高阶温度补偿带隙基准电路的制造方法与工艺

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种高阶温度补偿带隙基准电路。

背景技术：
带隙基准电路是许多模拟及数模混合电路系统的基本模块，其为模拟及数模混合电路系统提供稳定的参考电压，其性能特性直接影响模拟及数模混合电路系统的性能特性。图1给出了一种传统的一阶带隙基准，电阻R2与R3完全一样，NMOS晶体管M1与M2具有相同的宽长比，PNP型三极管Q2的发射极面积是PNP型三极管Q1的发射极面积的α倍。PNP型三极管Q1的发射极-基极电压VEB1随着温度增加而降低，电阻R2的两端电压其中k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，q是电子电荷,R1为电阻R1的阻值，R2为电阻R2的阻值。根据叠加原理，图1所示的带隙基准电路输出端VREF的电压式中，VEB1具有负温度系数，具有正温度系数，因而合理调整α、R1及R2的大小，在一定温度范围内可以得到零温度系数的带隙基准参考电压VREF。然而，由于PNP型三极管发射极-基极电压VEB的温度非线性使得一阶带隙基准参考电压具有较高的温度系数，从而制约了一阶带隙基准电路在高精度系统中的应用。

技术实现要素：
本申请通过提供一种高阶温度补偿带隙基准电路，能够大大降低带隙基准电路输出电压的温度系数。本申请采用以下技术方案予以实现：一种高阶温度补偿带隙基准电路，包括启动电路、双极型带隙基准电路、分段线性温度补偿电路以及ΔVGS温度补偿电路，其中，所述启动电路的启动信号输出端分别连接所述双极型带隙基准电路的启动信号输入端以及ΔVGS温度补偿电路的启动信号输入端，所述双极型带隙基准电路的信号输出端分别连接所述启动电路的电压信号输入端以及所述分段线性温度补偿电路的信号输入端，所述启动电路使得带隙基准电路正常工作，所述双极型带隙基准电路产生低温度系数的带隙参考电压，所述分段线性温度补偿电路产生温度分段线性补偿电压，所述ΔVGS温度补偿电路产生ΔVGS温度补偿电压，所述分段线性温度补偿电路以及ΔVGS温度补偿电路对所述双极型带隙基准电路进行温度补偿，即将所述分段线性温度补偿电路产生的温度分段线性补偿电压和所述ΔVGS温度补偿电路产生的ΔVGS温度补偿电压加入到所述双极型带隙基准电路产生的低温度系数带隙参考电压中。作为一种优选的技术方案，所述启动电路包括：PMOS管MS1、PMOS管MS2、NMOS管MS3、NMOS管MS4、NMOS管MS5以及NMOS管MS6，所述双极型带隙基准电路包括：PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、误差放大器A1、误差放大器A2、PNP型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，所述分段线性温度补偿电路包括：PMOS管M6、PMOS管M9、PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M13、PMOS管M14、PMOS管M15、NMOS管M7、NMOS管M8以及NMOS管M12，所述ΔVGS温度补偿电路包括：PMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18、NMOS管M19、NMOS管M20、误差放大器A3、电阻R6以及电阻R7；其中，在所述启动电路中PMOS管MS1的源极与外部电源VDD相连，PMOS管MS1的栅极与PMOS管MS1的漏极以及PMOS管MS2的源极相连，PMOS管MS2的栅极与PMOS管MS2的漏极、NMOS管MS3的漏极、NMOS管MS4的栅极、NMOS管MS5的栅极以及NMOS管MS6的栅极相连，NMOS管MS3的源极与NMOS管MS4的源极、NMOS管MS5的源极、NMOS管MS6的源极以及外部地线GND相连；在所述双极型带隙基准电路中PMOS管M1的源极与PMOS管M2的源极、PMOS管M3的源极、PMOS管M4的源极、PMOS管M5的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M1的漏极与PNP型三极管Q1的发射极以及误差放大器A1的反向输入端相连，PMOS管M1的栅极与PMOS管M2的栅极、PMOS管M4的栅极、PMOS管M9的栅极、PMOS管M