一种高性能基准电压源制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能基准电压源及其实现方法，基准电压源包括：正温度系数PTAT电流产生电路，用于产生一正温度系数的电流I0；偏置电路，用于将镜像恒流源的各PMOS管的栅极电压稳定在设计值；镜像恒流源，用于为正温度系数PTAT电流产生电路提供电流I0并将电流向电流电压转换电路输出；电流电压转换电路，用于将正温度系数的电流I0转换为正温度系数的电压；负温度系数CTAT电压产生电路，用于将正温度系数PTAT电流产生电路的三极管的基极发射极电压按比例产生一负温度系数电压并输出，以使所述正温度系数的电压的基准抬高从而在所述电流电压转换电路的上端获得所述正温度系数的电压与负温度系数电压之和的基准电压。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能基准电压源
本专利技术涉及一种基准电压源，特别是涉及一种高性能基准电压源。
技术介绍
基准电压源是模拟集成电路中的重要模块之一，被广泛应用于电源管理芯片、数模转换器和锁相环等电路中，为电路提供稳定的基准电压。理想的电压基准是一个与电源电压、工艺、温度无关的量。随着集成电路工艺的发展以及便携式电子设备的发展，电路的低功耗、低电压设计越来越受重视。在这一背景下，低功耗、低电压、高输出精度、小面积的基准电压源成为当今的研究热点。传统的带隙基准一般是基于CMOSBJT器件的基极-发射极电压(Vbe)而实现的，这类基准电路具有良好的温度特性和工艺一致性，但是存在功耗过大(电路工作电流几十微安甚至上百微安)，工作电压较高(通常大于1.5V)的问题，不能满足现代集成电路系统要求。于是人们开始研究基于MOS管阈值电压的基准电路，这类基准电路具有能在较低的电压下工作(通常工作电压小于1V)且功耗较低(电路工作电流小于1微安)，但是存在输出电压随工艺变化较大的问题。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种高性能基准电压源，以实现一种超低功耗(工作电压小于1V，电路电流小于1微安)、小面积、工艺变化较小(输出电压220mV，工艺变化小于2mV)的基准电压源。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种高性能基准电压源，包括：正温度系数PTAT电流产生电路，用于产生一正温度系数的电流I0；偏置电路，用于将镜像恒流源的各PMOS管的栅极电压稳定在设计值；镜像恒流源，用于为所述正温度系数PTAT电流产生电路提供电流I0并将该电流向电流电压转换电路输出；电流电压转换电路，用于将所述正温度系数的电流I0转换为正温度系数的电压；负温度系数CTAT电压产生电路，用于将所述正温度系数PTAT电流产生电路的一三极管的基极发射极电压按比例产生一负温度系数电压并输出，以使所述电流电压转换电路产生的正温度系数PTAT的电压的基准抬高从而在所述电流电压转换电路的上端获得所述正温度系数的电压与负温度系数电压之和的基准电压。进一步地，所述正温度系数PTAT电流产生电路包括第一PNP三极管、第二PNP三极管和第一电阻，所述第一PNP管和第二PNP管的集电极和基极接地，所述第一PNP管的发射极连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述偏置电路与所述镜像恒流源，所述第二PNP管的发射极连接至所述偏置电路、所述镜像恒流源与所述负温度系数CTAT电压产生电路。进一步地，所述偏置电路包括第一运放，所述第一运放的反相输入端连接所述第一电阻与所述镜像恒流源，所述第一运放的同相输入端连接所述第二PNP管的发射极、所述镜像恒流源与所述负温度系数CTAT电压产生电路。进一步地，所述镜像恒流源包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管，所述第一PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极和第三PMOS管的栅极相连，所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极和第三PMOS管的源极接电源电压，所述第一PMOS管漏极连接所述第一电阻以及所述第一运放的反相输入端，所述第二PMOS管的漏极连接所述第二PNP管的发射极、第一运放的同相输入端以及负温度系数CTAT电压产生电路，所述第三PMOS管的漏极与所述电流电压转换电路连接输出所述基准电压。进一步地，所述负温度系数CTAT电压产生电路包括第二运放、第三运放以及M个串联且二极管连接的PMOS管，所述第二运放的输出端与其反相输入端与二极管连接的PMOS管BPM(1)的源极相连，二极管连接的PMOS管BPM(1)的栅极和漏极连接至二极管连接的PMOS管BPM(2)的源极，……以此类推，二极管连接的PMOS管BPM(M-2)的栅极和漏极连接至二极管连接的PMOS管BPM(M-1)的源极，二极管连接的PMOS管BPM(M-1)的栅极和漏极连接至二极管连接的PMOS管BPM(M)的源极，二极管连接的PMOS管BPM(M)的栅极和漏极接地，二极管连接的PMOS管BPM(M-1)的栅极和漏极还连接至所述第三运放的同相输入端，所述第三运放的输出端与其反相输入端和所述电流电压转换电路相连。进一步地，所述电流电压转换电路包括一个或多个串联的电阻，连接于所述第三PMOS管的漏极与所述第三运放的输出端之间。进一步地，所述基准电压Vref为：其中，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述电流电压转换电路的电阻值，Vbe2为所述第二PNP三极管的基极发射极电压，M为所述负温度系数CTAT电压产生电路中串联的PMOS管的个数，N为所述第一PNP三极管与所述第二PNP三极管的尺寸比值，K为波耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷，通过调节参数M、N及R2/R1的值实现对温度的一阶补偿，从而实现一个与电源电压以及温度近似无关的基准电压。进一步地，所述第一至第三PMOS管的尺寸比值为1：1：1。