一种电压参考源装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电压参考源装置，包括电阻Ｒ１和Ｒ２以及４个双极性晶体管Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４，以及４个电流镜，电流镜１，电流镜２，电流镜３，电流镜４。采用本发明专利技术所提供的电压参考源装置比现有技术相比，不仅功耗降低，电路面积减小，而且工作电压也降低了。

Voltage reference source device

The invention discloses a voltage reference device, including resistors R1 and R2 and 4 bipolar transistors Q1, Q2, Q3, Q4, and 4 current mirror, a current mirror 1, current mirror 2, current mirror 3, current mirror 4. Compared with the prior art, the voltage reference source device provided by the invention not only reduces the power consumption, reduces the circuit area, but also reduces the operating voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电压参考源领域，尤其涉及具有温度补偿功能的电压参考源。
技术介绍
电压参考源为电路系统提供稳定、准确的参考电压。电压参考源的应用领域非常广泛，比如温度控制、A/D和D/A转换器、电压调整器等电路系统中都需要使用电压参考源。通常使用的电压参考源为带隙基准源，电路结构如图1所示。图1中的双极性晶体管Q1、Q2，电阻R1、R2、R3和运算放大器实现了带隙基准源。带隙基准源的工作原理为Vout＝VEB+M*VT，其中VEB是双极性晶体管射极-基极电压，具有负温度系数；VT是热电压，具有正温度系数。调节系数M的值就可以得到具有不同温度系数的参考电压。这种电路结构的主要缺点是1功耗大。功耗一般情况下为0.3mW左右；2不适合低电压使用。随着供电电压的降低，普通结构的运算放大器性能恶化从而影响整个电路的性能；3电路面积大，电阻R1、R2、R3和运算放大器偏置电流源电路中的电阻阻值均在50K欧姆左右以保证合适的功耗，从而电路面积很大。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有技术中的电压参考源装置功耗大，电路面积大，工作电压高的缺点而提出的一种电压参考源电路。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提出的一种电压参考源电路，包括2个电阻R1、R2；4个双极性晶体管Q1、Q2、Q3、Q4；4个电流镜，电流镜1、电流镜2、电流镜3和电流镜4。电流镜1和电流镜2的公共端与电源VDD连接；电流镜3和电流镜4的公共端接地，Q1-Q4的集电极接地，Q4的基极接地；电流镜1的输入端与Q1的发射极连接，电流镜1的输出端与Q1的基极连接；电流镜2的输入端与R1的一端连接，R1的另一端与Q2的发射极连接，Q2的基极与Q1的基极连接；电流镜2的输出端out1与Q3的发射极连接；电流镜2的输出端out2与电流镜4的输入端连接，电流镜4的输出端与Q1的基极连接；电流镜2的输出端out3与R2的一端连接；R2的另一端与Q4的发射极连接；Q3的基极与电流镜3的输入端连接，电流镜3的输出端与Q1的基极连接；电流镜2输出端out3的电压为输出的参考电压Vout。该电压参考源的工作原理为调节电流镜1-4的输入输出电流的比例关系(即调节系数X1-X7)，使得Q1的发射极电压VE1与电流镜2输入端的电压V1相等。因而电流镜2的输入电流IE2=VE1-VE2R1=VEB1-VEB2R1=Cl×VT,]]>Vout＝VEB4+R2×X4×IE2＝VEB4+C2×R2×VT(C1，C2为常数)。采用本专利技术所述的电压参考源装置，与现有技术中的电压参考源装置相比，电阻数目减半，电阻值减小，R1、R2的电阻之和为55K欧姆左右，电路面积减小，不使用运算放大器，在很低的供电电压能够正常工作，降低了工作电压，工作电压可降至1.8V(3.3V工艺)，电路功耗降低，功耗在0.1mw左右。附图说明图1是典型的带隙基准源结构图； 图2是本专利技术所述电压参考源装置结构图；图3是本专利技术所述装置实施例的结构图；图4是本专利技术实施例输出的具有不同温度系数的参考电压仿真结果；图5是本专利技术实施例在不同供电电压下的工作电流和输出的参考电压仿真结果。具体实施例方式下面结合本专利技术所述装置的具体实施方式做进一步说明。