13的栅极、NMOS管MS5的漏极以及误差放大器A1的输出端相连，PNP型三极管Q1的基极与PNP型三极管Q1的集电极、PNP型三极管Q2的基极、PNP型三极管Q2的集电极以及外部地线GND相连，PMOS管M2的漏极与误差放大器A1的正向输入端、误差放大器A2的反向输入端以及电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与PNP型三极管Q2的发射极相连，PMOS管M3的栅极与误差放大器A2的输出端、NMOS管MS4的漏极、PMOS管M5的栅极以及PMOS管M6的栅极相连，PMOS管M3的漏极与误差放大器A2的正向输入端以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与外部地线GND相连，PMOS管M4的漏极与PMOS管M5的漏极、带隙基准输出端VREF、NMOS管MS3的栅极以及电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与PMOS管M16的漏极以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与PMOS管M11的漏极、PMOS管M15的漏极以及电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与外部地线GND相连；在所述分段线性温度补偿电路中PMOS管M6的源极与PMOS管M9的源极、PMOS管M10的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M13的源极、PMOS管M14的源极、PMOS管M15的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M6的漏极与NMOS管M7的漏极、NMOS管M7的栅极、NMOS管M8的栅极以及NMOS管M12的栅极相连，NMOS管M7的源极与NMOS管M8的源极、NMOS管M12的源极以及外部地线GND相连，PMOS管M9的漏极与PMOS管M10的栅极、PMOS管M10的漏极、PMOS管M11的栅极以及NMOS管M8的漏极相连，PMOS管M13的漏极与PMOS管M14的栅极、PMOS管M14的漏极、PMOS管M15的栅极以及NMOS管M12的漏极相连；在所述ΔVGS温度补偿电路中PMOS管M16的源极与PMOS管M17的源极、PMOS管M18的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M16的栅极与NMOS管MS6的漏极、PMOS管M17的栅极、PMOS管M18的栅极以及误差放大器A3的输出端相连，PMOS管M17的漏极与NMOS管M19的栅极、误差放大器A3的反向输入端以及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与NMOS管M19的漏极相连，NMOS管M19的源极与NMOS管M20的源极以及外部地线GND相连，PMOS管M18的漏极与误差放大器A3的正向输入端以及电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与NMOS管M20的栅极以及NMOS管M20的漏极相连。进一步地，所述双极型带隙基准电路中PMOS管M1与PMOS管M2具有相同的宽长比，PMOS管M4与PMOS管M2具有相同的宽长比，则PMOS管M4的漏极电流I4在电阻R3、电阻R4及电阻R5上产生的电压VPTAT为：式中，α是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比，k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，q是电子电荷，R1是电阻R1的阻值，R3是电阻R3的阻值，R4是电阻R4的阻值，R5是电阻R5的阻值；PMOS管M5与PMOS管M3具有相同的宽长比，PMOS管M5的漏极电流I5在电阻R3、电阻R4及电阻R5上产生的电压VCTAT为:式中，VEB1是PNP型三极管Q1的发射极-基极电压,R2是电阻R2的阻值。