一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源制造技术

本发明专利技术公开了一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路。该具有低失调电压高PSRR的带隙基准源通过采用双层电流镜结构以及增加偏置电阻，降低了各个电流镜之间的沟道长度调制效应的影响，保证了电流倍乘系数的准确性，进而降低了输出电压的失调。

【技术实现步骤摘要】
一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源
本专利技术涉及带隙基准源
，具体地，涉及一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源。
技术介绍
在集成电路设计中主要分成模拟电路和数字电路两部分。片上带隙电压基准源作为模拟电路的核心模块，它的性能好坏决定着整个模拟电路乃至整个芯片的性能好坏与功能实现。目前应用最广泛、性能指标最好的带隙电压基准都是采用双极型器件实现。它的原理是将正温度系数的电压和负温度系数的电压以一定的系数相叠加来得到近似零温度系数的带隙电压。随着技术的进步和人们对系统要求指标的提高，系统对带隙电压基准源指标要求也不断提高，特别是在电压输入范围、电路失调、电源电压抑制比和功耗等方面。有些系统电源电压的变化范围很宽(如2.5V～5.5V)，并且要求功耗很低以延长系统工作时间(例如：电池供电系统、双界面IC卡系统等)；有些系统要求较高的电源抑制比可以减小输出基准电压受到系统电源噪声的影响(例如：电源管理系统)；有些系统要求输出基准电压的失调很小(例如：ADC和DAC电路等)。现有的技术方案很难同时满足以上不同的电路系统对带隙电压基准源的要求。现有的高电源电压抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)的电路一般采用图1所示的结构。核心的带隙基准电路由电流镜MP1、MP2、MP3，电阻R3、R4和三极管Q1、Q2组成。环路放大器通过检测B点电压来控制VREG点，使其工作在正确的电压上。该结构采用电压负反馈的方法来实现核心节点电压VREG在很宽的频率范围内的稳定，从而提高了输出电压的电源抑制比。电路的输出电压为：其中，Vbe2为Q2的基极-发射极电压，VT为热电压，R3为电阻R3的阻值，R4为电阻R4的阻值。通过对以上现有技术的研究和实际电路系统应用环境的考虑很容易发现现有技术存在以下缺点：(1)、在现有技术中为了实现很宽的电源电压范围，同时支持高、低电源电压输入，考虑到电路的可靠性和寿命，电路本身必须采用高压器件实现。而高压器件受到其本身高阈值电压的影响，很难支持低电压(如：2.5V)工作状态，或者在低电压条件下性能会有很大的下降。(2)、在现有的技术中，为了实现很高的电源电压抑制比减小基准电压受到系统电源的影响，一般采用电压级联(例如：共源共栅结构、电源regulator等)和很大的片上滤波电容实现。电压级联会限制输入电压范围，片上滤波电容会占用很大的芯片面积，从而提高芯片的生产成本。(3)、在式子(1)中输出电压的精度受到电流倍乘因子N的影响，N的变化会导致输出电压的变化，从而影响输出电压的精度。由于A、B两点(Vbe)和E点(VBG)电压差别较大，受到沟道长度调制效应的影响，很难通过电流镜的比例实现精确的倍乘因子N，进而影响输出电压VBG的精度。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中带隙基准源受到沟道长度调制效应的影响，输出电压精度不高的缺陷，根据本专利技术的一个方面，提出一种低功耗高PSRR带隙基准源。根据本专利技术实施例的一种低功耗高PSRR带隙基准源，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路；第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管和第四P沟道场效应管组成电流镜；第一P沟道场效应管的宽长比与第二P沟道场效应管的宽长比的比值为1:N，且第一电阻的阻值与第二电阻的阻值的比值为N:1；第一P沟道场效应管的栅极与第二P沟道场效应管的栅极相连，并与第三P沟道场效应管的漏极相连；第三P沟道场效应管的栅极与第四P沟道场效应管的栅极相连，并与第一电阻和第三电阻的连接节点相连；第一P沟道场效应管的漏极与第三P沟道场效应管的源极相连，第二P沟道场效应管的漏极与第四P沟道场效应管的源极相连；第三P沟道场效应管的漏极依次通过第一电阻、第三电阻与第一双极型晶体管的发射极相连；第四P沟道场效应管的漏极通过第二电阻与第二双极型晶体管的发射极相连，且第四P沟道场效应管的漏极还与电压输出端相连；第一双极型晶体管的基极与第二双极型晶体管的基极相连并接地，第一双极型晶体管的集电极与第二双极型晶体管的集电极相连并接地；电压反馈电路的电压反馈输入端与第四P沟道场效应管的漏极相连，电压反馈输出端分别与第一P沟道场效应管的源极、第二P沟道场效应管的源极相连；电压反馈电路用于根据第四P沟道场效应管的漏极电压确定输出反馈电压，控制第三P沟道场效应管的漏极电压与第四P沟道场效应管的漏极电压相等。