定电流 源10，一负温度系数恒定电流源11，一可调输出电阻Ro ；所述正温度系数恒定电流源10 与负温度系数恒定电流源11并联，向上连接电压源Vdd，向下连接电压基准源Vref输出 端和可调输出电阻Ro的一端，可调输出电阻Ro的另一端连接地；所述二不同温度系数 恒定电流源按照一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref = kl*Iptat+k2*ICtat，其中Iref为流经可调输出电阻Ro的恒定输出电流源，Iptat为正温 度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，kl与k2是比例常数，kl与k2满足等式
k\ * + kl * ^^ = 0 ；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述 ουοι
可调输出电阻Ro产生一个正比于可调输出电阻Ro的电阻值的零温度系数可调电压基准源 Vref0Vref = (kl*Iptat+k2*Ictat)*Ro,当++k2*^^*R0 + k2*l*ICtat =0 时， ο 3 5Γ3Γ
Vref就是零温度系数的电压基准。T为温度。本发明的电压基准电路的实施例一电路如图5所示，是双极型晶体管和金属氧化 物场效应管兼容工艺下一种新颖可调的零温漂电压基准电路，它包括正温度系数恒定电流 源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。正温度系数恒定电流源10采用图2 的正反馈启动电路结构，包括同类型比例BJT管电路20、M0S比例电流镜5及正反馈启动电 路；所述MOS比例电流镜5及正反馈启动电路包括PMOS第一 MOS管Tl、PMOS第二 MOS管T2、PMOS第三MOS管T3，以及匹配匪OS第四MOS管T4、匪OS第五MOS管T5，其中第一 MOS 管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 kl，kl为比例常数，它们的 源极都接电压源Vdd，它们的栅极都连接第五MOS管T5的漏极，并且第二 MOS管T2的栅漏 极短接，第一 MOS管Tl的漏极连接第四MOS管T4的漏极和栅极，第四MOS管T4、第五MOS 管T5的宽长比例为1 1，第四MOS管T4、第五MOS管T5的栅极短接形成偏置，第一 MOS 管Tl、第二 MOS管T2和第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路结构，第三MOS 管T3的漏极连接所述可调输出电阻Ro作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT 管电路20包括NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7和第一电阻Rl，其中第七BJT管T7 的有效发射区面积是第六BJT管T6的N倍(N > 1)，第一电阻Rl —端向上连接第五MOS管 T5的源极，另一端连接到第七BJT管T7的集电极和基极，第七BJT管T7的发射极接地，第 六BJT管T6的集电极和基极连接第四MOS管T4的源极，第六BJT管T6的发射极接地。负 温度系数恒定电流源11包括NPN第八BJT管T8及分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，精 密匹配PMOS第九MOS管T9、PM0S第十MOS管T10，PM0S第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽 长完全一致，第五电阻R5以及偏置电路NMOS第i^一 MOS管Tll，匹配PMOS第九MOS管T9 的源极与NPN第八BJT管T8的集电极、第五电阻R5的一端相连到电压源Vdd，第九MOS管 T9的漏极连接第八BJT管T8的基极并向下与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3另一 端接第四电阻R4的一端并连接第九MOS管T9的栅极，第四电阻R4的另一端与第八BJT管 T8的发射极和第十MOS管TlO的栅极连接，并与偏置电路第十一 MOS管Tll的漏极相连， 第十一 MOS管Tll的源极接地，栅极接偏置电压Vbias，第十MOS管TlO的源极接第五电阻 R5的另一端，漏极接可调输出电阻Ro并作为电压基准Vref输出端，可调输出电阻Ro的另 一端接地。 本发明的电压基准电路的实施例二电路如图6所示，它包括正温度系数恒定电流 源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。图6与图5的区别在正温度系数恒 定电流源10，图5采用图2的正反馈启动电路结构，图6采用图1的运算放大器结构。该正 温度系数恒定电流源10包括同类型比例BJT管电路20、MOS管比例电流镜5、运算放大器 18。MOS管比例电流镜5包括PMOS第一 MOS管Tl、PMOS第二 MOS管T2、PMOS第三MOS管 T3，其中第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 kl，kl为常 数，它们的源极都接电压源Vdd，它们的栅极都连在一起接运算放大器18输出端，第一 MOS 管Tl的漏极连接同类型比例BJT管电路NPN第六BJT管T6的集电极和基极，第六BJT管 T6的发射极接地，第二 MOS管T2的漏极连接第一电阻Rl的一端，第一电阻Rl的另一端接 NPN第七BJT管T7的集电极和基极，第七BJT管T7的发射极接地，第三MOS管T3的漏极 连接电压基准源Vref输出端。运算放大器18负输入端连接第一 MOS管Tl的漏极和第六 BJT管T6的集电极和基极，正输入端连接第二 MOS管T2的漏极和第一电阻Rl的一端。同 类型比例BJT管电路20包括NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7和第一电阻Rl，其中第 七BJT管T7的有效发射极面积是第六BJT管T6的N倍(N > 1)，第六BJT管T6、第七BJT 管T7都是基极和集电极短接连接成二极管PN结构。