电压产生电路及零温漂电压产生方法与流程

1.本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种电压产生电路及零温漂电压产生方法。


背景技术：

2.图1是现有的带隙基准电路，vbe1和vbe2分别是三极管q1、q2的基极-发射极之间的电压。vbe1-vbe2是具有正温度系数的电压，通过vbe1-vbe2在电阻rb1上生成的正温度系数电流，正温度系数电流并在电阻rb2、rb3上产生正温度系数电压。二极管的正向电压(二极管连接的三极管q1、q2的基极-发射极间的正向电压)的温度特性为负，电阻rb2、rb3上产生的电压的温度特性为正，因此可从运算放大器a输出温度依存性小的基准电压vbg。
3.但是，随着adc(模数转换器)的精度提升，带隙的精度要求越来越高，对电源抑制比psrr的要求已经逼近极限，如何提高带隙基准电路的电源纹波抑制性能成为了本领域亟待解决的技术问题。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电压产生电路及零温漂电压产生方法，其能够大幅提升psrr的上限。
6.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种电压产生电路，包括：基准电路以及浮动电压源电路。
7.所述基准电路包括第一三极管、第二三极管和第一电阻，所述基准电路基于所述第一三极管的基极和发射极之间的正向电压与第二三极管的基极和发射极之间的正向电压的电压差作用于第一电阻上产生的正温度系数电流而输出基准电压；所述浮动电压源电路与基准电路的输出端相连，所述浮动电压源电路基于正温度系数电流产生零温漂的浮动电压。
8.在本发明的一个或多个实施例中，所述浮动电压源电路包括第一支路，所述第一支路包括相连的第一单元和第二单元，所述第一单元用于产生正温度系数电压，所述第二单元用于产生负温度系数电压。
9.在本发明的一个或多个实施例中，所述第二单元包括具有pn结的器件。
10.在本发明的一个或多个实施例中，所述具有pn结的器件包括二极管或三极管，所述三极管的基极和集电极相连。
11.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一单元包括第一分流电阻或第一电阻阵列。
12.在本发明的一个或多个实施例中，所述浮动电压源电路还包括第二支路，所述第二支路用于配合第一支路实现正温度系数电流的分流。
13.在本发明的一个或多个实施例中，所述第二支路包括第二分流电阻或第二电阻阵列。
14.在本发明的一个或多个实施例中，所述基准电路还包括第二电阻、第三电阻和运算放大器，所述运算放大器具有第一输入端和第二输入端，所述运算放大器的第一输入端与第二电阻的第二端相连，所述运算放大器的第二输入端与第三电阻的第二端相连，所述浮动电压源电路的第一端与运算放大器的输出端相连，所述浮动电压源电路的第二端与第二电阻的第一端以及第三电阻的第一端相连，所述第一三极管的基极与集电极相连且与运算放大器的第一输入端相连；
15.所述第二三极管的基极与集电极相连且与第一电阻的第二端相连，所述第一电阻的第一端与运算放大器的第二输入端相连，所述第一三极管和第二三极管的发射极均与地电压相连；或者
16.所述第二三极管的基极与集电极相连且与运算放大器的第二输入端相连，所述第二三极管的发射极与第一电阻的第一端相连，所述第一三极管的发射极与第一电阻的第二端均与地电压相连。
17.在本发明的一个或多个实施例中，所述运算放大器的工作电压由运算放大器的输出端的电压供电。
18.本发明还公开了一种零温漂电压产生方法，包括所述的电压产生电路，所述零温漂电压产生方法包括：
19.获取基准电路产生的正温度系数电流；
20.通过浮动电压源电路基于正温度系数电流产生零温漂电压。
21.在本发明的一个或多个实施例中，所述浮动电压源电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括相连的第一单元和第二单元，所述零温漂电压产生方法包括：
22.通过调节第一单元和第二支路的阻值以调节流过第一单元的正温度系数电流；
23.通过第一单元基于流过自身的正温度系数电流产生的正温度系数电压与第二单元产生的负温度系数电压相抵消以获得零温漂电压。
24.与现有技术相比，根据本发明实施例的电压产生电路及零温漂电压产生方法，通过在基准电路的输出端增加浮动电压源电路，使得浮动电压源电路输出与基准电压具有关联的零温漂的浮动电压，从而构成高性能辅助ldo输出，可覆盖较大的电压范围，具有较大的灵活性；同时，浮动电压源电路输出的零温漂的浮动电压为基准电路的曲率修调电路供电以及基准电路的放大器的偏置电路供电，隔离敏感模块与电源的连接，实现psrr的自举，从而大幅拓展电路的psrr的上限，能够将psrr指标从传统的120db上限突破到160db以上；通过psrr的自举能够降低放大器的静态工作点对电源电压大范围变化的敏感性，使其工作更加稳定，为后续的高阶曲率修调打下基础；本发明实施例的电压产生电路结构精简，功能完善，价值极高。
附图说明
25.图1是现有技术的电压产生电路的电路原理图。
26.图2是根据本发明一实施例的电压产生电路的电路原理图。
具体实施方式
27.下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
28.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
