一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片技术

本发明专利技术提供一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片；所述电路包括自偏置模块、带隙基准核心模块、电压生成模块；所述方法包括以下步骤：产生初级基准电压；通过基极电流校正与初级基准电压产生补偿前的基准电压；产生低温漂带隙基准电压。低温漂带隙基准电压电路和方法应用于电源管理芯片中。本发明专利技术的优点是：实现了超高精度，超低温度漂移系数的带隙基准电压源电路，可为对基准电压需求较高的电路应用提供高稳定性的基准电压。

【技术实现步骤摘要】
一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片
本专利技术设计电子电路领域，具体涉及一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片。
技术介绍
目前，基准电压源已作为半导体集成电路中不可缺少的基本模块，其广泛用于放大器、模数转换器、数模转换器、射频、传感器和电源管理芯片中。传统的基准电压源包括基于齐纳二极管反向击穿特性的电压基准、基于PN结正向导通特性的电压基准和带隙基准等多种实现方式，其中，由于带隙基准具有结构简单、电压稳定等优点，因此，得到了广泛应用。随着半导体技术和便携式电子产品的发展，对低功耗、高电源电压范围的基准电压源的需求大大增加，也导致带隙基准的设计要求有很大的提高。带隙基准可以产生与电源和工艺无关、具有确定温度特性的基准电压或基准电压。带隙基准的稳定性对整个系统的内部电源的产生，输出电压的调整等都具有直接且至关重要的影响。带隙基准电压必须能够克服制造工艺的偏差，系统内部电源电压在工作范围内的变化以及外界温度的影响。随着系统精度的提高，对基准的温度、电压和工艺的稳定性的要求也越来越高。在电源管理芯片以及模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)、动态存储器(DRAM)、Flash存储器等芯片设计中，低温度系数、低功耗、高电源抑制比(PSRR)的带隙基准设计十分关键。Brokaw带隙电路是Brokaw在1974年提出的一种新的带隙基准源电路。如图1Brokaw带隙单元示意图所示，假设电路处于平衡状态，由于运放OPs1的电压钳位作用，是两个电阻Rs1和Rs2上的压降相等，那么流过两条支路的电流相等，则两个三极管Qs1和Qs2的基极-发射极电压差为：其中，三极管Qs1和Qs2的发射极面积比为N。流过Rs2的电流是：则流过电阻Rs1的电流是两个三极管Qs1和Qs2发射极的电流之和，则输出基准电压Vsref的表达式是：通过选择合适的N、电阻Rs1和Rs2的比值，就能得到具有较小温度系数的输出基准电压Vsref。但现有技术的上述带隙基准电路中，存在以下问题：1)随着温度的变化，提供给带隙电压产生电路的偏置电流通常会产生变化，导致最终输出的基准电压不准确。2)电路设计本身会随失配导致补偿的精度较差；3)某些电路的过多粗糙的理论近似结果带来的实际带隙基准高阶温度补偿精度差。
技术实现思路
为解决上述问题：本专利技术提供一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其应用。通过利用基极电流对温度的指数特性，在带隙基准核心电路中，通过电阻对电流进行校正，从而对输出电压进行校正。同时添加了一个能产生曲率向上抛物线趋势电流的曲率补偿模块对基准电压中的高阶温度非线性项的进行补偿。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种低温漂带隙基准电压电路：本专利技术的具体技术解决方案如下：一种低温漂带隙基准电压电路，包括自偏置模块、带隙基准核心模块和电压生成模块；所述自偏置模块提供偏置电压和偏置电流；所述自偏置模块在电源上电过程中作为自启动电路；所述带隙基准核心模块基于Brokaw带隙单元组成，产生初级基准电压，所述带隙基准模块包括基极电流校正电阻；通过在Brokaw带隙单元中三极管对的基极中加入基极电流校正电阻，进行校正运算后产生补偿前的基准电压。所述电压生成模块产生最终的基准电压。优选的，所述低温漂带隙基准电压电路还包括曲率补偿模块；所述曲率补偿模块对补偿前的基准电压进行非线性曲率补偿；所述非线性曲率补偿为曲率补偿模块产生非线性曲率补偿电流，非线性曲率补偿电流通过电阻产生电压进行补偿；进一步优选的，自偏置模块包括场效应晶体管M5和M6；三极管Q3和Q4、电阻R6和R7；场效应晶体管M5和M6为PMOS管；三极管Q3为PNP三极管、三极管Q4为NPN三极管；场效应晶体管M6和M5的源级连接电源VDD，场效应晶体管M5的栅极和M6的栅极、M5的漏极相连；场效应晶体管M6和M5组成电流镜；场效应晶体管M6的漏极和电阻R7的一端相连于C点且作为自偏置模块的第一输出端连接带隙基准核心模块；电阻R7的另一端B点连接三极管Q4的基极和三极管Q3的发射极；三极管Q4的发射极E点连接电阻R6的一端；电阻R6的另一端接地；三极管Q3的集电极接地、三极管Q3的基极作为自偏置模块的第二输出端连接带隙基准核心模块。进一步优选的，带隙基准核心模块包括三极管Q1、Q2和Q5；电阻R01、R02、R1、R2和R3；放大器OP1；R3是基极电流校正电阻；三极管Q1、Q2和Q5是NPN三极管；三极管Q5的集电极连接电源VDD、三极管Q5的基极连接自偏置模块的第一输出端、三极管Q5的发射极D点接电阻R01和R02的一端；三极管Q1和Q2组成三极管对，三极管Q1和Q2的集电极分别连接电阻R01和R02的另一端、三极管Q1和Q2的集电极分别连接放大器OP1的反相输入端和正相输入端、三极管Q1和Q2的基极通过R3连接在一起、三极管Q1的基极A点连接自偏置模块的第二输出端并且作为带隙基准核心模块的第一输出端Vbgr连接电压生成模块；放大器OP1的输出端作为带隙基准核心模块的第二输出端连接电压生成模块；三极管Q1的发射极连接电阻R2的一端；三极管Q2的发射极通过电阻R1连接电阻R2的一端；电阻R2的另一端接地。进一步优选的，电压生成模块包括场效应晶体管M10、电阻R4和R5；场效应晶体管M10为PMOS管；场效应晶体管M10的源级连接电源VDD、场效应晶体管M10的栅极连接带隙基准核心模块的第二输出端、场效应晶体管M10的漏极与电阻R4的一端连接在一起输出作为最终的基准电压Vref；电阻R4的另一端和电阻R5的一端与带隙基准核心模块的第一输出端连接；电阻R5的另一端接地。更进一步优选的，所述M5和所述M6具有相同的尺寸。进一步优选的，曲率补偿模块包括场效应晶体管M1、M2、M3、M4、M7、M8和M9；电阻R8、R9和R10；放大器OP2；场效应晶体管M1-M4、M7、M8为PMOS管。M9为NMOS管；曲率补偿模块还包括电阻Rco；电阻Rco的一端连接所述带隙基准核心模块，另一端接地；具体为：电阻Rco串联接在带隙基准核心模块中的电阻R2和地之间；即：电阻Rco的一端连接所述带隙基准核心模块中的电阻R2，另一端接地；放大器OP2的正相端连接Vbgr节点、反相端接节点M、输出端接场效应晶体管M9的栅极；场效应晶体管M9的源级连接电源VDD、漏极和电阻R10的一端连接节点M；电阻R8-R10串联连接：电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接于节点H、电阻R9的另一端和电阻R8的一端连接于节点L、电阻R8的另一端接地；场效应晶体管M1的源极、M2的源级、M7的漏极相连；场效应晶体管M3的源极、M4的源级、M8的漏极相连；M7和M8的源级连接电源VDD；M7和M8的栅极连接节点Vpbias；节点Vpbias为所述自偏置模块为的M5的栅极；M1和M3的栅极连接节点VPTAT；M2和M4的栅极分别连接节点L和H；M2和M3的漏级接地；M1和M4的漏级连接电阻Rco的一端。更进一步优选的，所述M7和M8具有相同的尺寸。更进一步优选的，所述带隙基准核心模块中包含修调电路Rt1和Rt2，接触点端口分别连接放大器OP1的输入端Vinp和Vinn。为了用于调节输出电压的大小，以满足不同应用的要求：更进一步优选的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温漂带隙基准电压电路，包括：自偏置模块、带隙基准核心模块和电压生成模块；所述自偏置模块提供偏置电压和偏置电流；所述自偏置模块在电源上电过程中作为自启动电路；所述带隙基准核心模块基于Brokaw带隙单元组成，产生初级基准电压：所述带隙基准模块包括基极电流校正电阻；通过在Brokaw带隙单元中三极管对的基极中加入基极电流校正电阻，进行校正运算后产生补偿前的基准电压；所述电压生成模块产生最终的基准电压。

