专利名称：一种输出可调的高电源抑制比基准源电路的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟集成电路和混合信号集成电路领域，具体涉及一种输出可调 的高电源抑制比基准源电路。
技术背景基准源电路是模拟集成电路和混合集成电路设计里的一个重要模块，衡量基 准源电路性能的参数指标主要有两个 一个是输出电压随温度变化的关系，第二 个是输出电压随电源变化的关系。理想的基准源电路的输出电压不随温度和电源 变化而变化，因此，低温度系数和高电源抑制比的基准源电路就成为基准源设计 的两个基本要求。基准源电路有两种基本类型电压型基准源和电流型基准源。电压型基准源 主要工作原理是利用一个负温度系数的电压和一个正温度系数的电压相加，得到 一个基本上零温度系数的输出电压。如图1所示，传统的电压型基准源电路，该 电路的工作原理为电路通过运算放大器0P1的反馈控制使Nl和N2点电压相等，因此流过电阻Rl的电流Il等于AVbe/Rl， AVbe等于Vbel减去Vbe2。MP3， MP4和MP7组成电流镜使得11=12=13，因此该电路的输出为VREF= Vbe +AVbe (R2/R1) 由于Vbe为负温度系数，A Vbe为正温度系数，因此通过设置电阻R2和Rl的比值就可以等到零温度系数的输出电压。电流型基准源主要工作原理是利用一个负温度系数的电流和一个正温度系数的电流相加，得到一个基本上零温度系数的电流，这个电流再流过电阻得到一个零温度系数的输出电压。如图2所示，传统的电流型基准源电路，该电路的工作原理为和电压型基准源电路一样，正常工作时运算放大器的反馈控制使Nl点和N2 点电压一样，MP3， MP4和MP7组成的电流镜使得电流11=12=13。 I4=I7=Vbe/R2I5=I6=AVbe/Rl11=12=14+15= Vbe/R2+AVbe/Rl从上述公式中可以看到，II为一个正温度系数的电流加上一个负温度系数的 电流，通过设计合适的电阻R2和R1值可以得到零温度系数的电流。该电流通过 电流镜流过电阻R4得到零温度系数的输出电压。VREF=(Vbe+ A Vbe(R2/R1))R4/R2上述的电压型基准源电路只能输出1.2V的零温度系数的输出电压，从而限定 了基准源的使用范围；电流型基准源电路通过电阻R4的调节，可以输出不同的零 温度系数的电压值，但是这两种基准源电路的电源抑制比都不高，大概在50db左 右；现在需要的是高电流抑制比的基准源电路。 发明内容本发明旨在提出一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其高电源抑制比 可达100db，宽输出范围可达0-2. 5V。 本发明的技术方案如下一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，包括基准源电路的产生电路和增 大电源抑制比第一级电路，其特征在于在基准源电路的产生电路中设置浮动电压源，在基准电压输出电路上设置增益提高级，通过浮动电压源提供适当的偏置电压给增益提高级，保证增益提高级全部工作在饱和区，这样就可以通过浮动电压源的调节偏置大小，保证基准源电路在VREF的整个输出范围内都有大的电源抑制比。所述浮动电压源可以通过MOS管或者电阻或者其他的等效方式来实现。所述增益提高级通过运算放大器和场效应管连接组成实现。所述电路的具体组成和工作原理如下运算放大器0P1作为增大电源抑制比的第一级，通过反馈控制使得Nl和N2 电压相等，并输出电压控制电流镜的电流；电阻R1， R2, R3和三极管Q2X8， Q1X1作为基准源电路的产生电路，作用是通 过两个不同温度系数的电流相加产生一个零温度系数的电流，其中流过电阻R3的 电流为CTAT (与绝对温度成反比的)电流，流过电阻Rl的电流为PTAT (与绝对 温度成正比的)电流；浮动电压源的作用是提供适当的偏置电压给运算放大器0P2，作用是保证由0P2和场效应管MP8组成的增益提高级全部工作在饱和区，这样就可以通过浮动电 