一种温度曲率互补基准源的制作方法
【专利摘要】本发明属于模拟集成电路【技术领域】，具体涉及一种温度曲率互补基准源。本发明的基准源，包括带隙正负温电流产生电路、非带隙负温电流产生电路和基准电压产生电路；其中，带隙正负温电流产生电路的第一输出端分别接非带隙负温电流产生电路的输入端和基准电压产生电路的第一输入端，带隙正负温电流产生电路的第二输出端接基准电压产生电路的第二输入端；非带隙负温电流产生电路的输出端接基准电压产生电路的第三输入端；基准电压产生电路的输出端输出基准电压。本发明通过利用工作在亚阈值区的M0S管的高阶项来补偿BJT带隙基准源的高阶温度项，进而消除高阶非线性温度特性，实现具有较小温度系数的基准电压小。本发明尤其适用于基准源。
【专利说明】一种温度曲率互补基准源
【技术领域】
[0001] 本发明属于模拟集成电路【技术领域】，具体涉及一种温度曲率互补基准源。
【背景技术】
[0002] 高精度基准源在模数转换器和功率集成电路等应用中扮演了重要角色，其性能直 接关系到系统的整体性能。对于DC-DC变换器而言，电压基准源的性能直接关系到变换器 输出的精度和稳定性。因此，高性能电压基准源对于高性能变换器的设计而言尤为重要。
[0003] 高性能电压基准源需要在不改变制造工艺的情况下，实现对温度和噪声的波动不 敏感，此外，极低的静态电流和工作电压也是未来高性能电压基准源电路的设计目标。
[0004] 为了减小基准源在宽温度范围内的电压漂移，目前已提出了多种曲率补偿技术； 譬如分段线性方法，通过在一阶带隙基准源的输出集成一个非线性的器件来消除基极_发 射极电压非线性温度特性；通过利用与工艺相关的不同类型的电阻来补偿高阶非线性温度 特性；产生一个高阶温度特性电流来实现高阶修正等。但这些补偿方法的核心内容都是利 用电路实现先进的数学函数，实现基准源高阶温度系数的消除。而这通常会增加电路的复 杂程度，而且需要高精度的电路进行实现，因此往往存在抗扰动能力不强的缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，就是为了减小基准源电路在宽温度范围内的电压漂移，提出一种 温度曲率互补基准源。本发明利用温度互补方法，有效地避免了复杂函数的构建，降低了电 路实现难度，无需高精度电路，提高了基准源电路的适用性，并实现了高阶温度曲率校正效 果。
[0006] 本发明的技术方案是，一种温度曲率互补基准源，包括带隙正负温电流产生电路、 非带隙负温电流产生电路和基准电压产生电路；其中，带隙正负温电流产生电路的第一输 出端分别接非带隙负温电流产生电路的输入端和基准电压产生电路的第一输入端，带隙正 负温电流产生电路的第二输出端接基准电压产生电路的第二输入端；非带隙负温电流产生 电路的输出端接基准电压产生电路的第三输入端；基准电压产生电路的输出端输出基准电 压。
[0007] 具体的，所述带隙正负温电流产生电路由PM0S管MPS1、MPS2、MP4、MP5、MP6、MP7、 1^8，匪05管丽吧、]\^4、丽5、]\^6，？咿管Q1、Q2、Q3，电阻R2、R3和电容CS1、C2构成；其中， MPS1的源极接电源电压，其栅极接地电位，其漏极通过电容CS1接地；MPS2的源极接电源电 压，其栅极接MPS1的漏极，其漏极接丽3的栅极、C2的正向端、MN4的漏极、MP5的漏极；MP4 的源极接电源电压，其栅极与漏极互连，其栅极与MP5的栅极、MP6的栅极和MP7的栅极连接 作为带隙正负温电流产生电路的第一输出端输出第一偏置电压；丽3的漏极接MP4的漏极， 其源极接Q3的发射极；Q3的基极与集电极均接地电位；C2的负向端接地电位；MP5的源极 接电源电压；MN4的栅极接丽5的栅极，其源极接Q1的发射极；Q1的基极与集电极均接地 电位；MP6的源极接电源电压，其漏极接丽5的漏极；丽5的栅极与漏极互连，其源极通过R2 接Q2的发射极；Q2的基极与集电极均接地电位；MP7的源极接电源电压，其漏极与MN6的漏 极、MP8的栅极连接作为带隙正负温电流产生电路的第二输出端输出第二偏置电压；MN6的 栅极接MP6漏极与丽5漏极的互连点，其源极通过R3接地；MP8的源极接电源电压，其漏极 接MN6的源极；
[0008] 所述非带隙负温电流产生电路由PM0S管MP1、MP2、MP3，NMOS管丽1、丽2，电阻R1 和电容C3构成；其中，MP1的源极接电源电压，其栅极接第一偏置电压，其漏极接丽1的漏 极；丽1的栅极通过R1接地，其源极接地电位；MP2的源极接电源电压，其栅极与MP3的栅 漏极、MN2的漏极连接作为非带隙负温电流产生电路的输出端输出第三偏置电压，其漏极接 丽1的栅极；MP3的源极接电源电压；丽2的栅极接MP1漏极与丽1漏极的互连点、C3的正 向端，其源极接地电位；C3的负向端接地电位；