进一步地，所述分段线性温度补偿电路中PMOS管M6宽长比是PMOS管M3宽长比的β1倍，NMOS管M7与NMOS管M8具有相同的宽长比，PMOS管M9宽长比是PMOS管M2宽长比的β2倍，PMOS管M11宽长比是PMOS管M10宽长比的β3倍，则PMOS管M11的漏极电流I11在电阻R5上产生电压VNL1为式中，Tr1为参考电压；PMOS管M13宽长比是PMOS管M2宽长比的β4倍，NMOS管M12与NMOS管M7具有相同的宽长比，PMOS管M15宽长比是PMOS管M14宽长比的β5倍，则PMOS管M15的漏极电流I15在电阻R5上产生电压VNL2为式中，Tr2为参考电压，且Tr2＜Tr1。进一步地，所述ΔVGS温度补偿电路中，PMOS管M17与PMOS管M18具有相同的宽长比，且PMOS管M17与PMOS管M18均工作在饱和区,NMOS管M20宽长比是NMOS管M19宽长比的β7倍，且NMOS管M19与NMOS管M20均工作在亚阈值区，PMOS管M16宽长比是PMOS管M18宽长比的β6倍，PMOS管M16的漏极电流I16在电阻R4与电阻R5上产生的压降VBGR_MOS为式中，R7是电阻R7的阻值，E、F与G均为正的常数。进一步地，所述的高阶温度补偿带隙基准电路的输出电压VREF为VREF＝(VCTAT+VPTAT)+(VBGR_MOS+VNL1+VNL2)。与现有技术相比，本申请提供的技术方案具有的技术效果或优点是：将分段线性温度补偿电路3提供的补偿电路电压VNL1及VNL2、ΔVGS温度补偿电路4提供的ΔVGS温度补偿电压VBGR_MOS引入到双极型带隙基准2中，得到高阶温度补偿的基准电压，从而得到较小温度系数的基准电压。附图说明图1为传统一阶带隙基准电路的原理示意图；图2为本发明的高阶温度补偿带隙基准电路的结构图；图3为本发明的高阶温度补偿带隙基准电路的电路图；图4为一阶带隙基准电路输出电压曲线示意图；图5为引入ΔVGS温度补偿电压VBGR_MOS后的输出电压曲线示意图；图6为引入ΔVGS温度补偿电压VBGR_MOS以及分段线性温度补偿电压VNL1后的输出电压曲线示意图；图7为本发明的高阶温度补偿带隙基准电路的输出电压曲线图；图8为本发明的高阶温度补偿带隙基准电路的输出电压温度特性仿真图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种高阶温度补偿带隙基准电路，将所述分段线性温度补偿电路产生的温度分段线性补偿电压和所述ΔVGS温度补偿电路产生的ΔVGS温度补偿电压加入到所述双极型带隙基准电路产生的低温度系数带隙参考电压中，从而得到高阶温度补偿的基准电压，极大地降低了带隙基准电路输出电压的温度系数。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。实施例一种高阶温度补偿带隙基准电路，如图2所示，包括启动电路1、双极型带隙基准电路2、分段线性温度补偿电路3以及ΔVGS温度补偿电路4，其中，所述启动电路1的启动信号输出端分别连接所述双极型带隙基准电路2的启动信号输入端以及ΔVGS温度补偿电路4的启动信号输入端，所述双极型带隙基准电路2的信号输出端分别连接所述启动电路1的电压信号输入端以及所述分段线性温度补偿电路3的信号输入端，所述启动电路1使得带隙基准电路正常工作，所述双极型带隙基准电路2产生低温度系数的带隙参考电压，所述分段线性温度补偿电路3产生温度分段线性补偿电压，所述ΔVGS温度补偿电路4产生ΔVGS温度补偿电压，所述分段线性温度补偿电路3以及ΔVGS温度补偿电路4对所述双极型带隙基准电路2进行温度补偿，即将所述分段线性温度补偿电路3产生的温度分段线性补偿电压和所述ΔVGS温度补偿电路4产生的ΔVGS温度补偿电压加入到所述双极型带隙基准电路2产生的低温度系数带隙参考电压中。作为一种优选的技术方案，如图3所示，所述启动电路1包括：PMOS管MS1、PMOS管MS2、NMOS管MS3、NMOS管MS4、NMOS管MS5以及NMOS管MS6，所述双极型带隙基准电路2包括：PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、误差放大器A1、误差放大器A2、PNP型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，所述分段线性温度补偿电路3包括：PMOS管M6、PMOS管M9、PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M13、PMOS管M14、PMOS管M15、NMOS管M7、NMOS管M8以及N...