压源的调节，保证基准源电路在VREF的整个输出范围内都有大的电源抑制比；场效应管MP3， MP4和MP7组成电流镜给各条支路提供电流；其中，MP3， MP4 和MP7的宽长比设计成一样，保证每条支路的电流相等；运算放大器0P2和场效应管MP8组成增益提高级，作用是通过提高输出阻抗达 到提高电源抑制比的设计要求，运算放大器0P2的反馈控制使得MP7和MP4漏端 电压相等，因此提高了电流镜的精度；Cc为密勒补偿电容，作用是提高电路的稳定性，保证电路正常工作，如有必 要还可以加上调零电阻增加补偿零点提高电路的稳定性；R4为基准电压输出电阻，因为基准电压是通过零温度系数的电流流过电阻R4 得到，通过设计R4为不同值，可以得到不同的零温度系数电压的输出；本电路工作的要点是Vf (浮动电压源的电压)-VREF〉Vds8 (MP8管的漏源电压)， 以保证MP8工作在饱和区。通过这个比较式可以看出，当需要VREF输出一个比较 大的电压时，只需要相应的提高浮动电压源的Vf的值。本电路的电源抑制比大约等于运算放大器0P1的增益加上运算放大器0P2的增 益再加上MP8管的增益。本电路的输出电压值通过下式计算得出VREF=(Vbe+ A Vbe(R2/R1))R4/R2。本发明的有益效果如下通过浮动电压源和增益提高级，保证了基准源电路在输出大范围VREF (大于 1.2V)时都具有高的电源抑制比。
图1为背景技术中传统的电压型基准源电路结构示意2为背景技术中传统的电流型基准源电路结构示意3为本发明的电路结构示意4为本发明的电源抑制比在不同工艺角下的仿真5为本发明的输出电压随温度扫描的仿真6为本发明实施例1中的结构原理7为本发明实施例2中的结构原理图具体实施方式
一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，可以为电流型基准源电路，也可 以为电压型基准源电路，包括基准源电路的产生电路和增大电源抑制比第一级电 路，其特征在于在基准源电路的产生电路中设置浮动电压源，在基准电压输出 电路上设置增益提高级，通过浮动电压源提供适当的偏置电压给增益提高级，保证增益提高级全部工作在饱和区，这样就可以通过浮动电压源的调节偏置大小，保证基准源电路在VREF的整个输出范围内都有大的电源抑制比。所述浮动电压源可以通过MOS管或者电阻或者其他的等效方式来实现。 所述增益提高级通过运算放大器和场效应管连接组成实现。所述电路的具体组成和工作原理如下运算放大器0P1作为增大电源抑制比的第一级，通过反馈控制使得Nl和N2 电压相等，并输出电压控制电流镜的电流；电阻R1， R2, R3和三极管Q2X8， Q1X1作为基准源电路的产生电路，作用是通 过两个不同温度系数的电流相加产生一个零温度系数的电流，其中流过电阻R3的 电流为CTAT (与绝对温度成反比的)电流，流过电阻Rl的电流为PTAT (与绝对 温度成正比的)电流；浮动电压源的作用是提供适当的偏置电压给运算放大器0P2，作用是保证由 0P2和场效应管MP8组成的增益提高级全部工作在饱和区，这样就可以通过浮动电 压源的调节，保证基准源电路在VREF的整个输出范围内都有大的电源抑制比；场效应管MP3， MP4和MP7组成电流镜给各条支路提供电流；其中，MP3， MP4 和MP7的宽长比设计成一样，保证每条支路的电流相等；运算放大器0P2和场效应管MP8组成增益提高级，作用是通过提高输出阻抗达 到提高电源抑制比的设计要求，运算放大器0P2的反馈控制使得MP7和MP4漏端 电压相等，因此提高了电流镜的精度；Cc为密勒补偿电容，作用是提高电路的稳定性，保证电路正常工作，如有必 要还可以加上调零电阻增加补偿零点提高电路的稳定性；R4为基准电压输出电阻，因为基准电压是通过零温度系数的电流流过电阻R4 得到，通过设计R4为不同值，可以得到不同的零温度系数电压的输出；本电路工作的要点是Vf-VREF〉Vds8，以保证MP8工作在饱和区。通过这个比 较式可以看出，当需要VREF输出一个比较大的电压时，只需要相应的提高浮动电7压源电压Vf的值。本电路的电源抑制比大约等于运算放大器0P1的增益加上运算放大器0P2的增 益再加上MP8管的增益。本电路的输出电压值通过下式计算得出VREF=(Vbe+ A Vbe(R2/R1))R4/R2。 从图6可以看出，浮动电压源是由R5、 R6实现的。 从图7可以看出，浮动电压源是由MP1、 MP2实现的。