【技术特征摘要】
1.一种低温漂带隙基准电压电路，包括：自偏置模块、带隙基准核心模块和电压生成模块；所述自偏置模块提供偏置电压和偏置电流；所述自偏置模块在电源上电过程中作为自启动电路；所述带隙基准核心模块基于Brokaw带隙单元组成，产生初级基准电压：所述带隙基准模块包括基极电流校正电阻；通过在Brokaw带隙单元中三极管对的基极中加入基极电流校正电阻，进行校正运算后产生补偿前的基准电压；所述电压生成模块产生最终的基准电压。2.如权利要求1所述的低温漂带隙基准电压电路，其特征在于：还包括曲率补偿模块；所述曲率补偿模块对补偿前的基准电压进行非线性曲率补偿；所述非线性曲率补偿为曲率补偿模块产生非线性曲率补偿电流，非线性曲率补偿电流通过电阻产生电压进行补偿。3.如权利要求2所述的低温漂带隙基准电压电路，其特征在于：所述曲率补偿模块包括场效应晶体管M1、M2、M3、M4、M7、M8和M9；电阻R8、R9和R10；放大器OP2；场效应晶体管M1-M4、M7、M8为PMOS管；M9为NMOS管；曲率补偿模块还包括电阻Rco；电阻Rco的一端连接所述带隙基准核心模块，另一端接地；放大器OP2的正相端连接节点Vbgr、反相端接节点M、输出端接场效应晶体管M9的栅极；场效应晶体管M9的源级连接电源VDD、漏极和电阻R10的一端连接节点M；电阻R8-R10串联连接：电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接于节点H、电阻R9的另一端和电阻R8的一端连接于节点L、电阻R8的另一端接地；场效应晶体管M1的源极、M2的源级、M7的漏极相连；场效应晶体管M3的源极、M4的源级、M8的漏极相连；M7和M8的源级连接电源VDD；M7和M8的栅极连接节点Vpbias；节点Vpbias为所述自偏置模块为M5的栅极；M1和M3的栅极连接节点VPTAT；M2和M4的栅极分别连接节点L和H；M2和M3的漏级接地；M1和M4的漏级连接电阻Rco的一端。4.如权利要求2所述的低温漂带隙基准电压电路，其特征在于：所述自偏置模块包括场效应晶体管M5和M6；三极管Q3和Q4、电阻R6和R7；场效应晶体管M5和M6为PMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光前，张启东，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61