为达到上述目的，本专利技术还提供一种高性能基准电压源的实现方法，包括如下步骤：步骤一，利用负温度系数CTAT电压产生电路将正温度系数PTAT电流产生电路的第二PNP三极管的基极发射极电压按比例产生一负温度系数电压输出。步骤二，利用正温度系数PTAT电流产生电路产生一正温度系数的电流I0，并通过镜像恒流源将该电流I0输出至电流电压转换电路，以通过所述电流电压转换电路将正温度系数的电流I0转换为正温度系数的电压。步骤三，所述负温度系数电压使所述电流电压转换电路产生的正温度系数的电压的基准抬高从而在所述电流电压转换电路的上端获得正温度系数电压与负温度系数电压之和的基准电压。进一步地，所述基准电压Vref为：其中，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述电流电压转换电路的电阻值，Vbe2为所述第二PNP三极管的基极发射极电压，M为所述负温度系数CTAT电压产生电路中串联的PMOS管的个数，N为所述第一PNP三极管与所述第二PNP三极管的尺寸比值，K为波耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷，通过调节参数M、N及R2/R1的值实现对温度的一阶补偿，从而实现一个与电源电压以及温度近似无关的基准电压。。与现有技术相比，本专利技术一种高性能基准电压源及其实现方法通过利用负温度系数CTAT电压产生电路产生一负温度系数CTAT电压，并利用正温度系数PTAT电流产生电路产生一正温度系数PTAT的电流，通过镜像恒流源将该电流输出至电流电压转换电路，以通过所述电流电压转换电路将正温度系数PTAT的电流转换为正温度系数PTAT的电压，从而在所述电流电压转换电路的上端获得正温度系数PTAT电压与负温度系数CTAT电压之和的基准电压，实现了一个与电源电压以及温度近似无关的基准电压，本专利技术实现了一种超低功耗(工作电压小于1V，电路电流小于1微安)、小面积、工艺变化较小(输出电压220mV，工艺变化小于2mV)的基准电压电路。附图说明图1为本专利技术一种高性能基准电压源的电路结构图；图2为本专利技术一种高性能基准电压源的实现方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本专利技术的精神下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能基准电压源，包括：正温度系数PTAT电流产生电路，用于产生一正温度系数的电流I0；偏置电路，用于将镜像恒流源的各PMOS管的栅极电压稳定在设计值；镜像恒流源，用于为所述正温度系数PTAT电流产生电路提供电流I0并将该电流向电流电压转换电路输出；电流电压转换电路，用于将所述正温度系数的电流I0转换为正温度系数的电压；负温度系数CTAT电压产生电路，用于将所述正温度系数PTAT电流产生电路的一三极管的基极发射极电压按比例产生一负温度系数电压并输出，以使所述电流电压转换电路产生的正温度系数PTAT的电压的基准抬高从而在所述电流电压转换电路的上端获得所述正温度系数的电压与负温度系数电压之和的基准电压。

【技术特征摘要】
1.一种高性能基准电压源，包括：正温度系数PTAT电流产生电路，用于产生一正温度系数的电流I0；偏置电路，用于将镜像恒流源的各PMOS管的栅极电压稳定在设计值；镜像恒流源，用于为所述正温度系数PTAT电流产生电路提供电流I0并将该电流向电流电压转换电路输出；电流电压转换电路，用于将所述正温度系数的电流I0转换为正温度系数的电压；负温度系数CTAT电压产生电路，用于将所述正温度系数PTAT电流产生电路的一三极管的基极发射极电压按比例产生一负温度系数电压并输出，以使所述电流电压转换电路产生的正温度系数PTAT的电压的基准抬高从而在所述电流电压转换电路的上端获得所述正温度系数的电压与负温度系数电压之和的基准电压。2.如权利要求1所述的一种高性能基准电压源，其特征在于：所述正温度系数PTAT电流产生电路包括第一PNP三极管、第二PNP三极管和第一电阻，所述第一PNP管和第二PNP管的集电极和基极接地，所述第一PNP管的发射极连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述偏置电路与所述镜像恒流源，所述第二PNP管的发射极连接至所述偏置电路、所述镜像恒流源与所述负温度系数CTAT电压产生电路。3.如权利要求2所述的一种高性能基准电压源，其特征在于：所述偏置电路包括第一运放，所述第一运放的反相输入端连接所述第一电阻与所述镜像恒流源，所述第一运放的同相输入端连接所述第二PNP管的发射极、所述镜像恒流源与所述负温度系数CTAT电压产生电路。4.如权利要求3所述的一种高性能基准电压源，其特征在于：所述镜像恒流源包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管，所述第一PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极和第三PMOS管的栅极相连，所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极和第三PMOS管的源极接电源电压，所述第一PMOS管漏极连接所述第一电阻以及所述第一运放的反相输入端，所述第二PMOS管的漏极连接所述第二PNP管的发射极、第一运放的同相输入端以及负温度系数CTAT电压产生电路，所述第三PMOS管的漏极与所述电流电压转换电路连接输出所述基准电压。5.如权利要求4所述的一种高性能基准电压源，其特征在于：所述负温度系数CTAT电压产生电路包括第二运放、第三运放以及M个串联且二极管连接的PMOS管，所述第二运放的输出端与其反相输入端与二极管连接的PMOS管BPM(1)的源极相连，二极管连接的PMOS管BPM(1)的栅极和漏极连接至二极管连接的PMOS管BPM(2)的源极，……以此类推，二极管连接的PMOS管BPM(M-2)的栅极和漏极连接至二极管连接的PMOS管BPM(M-1)的源极，二极管连接的PMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅年松，杨清山，张钊锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31