无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路、芯片的制作方法

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路、芯片。

背景技术：

随着社会的快速发展，各种便携式的电子产品，例如笔记本电脑、手机、照相机、医疗仪器、车载精密仪器等，也在快速发展，不断地进行着更新迭代，从而，电子产品内在的高性能和低功耗的要求，对稳压模块提出了更高的要求。

然而，在实际的模拟集成电路设计中，稳压器所占的面积一般都较大，其面积的大小会直接影响到芯片的成本，同时，其复杂的结构也会影响到芯片加工的成功率。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路、芯片。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路，包括依次连接的启动电路单元、反馈回路单元、微电流源单元、带隙基准单元；

所述启动电路单元采用稳压二极管结构，作为带隙基准源电路的输入级；

所述反馈回路单元采用NPN管作为反馈回路，用于将输出电压反馈到所述微电流源单元的电流输入端；

所述微电流源单元采用三极管的比例电流镜结构，用于将输出电流输入到所述带隙基准单元的输入端；

所述带隙基准单元采用NPN管对所述输出电流进行处理，所述带隙基准单元输出所述输出电压。

进一步的，所述启动电路单元还包括调节电阻和NPN管。

进一步的，所述反馈回路单元还包括多个调节电阻。

进一步的，所述比例电流镜包括四个PNP管和两个比例电阻。

进一步的，所述带隙基准单元还包括稳压二极管。

另一方面，提供了一种芯片，包括芯片本体和所述的无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型通过依次连接的启动电路单元、反馈回路单元、微电流源单元、带隙基准单元，略去了传统的带隙基准结构中的运放，从而减小了集成电路的面积，降低了成本，同时，还简化了设计结构，从而提高了芯片加工的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路的模块示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路的电路图；

图3是本实用新型实施例一提供的一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路的参考输入电压和环境温度关系曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路，参见图1，包括依次连接的启动电路单元10、反馈回路单元20、微电流源单元30、带隙基准单元40。

其中，启动电路单元10采用稳压二极管结构，作为带隙基准源电路的输入级。具体的，电路上电的时候，稳压二极管反向击穿形成一个稳定的电压，此时有电流产生，将带隙基准单元40工作点拉高到正常工作点后，启动单元断开，减小功耗。

反馈回路单元20采用NPN管作为反馈回路，用于将输出电压反馈到微电流源单元30的电流输入端。具体的，通过连接带隙基准单元40和微电流源单元30的输出形成反馈回路，有效的利用输出节点的电压来抑制微电流源单元30的输出电流，达到稳压的目的。

微电流源单元30采用三极管的比例电流镜结构，用于将输出电流输入到带隙基准单元40的输入端。具体的，为了减小电压源噪声对输出电压的影响，采用PNP管构成的比例电流镜作为负载，优化了输出电压的噪声性能。

带隙基准单元40采用NPN管对输出电流进行处理，并输出输出电压。具体的，带隙基准单元40采用NPN管作为PTAT(Proportional to Absolute Temperature，与绝对温度成正比)电流的产生电路，同时增加了稳压二极管，从而降低温度系数。由于BJT的基极-发射极电压具有负温度系数，而流过不同电流密度的三极管的基极-发射极电压差值具有正温度系数的特性，从而正负温度系数相互补偿使输出电压与绝对温度无关，由于稳压二极管的反向击穿电压温度系数较低，从而增加了输出电压的可调性。

在本实施例中，启动电路单元10还包括调节电阻和NPN管。

在本实施例中，反馈回路单元20还包括多个调节电阻。

在本实施例中，比例电流镜包括四个PNP管和两个比例电阻。

在本实施例中，带隙基准单元40还包括稳压二极管。

参见图2，在本实施例中，还提供了一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源的电路图。

具体地，启动电路单元10中，R8是调节电阻，Q8是NPN管作为二极管使用，D1是稳压二极管，当通电时，D1方向击穿形成稳定的电压，此时Q5导通开始从电压源抽取电流，大量的电荷在Q3的基极聚集使电位升高，电路完成启动后，Q5的射极电压高于基极电压，此时启动电路断开，而通过D1的电流非常小，因此启动电路功耗很低。

具体地，反馈回路单元20中，Q4是PNP管，和Q6共同作为反馈回路，Q4对Q3的基极电压V1进行反馈，当V1有变化时，通过Q4反馈到Q6，通过Q6基极的电流会发生相应的变化，Q6会从微电流源单元30中抽取需要的电流量，整个系统也就会稳定的工作。

具体地，微电流源单元30中，Q9和Q10，Q11和Q12相互之间构成了电流镜，因为R10和R11的存在，此微电流源是一个比例电流镜，I1为R10上的电流，I2为R11上的电流，他们构成比例关系如下式所示：

具体地，带隙基准单元40中，D2是稳压二级管，它的反向击穿电压是V0，Q3和Q2三极管排列的个数成比例关系，当流过的电流大小相同时，Q3和Q2的基极-发射极的电压不同，从而产生正温度系数的电压差，假设Q3的射极电压是V2，假设Q2的射极电压是V3，假设Q2和Q3的基极电压是V1，通过下面的关系式可以得出一个与绝对温度无关的输出电压，如下式所示：

V₂+V_be(Q3)＝V₃+V_be(Q2)

V₂＝V₃+V_be(Q2)-V_be(Q3)＝V₃+ΔV_be

V₃＝V₁-V_be(Q2),V_be(Q2)＝V_be(Q1)

综上所述，与绝对温度无关的电压V₂为：

从以上各式中，可以通过调节电阻R2和R1的比例，得到一个低温度系数的电压V2，输出电压Vref是通过电阻R3和R4分压得到的，这里我们忽略电阻的温度特性，因此，输出电压Vref同样是一个与绝对温度无关的电压。

参见图3，图3示出了一种无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路输出电压随温度变化的特性曲线，得到该曲线的工作条件是：电源电压15V，采用0.5um BCD工艺。其中，横坐标表示环境温度的变化范围，纵坐标表示输出电压的变化范围。从图3可以得出，当该电路工作在-40～120℃时，输出节点的电压稳定在3.5V左右，且与温度无关。

本实用新型通过依次连接的启动电路单元10、反馈回路单元20、微电流源单元30、带隙基准单元40，略去了传统的带隙基准结构中的运放，从而减小了集成电路的面积，降低了成本，同时，还简化了设计结构，从而提高了芯片加工的成功率。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种芯片，包括芯片本体和实施例一中提供的无运放的BJT低温度系数带隙基准源电路。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。