[0009] 所述基准电压产生电路由PM0S管MP9、MP10、MP11、MP12和电阻R4构成；其中，MP9 的源极接电源电压，其栅极接第二偏置电压，其漏极与MP10的漏极、MP11的漏极、R4的一端 连接作为基准电压产生电路的输出端输出基准电压；MP10的源极接电源电压，其栅极接第 一偏置电压；MP11的源极接电源电压，其栅极接MP10的栅极；MP12的源极接电源电压，其 栅极接第三偏置电压；R4的另一端接地电位。
[0010] 本发明的有益效果为，本发明所述的温度曲率互补基准源，通过利用工作在亚阈 值区的M0S管的高阶项来补偿BJT带隙基准源的高阶温度项，进而消除高阶非线性温度特 性，实现具有较小温度系数的基准电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的温度曲率互补基准源的逻辑结构示意图；
[0012] 图2为本发明提出的带隙正负温电流产生电路示意图；
[0013] 图3为本发明的非带隙负温电流产生电路示意图；
[0014] 图4为本发明的基准电压广生电路不意图；
[0015] 图5为发明的温度曲率补偿原理示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述
[0017] 本发明的温度曲率互补基准源的架构示意图如图1所示，包括带隙正负温电流产 生电路、非带隙负温电流产生电路和基准电压产生电路；其中，带隙正负温电流产生电路的 第一输出端VB1分别接非带隙负温电流产生电路的输入端、基准电压产生电路的第一输入 端，带隙正负温电流产生电路的第二输出端VB2接基准电压产生电路的第二输入端；非带隙 负温电流产生电路的输出端VB3接基准电压产生电路的第三输入端；基准电压产生电路的 输出端输出基准电压VKEF。
[0018] 上述带隙正负温电流产生电路如图2所示，其由7个PM0S管：MPS1、MPS2、MP4、 MP5、MP6、MP7、MP8，4 个 NMOS 管：MMN3、MN4、MN5、MN6，3 个 PNP 管：Q1、Q2、Q3，2 个电阻：R2、 R3，2个电容：CS1、C2组成。具体连接关系为：MPS1的源极接电源电压VIN，其栅极接地电 位VSS，其漏极通过电容CS1接地；MPS2的源极接电源电压VIN，其栅极接MPS1的漏极，其 漏极接丽3的栅极、C2的正向端、MN4的漏极、MP5的漏极；MP4的源极接电源电压VIN，其栅 极与漏极互连，其栅极与MP5的栅极、MP6的栅极和MP7的栅极连接作为带隙正负温电流产 生电路的第一输出端输出第一偏置电压VB1 ；MN3的漏极接MP4的漏极，其源极接Q3的发射 极；Q3的基极与集电极均接地电位VSS ；C2的负向端接地电位VSS ；MP5的源极接电源电压 VIN ；MN4的栅极接丽5的栅极，其源极接Q1的发射极；Q1的基极与集电极均接地电位VSS ； MP6的源极接电源电压VIN，其漏极接丽5的漏极；丽5的栅极与漏极互连，其源极通过R2 接Q2的发射极；Q2的基极与集电极均接地电位VSS ；MP7的源极接电源电压VIN，其漏极与 MN6的漏极、MP8的栅极连接作为带隙正负温电流产生电路的第二输出端输出第二偏置电 压VB2 ;MN6的栅极接MP6漏极与丽5漏极的互连点，其源极通过R3接地VSS ；MP8的源极接 电源电压VIN，其漏极接MN6的源极。
[0019] 上述非带隙负温电流产生电路如图3所示，其由3个PM0S管：MP1、MP2、MP3，2个 NM0S管：丽1、丽2，1个电阻：R1和1个电容：C3组成。具体连接关系为，MP1的源极接电源 电压VIN，其栅极接外部第一偏置电压VB1，其漏极接丽1的漏极；MN1的栅极通过R1接地 VSS，其源极接地电位VSS ；MP2的源极接电源电压VIN，其栅极与MP3的栅漏极、丽2的漏极 连接作为非带隙负温电流产生电路的输出端输出第三偏置电压VB3，其漏极接丽1的栅极； MP3的源极接电源电压VIN ;丽2的栅极接MP1漏极与丽1漏极的互连点、C3的正向端，其源 极接地电位VSS ；C3的负向端接地电位VSS。
