一种可编程输出的集成电压基准源电路的制作方法

本实用新型涉及一种模拟电路，尤其是一种可编程输出的集成电压基准源电路，属于电学技术领域。

背景技术：

基准电压源（voltage references）是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中， 如数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。世界半导体业的持续稳定增长将带动全球电子信息产品市场的进一步发展，通信、消费类便携式电子产品及汽车电子领域将成为先导，国外许多模拟集成电路制造厂商，如美国模拟器件公司（ADI）、德州仪器（TI）等公司相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。国内市场上的产品绝大多数为上述公司的产品，国内企业只是把基准电压源集成在其他集成电路芯片中，而不是把它作为单纯的一个通用产品来推向市场，这就大大的限制了基准电压源的使用范围。随着MCM(multi-chip module)技术的飞速发展和广泛应用，研究单芯片集成电压基准源对我国国防工业和通信、消费类便携式电子产品及汽车电子市场的发展有着十分重大的意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有高精度、低温度系数、高稳定性的可编程输出的集成电压基准源电路，从而克服上述现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种可编程输出的集成电压基准源电路，它包括基准核心产生电路、曲率补偿电路、运算放大电路、输出缓冲电路、乘2电路、输出可编程电路、启动电路、过温保护电路，基准核心产生电路由电阻R1组成，曲率补偿电路由电阻R2组成，输出缓冲电路由电阻R3、电容C1、电容C2、MOS管M1、双极型晶体管Q1组成，乘2电路由电阻R4、R5和双极型晶体管Q2组成，输出可编程电路由电阻R6和输入端A2、A1、A0组成，启动电路由电阻R7组成，过温保护电路由电阻R8组成。

上述的可编程输出的集成电压基准源电路，其特征在于：所述的基准核心产生电路是基于PTAT改进的带隙基准源电路。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

(1)在核心电路结构的设计上，通过综合比较，考虑到带隙基准电压源的高精度、低噪声和低温漂等优点及其在业界所得到的普遍重视与应用，选择以基于PTAT改进的带隙基准源电路为基础进行设计。较传统CMOS带隙基准结构，增加了两对尺寸相同的MOS管和双极型晶体管 ，其中MOS管用来给双极型晶体管 提供发射极电流。添加双极型晶体管的目的是为了获得更好的共模输入电平，使运放有更高的电压增益和电源抑制比，从而使基准源能获得更低的温度系数和更高的电源抑制比。此外，添加双极型晶体管 还可以减小运放的失调电压对基准输出的影响。

(2)运放采用了典型的两级运放结构，简化了电路结构，减小了功耗，并采用弥勒补偿来改善相位裕度，最终获得了高增益，提高了整个基准源的电源抑制比。并且有较宽的输入范围和较宽的输出范围，能对核心电路进行很好的箝位。

(3)本专利成功地将环路补偿方法应用到核心电路的设计中，利用的非线性特性去补偿VBE的非线性特性，该补偿结构十分简单，直接将补偿电流和IPTAT直接相加实现了很好的补偿。极大地提高了基准的精度，使其性能在同类型电路中也十分突出。

(4)本专利设计了一种不含电容的启动电路，减小了启动时间，使基准在大约600ns就启动了，启动过程很快。

(5)输出端采用与非门组成的3线-8线译码器和8个传输门一起构成的输出可编程电路。这样的电路几乎不影响电路的温度系数和电源抑制比等性能，并且输出值可从0.343 V～2.744V之间变化。可满足不同基准值的需求。

(6)设计了具有20℃迟滞量的温度保护电路，从而实现精准的温度检测。

目前，国内市场上的高精度、低温度系数的电压基准源产品多是国外进口产品，国内同行业没有对其进行专门的研究和生产上市，有些报道的研究成果基本上是基于电路仿真。仿真的结果需要通过实体芯片测试,工艺和制作上的偏差决定了仿真结果并不能代替实测结果。然而，经过实际流片测试的能隙基准源却鲜有报道，故对电压基准源的研究具有一定的现实意义。本专利的实施，可以在集成电路方面形成具有自主知识产权的成果，打破西方发达国家的技术垄断，有利于贵州的半导体器件和集成电路企业增强自主创新和研发能力，走出仿制和反向设计的落后技术路线，为产业化打下一定的基础。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，它包括基准核心产生电路a、曲率补偿电路b、运算放大电路c、输出缓冲电路d、乘2电路e、输出可编程电路f、启动电路g、过温保护电路h，基准核心产生电路a采用基于PTAT改进的带隙基准源电路，由电阻R1组成，曲率补偿电路b由电阻R2组成，输出缓冲电路d由电阻R3、电容C1、电容C2、MOS管M1、双极型晶体管Q1组成，乘2电路e由电阻R4、R5和双极型晶体管Q2组成，输出可编程电路f由电阻R6和输入端A2、A1、A0组成，启动电路g由电阻R7组成，过温保护电路h由电阻R8组成。

该电路采用SMIC0.18μm标准CMOS工艺实现，并用Spectre进行了仿真，结果表明，在常温27℃下，当电源电压为3.3V，温度范围为-40～125℃时，该电路的温度系数仅为3.64ppm/℃，并在3-10V的电源电压范围内，具有9.5318µV/V的电源电压调整率以及高达-101dB的交流PSRR和低噪声特性。该电路可广泛适用于高精度要求场合，对控制端进行编程输出了八种不同的值，满足了不同基准电压的要求。

表1基准电压的可编程输出值

本实用新型的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出的各种变化均属于本实用新型的保护范围之内。