在上述技术方案中，第一双极型晶体管与第二双极型晶体管的发射极面积之比为M:1；电压输出端的输出电压为：其中，Vbe2为第二双极型晶体管的基极-发射极电压，VT为热电压，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值。在上述技术方案中，电压反馈电路包括：第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第七N沟道场效应管、第四电阻、补偿电容；第九P沟道场效应管的源极与第十P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，第九P沟道场效应管的栅极与第十P沟道场效应管的栅极相连并与第十P沟道场效应管的漏极相连，第十P沟道场效应管的漏极还与第三N沟道场效应管的漏极相连；第九P沟道场效应管与第十P沟道场效应管组成电流镜；第九P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与第五P沟道场效应管的源极、第六P沟道场效应管的源极相连；第五P沟道场效应管的栅极与第二P沟道场效应管的栅极相连；第六P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与第四P沟道场效应管的漏极相连；第七P沟道场效应管的栅极、第八P沟道场效应管的栅极分别与第四P沟道场效应管的栅极相连；第五P沟道场效应管的漏极与第七P沟道场效应管的源极相连，第六P沟道场效应管的漏极与第八P沟道场效应管的源极相连；第七P沟道场效应管的漏极与第一N沟道场效应管的栅极、第二N沟道场效应管的栅极和第三N沟道场效应管的栅极相连；第七P沟道场效应管的漏极还通过第四电阻与第一N沟道场效应管漏极相连的；第八P沟道场效应管的漏极分别与第二N沟道场效应管的漏极、第七N沟道场效应管的栅极相连；第七N沟道场效应管的漏极与第九P沟道场效应管的漏极相连，且第七N沟道场效应管的源极接地；第一N沟道场效应管的源极与第四N沟道场效应管的漏极相连，第二N沟道场效应管的源极与第五N沟道场效应管的漏极相连，第三N沟道场效应管的源极与第六N沟道场效应管的漏极相连；第四N沟道场效应管的栅极、第五N沟道场效应管的栅极、第六N沟道场效应管的栅极分别相连，并与第一N沟道场效应管的漏极相连；第四N沟道场效应管的源极、第五N沟道场效应管的源极、第六N沟道场效应管的源极分别相连且接地；补偿电容的一端与第八P沟道场效应管的漏极相连、另一端与第九P沟道场效应管的漏极相连。在上述技术方案中，第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源，其特征在于，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路；所述第一P沟道场效应管、所述第二P沟道场效应管、所述第三P沟道场效应管和所述第四P沟道场效应管组成电流镜；所述第一P沟道场效应管的宽长比与所述第二P沟道场效应管的宽长比的比值为1:N，且所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值的比值为N:1；所述第一P沟道场效应管的栅极与所述第二P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第三P沟道场效应管的漏极相连；所述第三P沟道场效应管的栅极与所述第四P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第一电阻和所述第三电阻的连接节点相连；所述第一P沟道场效应管的漏极与所述第三P沟道场效应管的源极相连，所述第二P沟道场效应管的漏极与所述第四P沟道场效应管的源极相连；所述第三P沟道场效应管的漏极依次通过所述第一电阻、所述第三电阻与所述第一双极型晶体管的发射极相连；所述第四P沟道场效应管的漏极通过所述第二电阻与所述第二双极型晶体管的发射极相连，且所述第四P沟道场效应管的漏极还与电压输出端相连；所述第一双极型晶体管的基极与所述第二双极型晶体管的基极相连并接地，所述第一双极型晶体管的集电极与所述第二双极型晶体管的集电极相连并接地；所述电压反馈电路的电压反馈输入端与所述第四P沟道场效应管的漏极相连，电压反馈输出端分别与所述第一P沟道场效应管的源极、所述第二P沟道场效应管的源极相连；所述电压反馈电路用于根据所述第四P沟道场效应管的漏极电压确定输出反馈电压，控制所述第三P沟道场效应管的漏极电压与所述第四P沟道场效应管的漏极电压相等。...