负温度系数恒定电流源11由NPN第 八BJT管T8，分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，精密匹配PMOS第九MOS管T9、PM0S第十 MOS管T10、第五电阻R5以及偏置电路NMOS第—^一 MOS管Tll ；匹配PMOS管第九MOS管T9 的源极与NPN管第八BJT管T8的集电极、第五电阻R5的一端相连到电压源Vdd，第九MOS管T9的漏极连接NPN第八BJT管T8的基极，并向下与第三电阻R3的一端相连，第三电阻 R3的另一端接第四电阻R4的一端及第九MOS管T9的栅极，第四电阻R4的另一端与NPN第 八BJT管T8的发射极和匹配PMOS第十MOS管TlO的栅极相连接，并与偏置电路第i^一 MOS 管Tll的漏极相连，第十一 MOS管Tll的源极接地，栅极接偏置电压Vbias，第十MOS管TlO 的源极接第五电阻R5的另一端，第十MOS管TlO的漏极接可调输出电阻Ro并作为电压基 准Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端接地。本发明的电压基准电路的实施例三如图8所示，图8所示电路是由图5改变而来， 它们的差异在正温度系数恒定电流源10，图5中的同类型比例BJT管电路20包括基极和集 电极短接的NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7，而图8中的同类型比例BJT管电路20 的包括基极和集电极短接地的PNP第六BJT管T6、PNP第七BJT管T7，第六BJT管T6、第七 BJT管T7的基极、集电极同地短接，PNP第六BJT管T6的发射极接第四MOS管T4的源极， PNP第七BJT管T7的发射极接第一电阻Rl的另一端，第七BJT管T7的有效发射极面积是 第六BJT管T6的N倍(N > 1)。本发明的电压基准电路的实施例四电路如图9所示，图9所示电路实例是图5的 变形电路。它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻 Ro。正温度系数恒定电流源10采用图2的正反馈启动电路结构，它包括同类型比例BJT管 电路20、MOS管比例电流镜5及正反馈启动电路。MOS比例电流镜5及正反馈启动电路包 括PMOS (P沟道金属氧化物场效应管)第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2、第三MOS管T3，其中 第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 kl，它们的源极都 接电压源Vdd，它们的栅极都连在一起连接NMOS第五MOS管T5的漏极，并且第五MOS管T2 的栅漏极短接，第一 MOS管Tl的漏极连接NMOS第四MOS管T4的漏极和栅极，匹配NMOS第 四MOS管T4、NMOS第五MOS管T5的栅极短接形成偏置，第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2和 第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路结构。第三MOS管T3的漏极连接到电 压基准源Vref输出端。同类型比例BJT管电路20包括PNP第六BJT管T6、PNP第七BJT 管T7和第一电阻R1，其中第七BJT管T7的有效发射极面积是第六BJT管T6的N倍(N > 1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7基极和集电极分别短接到地，第一电阻Rl —端向上连接 第五MOS管T5的源极，另一端连接到PNP第七BJT管T7的发射极，PNP第六BJT管T6的 发射极连接第四MOS管T4的源极。负温度系数恒定电流源11包括PNP第八BJT管T8，分 压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，NMOS第九MOS管T9，PMOS第十MOS管T10，第五电阻R5 以及偏置电路第十一 MOS管T11。第四电阻R4的一端、PNP第八BJT管T8的发射极、第五 电阻R5的一端连到电压源Vdd，第四电阻R4的另一端接第三电阻R3的一端，第三电阻R3 的另一端接NMOS第九MOS管T9的漏极和PNP第八BJT管T8的基极，第四电阻R4的另一 端并与NMOS第九MOS管T9的栅极相连，NMOS第九MOS管T9的源极与PNP第八BJT管T8 的集电极以及PMOS第十MOS管TlO的栅极相连，并与偏置电路NMOS第八MOS管Tll的漏 极相连，NMOS第i^一 MOS管Tll的源极接地，第i^一 MOS管Tll的栅极接偏置电压Vbias， PMOS第十MOS管TlO的源极接第五电阻R5的另一端，第十MOS管TlO的漏极接可调输出电 阻Ro并作为电压基准源Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端接地。本发明的电压基准电路的实施例五电路如图10所示，图10所示电路是图6的另 一种变形电路。它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电
10阻Ro。它与图9的差异在正温度系数恒定电流源10，图9采用了正反馈启动电路结构，图 10采用了运算放大器结构，原理同，略。在图5、图6、图8、图9所示的电路中，负温度系数恒定电流源11的偏置电路可以 选用NMOS管或PMOS管，只是所给偏置电压不同，也可以用适当的电阻，如图7所示，负温度 系数恒定电流源电路部分11的偏置电路是第六电阻R6。对于图5、图6、图7的NPN第七 BJT管T7和第一电阻Rl的位置可互换，不影响电路性能，第七BJT管T7的集电极和基极 接第五MOS管T5的源极，第七BJT管T7的发射极接第一电阻Rl —端，第一电阻Rl另一端 接地。各电路中正温度系数恒定电流源中的同类型比例BJT管电路中的第六BJT管、第七 BJT管和第一电阻，只是要求第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地 之间，第六BJT管的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间即可，第六BJT管、第七BJT管 可以是NPN管，也可以是PNP管。图5到图10都是从图4原理图衍生而来，它们都包括正温度系数恒定电流源10、 负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻R0三大部分。各自区别在于采用不同的正温度 系数恒定电流源10、不同的负温度系数恒定电流源11组合，虽然电路不尽相同，但最终实 现的功能是一样的。图5、图6和图7中第六BJT管T6、第七BJT管T7、第八BJT管T8由 于都是同类型的比例NPN管，它们电路的温度系数调节是线性相同的，图8由于正温度系数 电流源10产生Δ Vbe是PNP管，故其参数略有不同。图9和图10所示电路负温度系数恒定 电流源11的第九MOS管Τ9、第十MOS管TlO是不同类型的，故其栅源电压Vgs不同，不能 抵消，所以温度系数调节比较复杂。总之这些电路都是先通过电路设计把正温度系数恒定 电流源和负温度系数恒定电流源按特定比例叠加，实现只与电阻温度系数相关的恒定电流 源，通过可调输出电阻Ro实现可调的零温度系数的电压基准源，由于可调输出电阻Ro连续 可调，所以基准电压也连续可调，可灵活应用于双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容 工艺下的所有基准电压电路设计。当去掉可调输出电阻Ro时，可直接作为只与电阻温度系 数相关的恒定电流基准源用。图5到图8中的负温度系数恒定电流源的负温度系数电流k2*Ictat由第 三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第八BJT管T8的基极与射极电压Vbe8决定，