图3是本专利技术所述装置实施例的结构图。PMOS管M1、M2构成电流镜1，M3-M7构成电流镜2，M1-M6尺寸相等均为WL=40um3um]]>(W，L分别为MOS管的栅宽和源区宽)，M7的尺寸为(WL)M7=2×15um1um;]]>PMOS管M17改善电流镜1的性能，PMOS管M18、M19、M20改善电流镜2的性能，尺寸相等均为WL=30um1um;]]>NMOS管M8、M9、M12、M13构成电流镜3，尺寸分别为(WL)M8=(WL)M12=30um1um,]]>(WL)M9=(WL)M13=15um1um;]]>M10、M11、M14、M15构成电流镜4，尺寸为(WL)M10=(WL)M11=60um3um,]]>(WL)M14=(WL)M15=60um1um;]]>M5，M19和NMOS管M16构成的支路为电流镜3和电流镜4提供偏置电压，M16的尺寸为(WL)M16=30um3um;]]>电阻R1阻值为3.6K欧姆，R2阻值可调，最大为40K欧姆；Q1-Q4为PNP管，Q1和Q3的发射极-基极结面积为4um2，Q2的为96um2，Q4的为1000um2。所有的MOS管都工作在饱和区，双极性晶体管都工作在线性区。Q1的发射极电流为IE1，基极电流为IB1；Q2的发射极电流为IE2，基极电流为IB2；Q3的发射极电流为IE3，基极电流为IB3。忽略沟道调制效应，根据MOS器件在饱和区的电压电流方程ID=KWL(VGS-Vt)2]]>(K为MOS的特性参数，Vt为MOS的阈值电压)，以及电流镜中各个MOS管的尺寸关系可以得到输入输出电流的比例关系为电流镜1的输入输出电流大小关系为IE1＝ID2(1)电流镜2的输入输出电流大小关系为IE2=IE3=ID6=12ID7---(2)]]>电流镜3的输入输出电流比IB3∶IB3_M＝1∶2 (3)电流镜4的输入输出电流比ID6∶ID6_M＝1∶1 (4)对Q1的基极应用基尔霍夫电流定律有ID2+IB1+IB2＝IB3_M+ID6_M(5)将(1)，(2)，(3)，(4)式代入(5)式有IE1+IB1+IB2＝2IB3+IE2(6)对于Q3有IE3＝(1+β)IB3＝IE2(β为Q1-Q3的电流增益)所以有IB3=IE21+β---(7)]]>对于Q1有IB1=IE11+β---(8)]]>对于Q2有IB2=IE21+β---(9)]]>将(7)，(8)，(9)式代入(6)式有IE1+IE11+β+IE21+β=2IE21+β+IE2---(10)]]>由(10)式可得出IE1＝IE2(11)对于M1，M3应用饱和区电流公式有IE1=K(WL)M1(VDD-VE1-Vt)2---(12)]]>(VE1是Q1的发射极电压) IE2=K(WL)M3{VDD-(VE2+IE2×R1)-Vt}2---(13)]]>(VE2是Q2的发射极电压)由(11)，(12)，(13)式得到VE1-VE2＝R1×IE2(14)VE1-VE2＝VEB1-VEB2＝VTlnN (15)(VT是热电压)由(14)，(15)式得到IE2=VTR1lnN---(16)]]>Vout＝VEB4+R2×2IE2(17)将(16)代入(17)有Vout=VEB4+2×VT×R2R1×lnN---(18)]]>将(18)式两边对温度T求导有∂Vout∂T=∂VEB4∂T+C×R2×&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压参考源装置，其特征在于，包括：第一电阻（Ｒ１）、第二电阻（Ｒ２），第一双极性晶体管（Ｑ１）、第二双极性晶体管（Ｑ２）、第三双极性晶体管（Ｑ３）、第四双极性晶体管（Ｑ４），电流镜１、电流镜２、电流镜３和电流镜４；电流镜１和电流 镜２的公共端与电源ＶＤＤ连接；电流镜３和电流镜４的公共端接地，第一至第四双极性晶体管的集电极接地，第四双极性晶体管（Ｑ４）的基极接地；电流镜１的输入端与第一双极性晶体管（Ｑ１）的发射极连接，电流镜１的输出端与第一双极性晶体管（Ｑ１）的基极连接；电流镜２的输入端与第一电阻（Ｒ１）的一端连接，第一电阻（Ｒ１）的另一端与第二双极性晶体管（Ｑ２）的发射极连接，第二双极性晶体管（Ｑ２）的基极与第一双极性晶体管（Ｑ１）的基极连接；电流镜２的输出端ｏｕｔ１与第三双极性晶体管（Ｑ３）的发射极连接；电流镜２的输出端ｏｕｔ２与电流镜４的输入端连接，电流镜４的输出端与第一双极性晶体管（Ｑ１）的基极连接；电流镜２的输出端ｏｕｔ３与第二电阻（Ｒ２）的一端连接；第二电阻（Ｒ２）的另一端与第四双极性晶体管（Ｑ４）的发射极连接；第三双极性晶体管（Ｑ３）的基极与电流镜３的输入端连接，电流镜３的输出端与第一双极性晶体管（Ｑ１）的基极连接；电流镜２输出端ｏｕｔ３的电压为输出的参考电压Ｖｏｕｔ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周莉，许萍，吴小晔，李梅，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]