一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，包括三个PMOS管、三个PNP型三极管、五个电阻和一个四输入运算放大器。本发明专利技术提供的电路所产生的基准电压在传统的一阶温度补偿的基础上添加了与三极管电流放大系数β相关的指数型温度补偿项，不同于一阶温度补偿及二阶曲率补偿，从而得到了更高精度的基准电压。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路
本专利技术属于带隙基准设计
，具体涉及一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路。
技术介绍
基准电压源是CMOS集成电路中非常重要的单元模块电路，可提供高精度高稳定度的基准电压，被广泛应用于各种模拟和数字系统中，随着移动通信技术的不断发展，对基准电压源模块的要求越来越高。关于CMOS基准电压源的设计，基本都是基于带隙基准源技术。到目前为止有很多高精度CMOS带隙基准的实现方式，比较通用的是一阶温度补偿基准(如图1所示)和二阶曲率补偿基准(如图2所示)，一阶温度补偿基准的精度不够高，二阶曲率补偿基准的温度补偿温度性不够好，经常需要通过修调才能得到较好的温度特性。CMOS工艺中通常使用寄生纵向PNP管来产生基准电压，但是纵向PNP管的电流增益很小(通常小于10)，并且其集电极必须接地，不能像其他工艺中的NPN管可以灵活地使用，以上缺点严重地限制了CMOS工艺中带隙基准的精度。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的高精度指数型温度补偿带隙基准电路解决了现有的带隙基准的精度不够高且温度补偿稳定性不好的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，包括三个PMOS管、三个PNP型三极管、五个电阻和一个四输入运算放大器；其中，PMOS管M1、PMOS管M2和PMOS管M3的漏极均与电源连接，其栅极均与四输入运算放大器U1的输出端连接，PMOS管M1的源极通过电阻R2与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，PMOS管M2的源极通过电阻R5与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，PMOS管M3的源极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接；三极管Q1的发射极与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，其基极和集电极接地；三极管Q2的发射极通过电阻R1与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，其基极和集电极接地；三极管Q3的发射极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接，三极管Q3的发射极还通过电阻R3与其基极连接，其基极通过电阻R4与其集电极连接，且其集电极接地。进一步地，所述电阻R2和电阻R5的阻值相同。进一步地，所述电阻R2与PMOS管M1的源极连接的一端的电压作为基准电压VREF。进一步地，所述四输入运算放大器内部包括12个PMOS管；其中，PMOS管M13的漏极、PMOS管M14的漏极、PMOS管M11的漏极和PMOS管M12的漏极均与电源VDD连接，PMOS管M13的栅极与PMOS管M14的栅极连接，PMOS管M11的源极分别与PMOS管M12的栅极和PMOS管M11的栅极连接；PMOS管M13的源极分别与PMOS管M15的漏极和PMOS管M16的漏极连接，PMOS管M14的源极分别与PMOS管M5的漏极和PMOS管M6的漏极连接；PMOS管M11的源极与PMOS管M9的漏极连接，PMOS管M12的源极与PMOS管M10的漏极连接，PMOS管M9的栅极与PMOS管M10的栅极连接，PMOS管M9的源极与PMOS管M7的漏极连接，PMOS管M10的源极PMOS管M8的漏极连接；PMOS管M15的源极和PMOS管M5的源极均与PMOS管M7的漏极连接，PMOS管M16的源极和PMOS管M6的源极均与PMOS管M8的漏极连接；PMOS管M7的栅极与PMOS管M8的栅极连接，PMOS管M7的源极和PMOS管M8的源极均接地；其中，PMOS管M15的栅极作为四输入运算放大器的第一同相输入端INP1，PMOS管M16的栅极作为四输入运算放大器的第一反相输入端INN1；PMOS管M5的栅极作为四输入运算放大器的第二同相输入端INP2；PMOS管M6的栅极作为四输入运算放大器的第二反相输入端INN2；PMOS管M12的源极和PMOS管M10的漏极连接作为四输入运算放大器的输出端。进一步地，基准电压VREF的表达式为：其中，VBE1为三极管Q1的BE结电压；VT为热电压；N为Q2和Q1的反射结面积比；VBE3为三极管Q3的BE结电压；K1为四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1的电压和第一反相输入端INN1电压的比例系数；K2为流经PMOS管M2电流和流经PMOS管M3电流的比例系数；β为三极管的电流放大系数。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的高精度指数型CMOS带隙基准电路所产生的基准电压添加了与三极管电流放大系数β相关的电压，不同于一阶温度补偿及二阶曲率补偿，通过补偿三极管的电流放大系数β的温度变化对基准的影响，得到了更高精度的基准电压。附图说明图1为本专利技术
技术介绍
中一阶温度补偿的CMOS带隙基准电路图。图2为本专利技术
技术介绍