R4
如=(r3 + r4)r5*F^8;图5、图6、图7和图8电路参数特定比例关系满足条件
-^I-* In(N)* Ro+^ , 、、*Ro=0 L0035」 5Γ Rl \ 7dr (r3+r4)r5.其中Rl为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为第三电 阻可调输出电阻，第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 kl，同类型比例BJT管电路第 六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1 N，N > 1，Vbe8为NPN 第八BJT管的基极射极电压，Vt为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。图9、图10中的负温度系数恒定电流源的负温度系数电流k2*Ictat由 第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第八BJT管T8的的基极与射极电 压VBE8、第九MOS管T9栅源电压Vgs9及第十MOS管TlO栅源电压VgslO决定，
R4F^s9-V^slO
K2*/ctat = ^R3 + R4^R5*V^+ R5 ；图9、图10电路参数特定比例关系满足条
11 其中Rl为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为第三电 阻可调输出电阻，第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 kl，同类型比例BJT管电路第 六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1 N，N > 1，Vbe8为PNP 第八BJT管的基极射极电压，Vgs9为NMOS第九MOS管栅源电压，Vgslo为PMOS第十MOS管栅 源电压，V1为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。
权利要求
一种电压基准电路，其特征在于，包括一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref＝k1*Iptat+k2*Ictat，其中Iref为流经可调输出电阻的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，k1是比例常数，k2是比例常数；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的电阻值的零温度系数可调电压基准源Vref。
2.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征在于，所述负温度系数恒定电流源，包 括NPN第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管， 第五电阻，以及偏置电路；所述匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽长完全一致，第 九MOS管的源极与第八BJT管的集电极、第五电阻的一端相连到电压源，第九MOS管的漏极 连接第八BJT管的基极并向下与第三电阻的一端相连，第三电阻另一端接第四电阻的一端 并连接第九MOS管的栅极，第四电阻的另一端与第八BJT管的发射极和第十MOS管的栅极 连接，并与偏置电路相连，第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接所述可调输出电 阻作为电压基准源Vref输出端。
3.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征在于，所述负温度系数恒定电流源，包 括PNP第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，NMOS第九MOS管，PMOS第十MOS管，第 五电阻以及偏置电路；第四电阻的一端、PNP第八BJT管的发射极、第五电阻的一端连到电 压源，第四电阻的另一端接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接NMOS第九MOS管的漏极 和PNP第八BJT管的基极，第四电阻的另一端并与NMOS第九MOS管的栅极相连，NMOS第九 MOS管的源极与PNP第八BJT管的集电极、PMOS第十MOS管的栅极以及偏置电路相连，PMOS 管第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接可调输出电阻并作为电压基准Vref输出 端。
4.根据权利要求2所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包 括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜及正反馈启动电路；所述MOS管比例电流镜及 正反馈启动电路包括PMOS第一 MOS管、PMOS第二 MOS管、PMOS第三MOS管、NMOS第四MOS 管、NMOS第五MOS管，其中第一 MOS管、第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 1 kl， kl为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连接第五MOS管的漏极，并且第二 MOS管的栅漏极短接，第一 MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极和栅极，第四MOS管、第五 MOS管的栅极相连，第一 MOS管、第二 MOS管和第四MOS管、第五MOS管组成正反馈启动电 路结构，其中第四MOS管与第五MOS管的宽长比例为1 1，第三MOS管的漏极连接所述可 调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第 七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地之间， 第六BJT管的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间。