权利要求
1、一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，包括基准源电路的产生电路和增大电源抑制比第一级电路，其特征在于在基准源电路的产生电路中设置浮动电压源，在基准电压输出电路上设置增益提高级，通过浮动电压源提供适当的偏置电压给增益提高级，使增益提高级全部工作在饱和区，则使得基准源电路在VREF的整个输出范围内有大的电源抑制比。
2、 根据权利要求l所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特征在于所述浮动电压源可以通过MOS管或者电阻或者其他的等效方式实现。
3、 根据权利要求1或2所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特征在于所述增益提高级通过运算放大器和场效应管连接组成。
4、 根据权利要求1所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特征在 于所述电路的具体组成和工作原理如下运算放大器0P1作为增大电源抑制比的第一级，通过反馈控制使得Nl和N2 电压相等，并输出电压控制电流镜的电流；电阻R1， R2， R3和三极管Q2X8， Q1X1作为基准源电路的产生电路，作用是通 过两个不同温度系数的电流相加产生一个零温度系数的电流，其中流过电阻R3的 电流为与绝对温度成反比的CTAT电流，流过电阻Rl的电流为与绝对温度成正比 的PTAT电流；浮动电压源提供适当的偏置电压给运算放大器0P2,使运算放大器0P2和场效应管MP8组成的增益提高级全部工作在饱和区，通过浮动电压源的调节，保证基准源电路在VREF的整个输出范围内有大的电源抑制比；场效应管MP3， MP4和MP7组成电流镜给各条支路提供电流；运算放大器0P2和场效应管MP8组成增益提高级，通过提高输出阻抗达到提高电源抑制比的设计要求，运算放大器0P2的反馈控制使得MP7和MP4漏端电压相等；Cc为密勒补偿电容；R4为基准电压输出电阻，因为基准电压是通过零温度系数的电流流过电阻R4 得到，通过设计R4为不同值，可以得到不同的零温度系数电压的输出。
5、 根据权利要求4所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特征在于所述浮动电压源电压Vf与输出电压VREF的差值大于MP8管的漏源电压Vds8， 即Vf-VREF〉 Vds8。
6、 根据权利要求4所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特征在 于所述MP3， MP4和MP7的宽长比一样。
7、 根据权利要求1或4所述一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，其特 征在于本电路的输出电压值通过下式计算得出VREF=(Vbe+ A Vbe(R2/R1))R4/R2。
全文摘要
本发明公开了一种输出可调的高电源抑制比基准源电路，包括基准源电路的产生电路和增大电源抑制比第一级电路，其特征在于在基准源电路的产生电路中设置浮动电压源，在基准电压输出电路上设置增益提高级，通过浮动电压源提供适当的偏置电压给增益提高级，使增益提高级全部工作在饱和区，则使得基准源电路在VREF的整个输出范围内有大的电源抑制比；通过浮动电压源和增益提高级，保证了基准源电路在输出大范围VREF(大于1.2V)时都具有高的电源抑制比。
文档编号G05F3/30GK101598953SQ200910059228
公开日2009年12月9日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者朱国军 申请人:和芯微电子(四川)有限公司