中二阶曲率补偿的CMOS带隙基准电路图。图3为本专利技术提供的高精度指数型CMOS带隙基准电路图。图4为本专利技术提供的实施例中四输入运算放大器内部电路图。图5为本专利技术提供的实施例中电路仿真结果图。图6为本专利技术提供的实施例中当电阻R3无穷大时的CMOS带隙基准电路图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图3所示，一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，包括三个PMOS管、三个PNP型三极管、五个电阻和一个四输入运算放大器；其中，PMOS管M1、PMOS管M2和PMOS管M3的漏极均与电源连接，其栅极均与四输入运算放大器U1的输出端连接，PMOS管M1的源极通过电阻R2与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，PMOS管M2的源极通过电阻R5与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，PMOS管M3的源极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接；三极管Q1的发射极与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，其基极和集电极接地；三极管Q2的发射极通过电阻R1与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，其基极和集电极接地；三极管Q3的发射极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接，三极管Q3的发射极还通过电阻R3与其基极连接，其基极还通过电阻R4与其集电极连接，且其集电极接地。其中，电阻R2和电阻R5的电阻阻值相同。电阻R2与PMOS管M1的源极连接的一端的电压作为基准电压VREF。如图4所示，展示了本专利技术中四输入运算放大器的内部电路：该四输入运算放大器包括12个PMOS管；其中，PMOS管M13的漏极、PMOS管M14的漏极、PMOS管M11的漏极和PMOS管M12的漏极均与电源VDD连接，PMOS管M13的栅极与PMOS管M14的栅极连接，PMOS管M11的源极分别与PMOS管M12的栅极和PMOS管M11的栅极连接；PMOS管M13的源极分别与PMOS管M15的漏极和PMOS管M16的漏极连接，PMOS管M14的源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，其特征在于，包括三个PMOS管、三个PNP型三极管、五个电阻和一个四输入运算放大器；其中，PMOS管M1、PMOS管M2和PMOS管M3的漏极均与电源连接，其栅极均与四输入运算放大器U1的输出端连接，PMOS管M1的源极通过电阻R2与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，PMOS管M2的源极通过电阻R5与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，PMOS管M3的源极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接；三极管Q1的发射极与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，其基极和集电极接地；三极管Q2的发射极通过电阻R1与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，其基极和集电极接地；三极管Q3的发射极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接，三极管Q3的发射极还通过电阻R3与其基极连接，其基极通过电阻R4与其集电极连接，且其集电极接地。

【技术特征摘要】
1.一种高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，其特征在于，包括三个PMOS管、三个PNP型三极管、五个电阻和一个四输入运算放大器；其中，PMOS管M1、PMOS管M2和PMOS管M3的漏极均与电源连接，其栅极均与四输入运算放大器U1的输出端连接，PMOS管M1的源极通过电阻R2与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，PMOS管M2的源极通过电阻R5与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，PMOS管M3的源极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接；三极管Q1的发射极与四输入运算放大器U1的第一反相输入端INN1和第二反相输入端INN2连接，其基极和集电极接地；三极管Q2的发射极通过电阻R1与四输入运算放大器U1的第一同相输入端INP1连接，其基极和集电极接地；三极管Q3的发射极与四输入运算放大器U1的第二同相输入端INP2连接，三极管Q3的发射极还通过电阻R3与其基极连接，其基极通过电阻R4与其集电极连接，且其集电极接地。2.根据权利要求1所述的高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，其特征在于，所述电阻R2和电阻R5的阻值相同。3.根据权利要求1所述的高精度指数型CMOS带隙基准电路，其特征在于，所述电阻R2与PMOS管M1的源极连接的一端的电压作为基准电压VREF。4.根据权利要求1所述的高精度指数型温度补偿CMOS带隙基准电路，其特征在于，所述四输入运算放大器内部包括12个PMOS管；其中，PMOS管M13的漏极、PMOS管M14的漏极、PMOS管M11的漏极和PMOS管M12的漏极均与电源VDD连接，PMOS管M13的栅极与PMOS管M14的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗敏，郑薇，谭荣，李林华，
申请(专利权)人：成都嘉纳海威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51