[0020] 上述基准电压产生电路如图4所示，其由4个PM0S管：MP9、MP10、MP11、MP12和1 个电阻：R4组成。具体连接关系为，MP9的源极接电源电压VIN，其栅极接外部第二偏置电 压VB2，其漏极与MP10的漏极、MP11的漏极、R4的一端连接作为基准电压产生电路的输出端 输出基准电压VKEF ；MP10的源极接电源电压VIN，其栅极接外部第一偏置电压VB1 ；MP11的源 极接电源电压VIN，其栅极接MP10的栅极；MP12的源极接电源电压VIN，其栅极接外部第三 偏置电压VB3 ；R4的另一端接地电位VSS。
[0021] 本发明中的带隙正负温电流产生电路如图2所示，其中MPS1、MPS2、CS1构成启动 电路，其余器件构成带隙正负温电流产生电路的核心电路。MP4、MN4和Q3所在支路的作用 是将A点与B点钳在相同的电位，设置（W/Um = (W/Dmps,使得MP5与MP6的漏极电流相 等，即MN4、丽5的漏极电流相等。且MN4与丽5均工作在饱和区，根据饱和区的漏极电流公 式可得Ves_m4 = Ves_m5。根据图中的连接关系可得正温电流Iptat(PTAT, Proportional To Absolute Temperature)如下：
[0022]
【权利要求】
1. 一种温度曲率互补基准源，包括带隙正负温电流产生电路、非带隙负温电流产生电 路和基准电压产生电路；其中，带隙正负温电流产生电路的第一输出端分别接非带隙负温 电流产生电路的输入端和基准电压产生电路的第一输入端，带隙正负温电流产生电路的第 二输出端接基准电压产生电路的第二输入端；非带隙负温电流产生电路的输出端接基准电 压产生电路的第三输入端；基准电压产生电路的输出端输出基准电压。
2.根据权利要求1所述的一种温度曲率互补基准源，其特征在于，所述带隙正负温电 流产生电路由 PMOS 管 MPS1、MPS2、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8，NMOS 管 MMN3、MN4、MN5、MN6，PNP 管Ql、Q2、Q3，电阻R2、R3和电容CS1、C2构成；其中，MPS1的源极接电源电压，其栅极接地 电位，其漏极通过电容CS1接地；MPS2的源极接电源电压，其栅极接MPS1的漏极，其漏极接 丽3的栅极、C2的正向端、MN4的漏极、MP5的漏极；MP4的源极接电源电压，其栅极与漏极互 连，其栅极与MP5的栅极、MP6的栅极和MP7的栅极连接作为带隙正负温电流产生电路的第 一输出端输出第一偏置电压；丽3的漏极接MP4的漏极，其源极接Q3的发射极；Q3的基极与 集电极均接地电位；C2的负向端接地电位；MP5的源极接电源电压；MN4的栅极接丽5的栅 极，其源极接Q1的发射极；Q1的基极与集电极均接地电位；MP6的源极接电源电压，其漏极 接MN5的漏极；MN5的栅极与漏极互连，其源极通过R2接Q2的发射极；Q2的基极与集电极 均接地电位；MP7的源极接电源电压，其漏极与MN6的漏极、MP8的栅极连接作为带隙正负温 电流产生电路的第二输出端输出第二偏置电压；MN6的栅极接MP6漏极与丽5漏极的互连 点，其源极通过R3接地；MP8的源极接电源电压，其漏极接MN6的源极； 所述非带隙负温电流产生电路由PMOS管MP1、MP2、MP3，NMOS管MN1、MN2，电阻R1和 电容C3构成；其中，MP1的源极接电源电压，其栅极接第一偏置电压，其漏极接丽1的漏极； 丽1的栅极通过R1接地，其源极接地电位；MP2的源极接电源电压，其栅极与MP3的栅漏极、 丽2的漏极连接作为非带隙负温电流产生电路的输出端输出第三偏置电压，其漏极接丽1 的栅极；MP3的源极接电源电压；MN2的栅极接MP1漏极与丽1漏极的互连点、C3的正向端， 其源极接地电位；C3的负向端接地电位； 所述基准电压产生电路由？]?05管1^9、]\^10、]\^11、]\^12和电阻1?4构成；其中，MP9的 源极接电源电压，其栅极接第二偏置电压，其漏极与MP10的漏极、MP11的漏极、R4的一端连 接作为基准电压产生电路的输出端输出基准电压；MP10的源极接电源电压，其栅极接第一 偏置电压；MP11的源极接电源电压，其栅极接MP10的栅极；MP12的源极接电源电压，其栅 极接第三偏置电压；R4的另一端接地电位。
【文档编号】G05F1/567GK104216458SQ201410427216
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】周泽坤, 王霞, 石跃, 吴刚, 王卓, 张波 申请人:电子科技大学