【技术特征摘要】
1.一种具有低失调电压高PSRR的带隙基准源，其特征在于，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路；所述第一P沟道场效应管、所述第二P沟道场效应管、所述第三P沟道场效应管和所述第四P沟道场效应管组成电流镜；所述第一P沟道场效应管的宽长比与所述第二P沟道场效应管的宽长比的比值为1:N，且所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值的比值为N:1；所述第一P沟道场效应管的栅极与所述第二P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第三P沟道场效应管的漏极相连；所述第三P沟道场效应管的栅极与所述第四P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第一电阻和所述第三电阻的连接节点相连；所述第一P沟道场效应管的漏极与所述第三P沟道场效应管的源极相连，所述第二P沟道场效应管的漏极与所述第四P沟道场效应管的源极相连；所述第三P沟道场效应管的漏极依次通过所述第一电阻、所述第三电阻与所述第一双极型晶体管的发射极相连；所述第四P沟道场效应管的漏极通过所述第二电阻与所述第二双极型晶体管的发射极相连，且所述第四P沟道场效应管的漏极还与电压输出端相连；所述第一双极型晶体管的基极与所述第二双极型晶体管的基极相连并接地，所述第一双极型晶体管的集电极与所述第二双极型晶体管的集电极相连并接地；所述电压反馈电路的电压反馈输入端与所述第四P沟道场效应管的漏极相连，电压反馈输出端分别与所述第一P沟道场效应管的源极、所述第二P沟道场效应管的源极相连；所述电压反馈电路用于根据所述第四P沟道场效应管的漏极电压确定输出反馈电压，控制所述第三P沟道场效应管的漏极电压与所述第四P沟道场效应管的漏极电压相等。2.根据权利要求1所述的带隙基准源，其特征在于，所述第一双极型晶体管与所述第二双极型晶体管的发射极面积之比为M:1；所述电压输出端的输出电压为：其中，Vbe2为第二双极型晶体管的基极-发射极电压，VT为热电压，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值。3.根据权利要求1或2所述的带隙基准源，其特征在于，所述电压反馈电路包括：第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第七N沟道场效应管、第四电阻、补偿电容；所述第九P沟道场效应管的源极与所述第十P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，所述第九P沟道场效应管的栅极与所述第十P沟道场效应管的栅极相连并与所述第十P沟道场效应管的漏极相连，所述第十P沟道场效应管的漏极还与所述第三N沟道场效应管的漏极相连；所述第九P沟道场效应管与所述第十P沟道场效应管组成电流镜；所述第九P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与所述第五P沟道场效应管的源极、所述第六P沟道场效应管的源极相连；所述第五P沟道场效应管的栅极与所述第二P沟道场效应管的栅极相连；所述第六P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与所述第四P沟道场效应管的漏极相连；所述第七P沟道场效应管的栅极、所述第八P沟道场效应管的栅极分别与所述第四P沟道场效应管的栅极相连；所述第五P沟道场效应管的漏极与所述第七P沟道场效应管的源极相连，所述第六P沟道场效应管的漏极与所述第八P沟道场效应管的源极相连；所述第七P沟道场效应管的漏极与所述第一N沟道场效应管的栅极、所述第二N沟道场效应管的栅极和所述第三N沟道场效应管的栅极相连；所述第七P沟道场效应管的漏极还通过所述第四电阻与所述第一N沟道场效应管漏极相连；所述第八P沟道场效应管的漏极分别与所述第二N沟道场效应管的漏极、所述第七N沟道场效应管的栅极相连；所述第七N沟道场效应管的漏极与所述第九P沟道场效应管的漏极相连，且所述第七N沟道场效应管的源极接地；所述第一N沟道场效应管的源极与所述第四N沟道场效应管的漏极相连，所述第二N沟道场效应管的源极与所述第五N沟道场效应管的漏极相连，所述第三N沟道场效应管的源极与所述第六N沟道场效应管的漏极相连；所述第四N沟道场效应管的栅极、所述第五N沟道场效应管的栅极、所述第六N沟道场效应管的栅极分别相连，并与所述第一N沟道场效应管的漏极相连；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏胜新，杜新纲，杨小坤，原义栋，胡毅，何洋，李振国，
申请(专利权)人：国家电网公司，北京南瑞智芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11