29.说明书中的“耦接”或“连接”或“相连”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。另外，在本发明中，例如“第一”、“第二”之类的词语主要用于区分一个技术特征与另一个技术特征，而并不一定要求或暗示这些技术特征之间存在某种实际的关系、数量或者顺序。
30.如图2所示，一种电压产生电路，包括：基准电路和浮动电压源电路10。
31.基准电路基于第一三极管的基极和发射极之间(pn结)的正向电压与第二三极管的基极和发射极之间(pn结)的正向电压的具有正温度特性的电压差作用于第一电阻上产生的正温度系数电流而输出基准电压。
32.具体的，基准电路包括第一电阻rb1、第二电阻rb2、第三电阻rb3、第一三极管q1、第二三极管q2和运算放大器a。在本实施例中，运算放大器a具有第一输入端和第二输入端，第一输入端为正输入端，第二输入端为负输入端；第一三极管q1和第二三极管q2均为npn型三极管，第一三极管q1和第二三极管q2的个数比为1：n，n为大于等于1的整数。
33.运算放大器a的第一输入端与第二电阻rb2的第二端相连，运算放大器a的第二输入端与第三电阻rb3的第二端相连。第一三极管q1的基极与集电极相连且与运算放大器a的第一输入端相连，第二三极管q2的基极与集电极相连且与第一电阻rb1的第二端相连，第一电阻rb1的第一端与运算放大器a的第二输入端相连，第一三极管q1和第二三极管q2的发射极均与地电压相连。
34.浮动电压源电路10的第一端与运算放大器a的输出端相连形成用于输出浮动电压v_ldo的第一输出端，浮动电压源电路10的第二端与第二电阻rb2的第一端以及第三电阻rb3的第一端相连形成用于输出基准电压vbg的第二输出端。
35.第一三极管q1的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe1与第二三极管q2的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe2的电压差vbe1-vbe2被施加在第一电阻rb1上，通过对第一电阻rb1施加电压差vbe1-vbe2从而在第一电阻rb1上产生正温度系数电流，流过第二电阻rb2和第三电阻rb3的电流与该正温度系数电流相对应，从而在第二电阻rb2和第三电阻rb3上产生正温度系数电压。结合第二电阻rb2和第三电阻rb3上产生的电压以及第一三极管q1的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe1与第二三极管q2的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe2，最终获得基准电压vbg。
36.在其他实施例中，第二三极管q2的基极与集电极相连且与运算放大器a的第二输入端相连，第二三极管q2的发射极与第一电阻rb1的第一端相连，第一三极管q1的发射极与第一电阻rb1的第二端均与地电压相连，可以看出，这里的第二三极管q2和第一电阻rb1的位置进行了调换。
37.另外，在其他实施例中，还可以将第二电阻rb2和第三电阻rb3与第一三极管q1和第二三极管q2进行调换。
38.在其他实施例中，还可以采用pnp型的第一三极管q1和第二三极管q2。
39.如图2所示，浮动电压源电路10的第二端与基准电路的输出端相连，浮动电压源电路10基于基准电路产生的正温度系数电流产生零温漂的浮动电压v_ldo。
40.浮动电压源电路10包括第一支路和第二支路，第二支路用于配合第一支路实现正温度系数电流的分流。其中，第一支路包括相连的第一单元和第二单元，第一单元用于产生正温度系数电压，第二单元包括用于产生负温度系数电压的具有pn结的器件，通过负温度系数电压补偿正温度系数电压，从而实现浮动电压v_ldo的零温漂。第一支路和第二支路的数量并不做具体限定，在其他实施例中，可根据需要改变第一支路和/或第二支路的数量。
41.在本实施例中，具有pn结的器件可以为二极管d1，第一单元可以为第一分流电阻r1。第一分流电阻r1的第一端与运算放大器a的输出端相连，二极管d1的阳极与第一分流电阻r1的第二端相连，二极管d1的阴极与第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端相连，正温度系数电流作用在第一分流电阻r1上产生正温度系数电压，二极管d1上的负温度系数电压补偿该正温度系数电压，从而获得在第一支路上获得零温漂的电压。二极管d1和第一分流电阻r1的位置顺序可以调换，只要保证正温度系数电流是从运算放大器a的输出端流向第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端即可。
42.在其他实施例中，具有pn结的器件为三极管，三极管可以是npn型三极管、也可以是pnp型三极管。
43.若三极管是npn型三极管，则三极管的基极和集电极相连且与第一分流电阻r1的第二端相连，第一分流电阻r1的第一端与运算放大器a的输出端相连，三极管的发射极与第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端相连，且该三极管与第一分流电阻r1的位置顺序可以调换，只要保证正温度系数电流是从运算放大器a的输出端流向第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端即可。