5.根据权利要求3所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包 括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜及正反馈启动电路；所述MOS管比例电流镜及 正反馈启动电路包括PMOS第一 MOS管、PMOS第二 MOS管、PMOS第三MOS管、NMOS第四MOS 管、NMOS第五MOS管，其中第一 MOS管、第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 1 kl，kl为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连接第五MOS管的漏极，并且第二 MOS管的栅漏极短接，第一 MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极和栅极，第四MOS管、第五 MOS管的栅极相连，第一 MOS管、第二 MOS管和第四MOS管、第五MOS管组成正反馈启动电 路结构，其中第四MOS管与第五MOS管的宽长比例为1 1，第三MOS管的漏极连接所述可 调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第 七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地之间， 第六BJT管的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间。
6.根据权利要求2所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源， 包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜、一运算放大器；所述MOS比例电流镜包括 PMOS第一 MOS管、PMOS第二 MOS管、PMOS第三MOS管，其中第一 MOS管、第二 MOS管与第三 MOS管的宽长比例为1 1 kl，kl为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连 在一起接所述运算放大器输出端，第一 MOS管的漏极接所述运算放大器负输入端，第二 MOS 管的漏极接所述运算放大器正输入端，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压 基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻， 第一电阻同第七BJT管的PN结串接于所述运算放大器正输入端和地之间，第六BJT管的PN 结串接于所述运算放大器负输入端和地之间。
7.根据权利要求3所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源， 包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜、一运算放大器；所述MOS比例电流镜包括 PMOS第一 MOS管、PMOS第二 MOS管、PMOS第三MOS管，其中第一 MOS管、第二 MOS管与第三 MOS管的宽长比例为1 1 kl，kl为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连 在一起接所述运算放大器输出端，第一 MOS管的漏极接所述运算放大器负输入端，第二 MOS 管的漏极接所述运算放大器正输入端，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压 基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻， 第一电阻同第七BJT管的PN结串接于所述运算放大器正输入端和地之间，第六BJT管的PN 结串接于所述运算放大器负输入端和地之间。
8.根据权利要求2、4、6所述的电压基准电路，其特征在于，电路参数特定比例关系满 足条件 其中Rl为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为第三电阻可 调输出电阻，第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 kl，同类型比例BJT管电路第六 BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1 N，N> 1，VBE8为NPN第 八BJT管的基极射极电压，Vt为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。
9.根据权利要求3、5、7所述的电压基准电路，其特征在于，电路参数特定比例关系满 足条件 其中Rl为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为第三电阻可 调输出电阻，第二 MOS管与第三MOS管的宽长比例为1 kl，同类型比例BJT管电路第六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1 N，N > 1，Vbe8为PNP第 八BJT管的基极射极电压，Vgs9为NMOS第九MOS管栅源电压，Vgslo为PMOS第十MOS管栅源 电压，V1为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。
全文摘要
本发明公开了一种电压基准电路，包括一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源，只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的零温度系数可调电压基准源。本发明的电压基准电路能实现连续可调的零温漂电压基准源，适合BCD工艺实现。
文档编号G05F3/08GK101901018SQ20091005731
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者崔文兵 申请人:上海华虹Nec电子有限公司