44.若三极管是pnp型三极管，则三极管的发射极与第一分流电阻r1的第二端相连，第一分流电阻r1的第一端与运算放大器a的输出端相连，三极管的基极和集电极相连且与第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端相连，且该三极管和第一分流电阻r1的位置顺序也可以调换，只要保证正温度系数电流是从运算放大器a的输出端流向第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端即可。
45.在其他实施例中，第一单元也可以为第一电阻阵列。该第一电阻阵列可以采用多个第一分流电阻r1进行串联或者并联组成，也可以是通过串联和并联相结合的方式组成。该第一电阻阵列的总阻值可以是固定的、也可以是可调的。若是可调的，则可以通过采用开关管、熔丝将一个或者多个第一分流电阻r1的两端短接、断开的方式进行阻值调节。
46.如图2所示，第二支路包括第二分流电阻r2，第二分流电阻r2的第一端与运算放大器a的输出端相连，第二分流电阻r2的第二端与第二电阻rb2和第三电阻rb3的第一端相连。基于在第一支路上获得了零温漂的电压，第二支路上也获得零温漂的电压。在实际应用中，可将第二分流电阻r2上的电压引出从而扩展多个电压源以给其他电路供电，实现扩展应用。
47.在其他实施例中，第二支路包括第二电阻阵列。该第二电阻阵列可以通过多个第
二分流电阻r2进行串联或者并联组成，也可以是通过串联和并联相结合的方式组成。该第二电阻阵列的总阻值可以是固定的、也可以是可调的。若是可调的，则可以通过采用开关管、熔丝将一个或者多个第二分流电阻r2的两端短接、断开的方式进行阻值调节。
48.基于正温度系数电流以及通过在浮动电压源电路10的第二端叠加基准电压vbg，从而以极少的器件以及面积代价从浮动电压源电路10的第一端获得精密的浮动电压v_ldo。浮动电压v_ldo的psrr性能与基准电压vbg为同等量级，浮动电压源电路10作为电路环路的一部分，浮动电压v_ldo的产生不会影响基准电压vbg的输出性能，且增加了浮动电压源电路10对电路不会产生额外功耗。
49.运算放大器a的工作电压可由运算放大器a的输出端的电压供电。即运算放大器a的内部电路(如偏置电路)由浮动电压v_ldo供电，由于浮动电压v_ldo为零温漂电压，从而使得运算放大器a输出电压也是零温漂电压，继而实现psrr的自举。
50.浮动电压源电路10的第一端与第二端之间的电压vc为：
[0051][0052]
其中，i为流过第一分流电阻r1和第二分流电阻r2的正温度系数电流之和，i＝kt，t为温度，k为温度比例系数，r2为第二分流电阻的阻值，r1为第一分流电阻的阻值，rd为二极管d1的阻值，vd为二极管d1上的电压。
[0053]
在本实施例中，流经第二电阻rb2的电流等于流经第三电阻rb3和第一电阻rb1的电流(理想情况下，运算放大器a的输入端不分流)，且两者电流之和等于流过第一分流电阻r1和第二分流电阻r2的电流之和，所以流过第一分流电阻r1和第二分流电阻r2的电流之和也为正温度系数电流。
[0054]
在本实施例中，基于流过第一分流电阻r1和第二分流电阻r2电流为正温度系数电流以及结合二极管d1的电压，电压vc的范围为0.8～1.2
±
1v，浮动电压v_ldo同时随基准电压vbg变化而变化，具有大的灵活性，结合基准电压vbg在1.2v左右，浮动电压v_ldo可达到2～2.5
±
1v，可满足其他电路最低电源电压的要求。在其他实施例中，基准电压vbg可以为其他任意值。
[0055]
基于公式(1)获得正温度系数电流产生的正温度漂移误差：
[0056][0057]
基于公式(1)获得二极管d1产生的负温度漂移误差：
[0058][0059]
通过调节第一分流电阻r1和第二分流电阻r2的阻值以调节流过第一支路和第二支路的正温度系数电流；通过设置第一分流电阻r1和/或第二分流电阻r2的阻值，以满足从而实现零温漂。
[0060]
基于上述的电压产生电路，本发明还公开了一种零温漂电压产生方法，包括：
[0061]
获取基准电路产生的正温度系数电流。基准电路的第一三极管q1的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe1与第二三极管q2的基极和发射极之间(pn结)的正向电压vbe2
的电压差vbe1-vbe2被施加在第一电阻rb1上，通过对第一电阻rb1施加电压差vbe1-vbe2从而在第一电阻rb1上产生正温度系数电流，流经第二电阻rb2的电流等于流经第三电阻rb3和第一电阻rb1的电流(理想情况下，运算放大器a的输入端不分流)。
[0062]
通过浮动电压源电路基于正温度系数电流产生零温漂电压。
[0063]
具体的，通过调节第一单元和第二支路的阻值以调节流过第一单元的正温度系数电流。第一单元包括第一分流电阻r1，第二支路包括第二分流电阻r2，在本实施例中，流经第一分流电阻r1和第二分流电阻r2的电流之和等于流经第二电阻rb2的电流与流经第三电阻rb3和第一电阻rb1的电流之和。
[0064]
通过第一单元基于流过自身的正温度系数电流产生的正温度系数电压与第二单元产生的负温度系数电压相抵消以获得零温漂电压。第二单元包括二极管或三极管，三极管的基极和集电极短接。
[0065]
本发明还公开了一种芯片，包括上述的电压产生电路。
[0066]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员在不脱离本发明范围和精神的情况下能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。