高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路技术

本发明专利技术公开了一种高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路，其利用工作在亚阈值区的两个MOSFET(金属‑氧化物‑半导体场效应管)的栅源电压差△VGS补偿传统低压BJT(双极性晶体管)带隙基准的高次曲率。所述高精度带隙基准电路由MOSFET带隙基准结合低压BJT带隙基准构成。其中，MOSFET带隙基准采用MOSFET产生PTAT(与绝对温度成正比)电压；低压BJT带隙基准采用BJT产生PTAT电压。MOSFET带隙基准的输出具有正的二次温度系数；典型低压BJT带隙基准的输出具有负的二次温度系数。所述高精度带隙基准电路将上述两种类型的带隙基准输出加权相加，完全抵消了输出的二次温度系数，部分抵消了三次温度系数，实现了高次曲率补偿，使得输出的温度系数更小，实现了高精度的目的。

High precision bandgap reference curvature compensation method and high precision bandgap reference circuit

【技术实现步骤摘要】
高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路
本专利技术涉及集成电子电路领域中的带隙基准电路，特别涉及高精度带隙基准电路。
技术介绍
基准电路对电路系统至关重要，为系统中的其他电路提供精确而稳定的参考电压/电流，系统中绝大部分电路的电流源均以基准电路的输出作为参考。传统基准电路主要有两种类型，MOSBGR(MOSFET带隙基准)与BJTBGR(双极性晶体管带隙基准)。MOSBGR的测试曲线表明其输出至少包含正的二次温度系数，所以其输出曲线为开口向上的二次曲线，如附图1中(a)所示。回顾MOSBGR输出参考电压的表达式，也可以推出其二次温度系数为正，这也印证了MOSBGR的测试结果。传统低压BJTBGR电流高次温度系数是由BJT(双极性晶体管)的发射结电压VBE引起的，VBE具有负的二次温度系数，带隙基准的曲线呈开口向下的抛物线，如附图1中(b)所示。相当一部分的电路系统的性能直接受基准电路的影响。为了能提供与电源电压、温度和工艺有最小相关度的基准电路。为了实现高精度带隙基准，已有多种带隙基准曲率补偿技术被提出。有专家提出了分段线性补偿法，通过在典型带隙基准的输出集成非线性器件，以消除BJT发射结电压的非线性，达到高精度的目的；有人利用不同类型电阻的温度系数补偿高阶温度系数。显然，这种方法很难兼容于不同的工艺。最近有人提出了产生与绝对温度成反比(CTAT,complementarytoabsolutetemperature)的电流的方法，利用这个电流实现高次曲率补偿。本专利技术采用工作在亚阈值区的MOSFET实现曲率补偿，这一高次曲率补偿方法对工艺的变化不敏感，不依赖于与工艺相关的电阻。
技术实现思路
本专利技术旨在解决高精度带隙基准曲率补偿的问题，提出了一种与电源电压、温度和工艺有最小相关度的的高精度带隙基准曲率补偿方法，同时利用该法发生实现了一种高精度带隙基准电路。从以上的对传统MOSBGR和BJTBGR的分析，可以看出二者具有相反的二次温度系数。很显然，如果将二者加权相加必能得到二次温度系数为0的温度特性，同时可以部分抵消三次温度系数。补偿原理如附图1所示。本专利技术将MOSBGR与BJTBGR输出参考电压的和分割成三部分构成。第一部分为两个工作在亚阈值区的MOSFET栅源电压差ΔVGS，这部分电压表达式为其具有正的一次温度系数、正的二次温度系数与正的三次温度系数。第二部分为BJT的发射结电压VBE，这部分电压的表达式为其具有负的一次温度系数、负的二次温度系数。第三部分是BJT发射结电压差ΔVBE，这部分仅有正的一次温度系数。然后，将以上三部分加权相加，获得高精度带隙基准电路的输出VREF＝R5(ΔVBE/R2+VBE/R3+ΔVGS/R1)。调整R1、R2、R3的比值使得高精度带隙基准电路的输出电压的一次温度系数为0，二次温度系数为0，三次温度系数减小；一次温度系数为0实现了带隙基准的功能，二次系数为了实现了二次曲率补偿的目的，三次温度系数减小有三次曲率补偿的部分效果，总体实现了高精度带隙基准的曲率补偿，大大降低了高精度带隙基准电路输出电压随温度的变化。为实现上述方法与达到上述目的，本专利技术提供了一种采用曲率补偿的高精度带隙基准电路，包括：第一功能模块，其进一步包括用于产生曲率补偿电流ICOMP的第一MOSFET(金属-氧化物-硅场效应管)、第二MOSFET、第一电阻、第一等值嵌位电路，其中，第一MOSFET的栅极连接至第一等值嵌位电路的第一输入端，第二MOSFET的栅极连接在第一电阻的第一端，第一电阻的第二端连接至第一等值嵌位电路的第二输入端；第二功能模块，其进一步包括用于产生与绝对温度正相关的第一电流的第一BJT(双极性晶体管)、第二BJT、第二电阻，以及用于产生与绝对温度负相关的第二电流的第三电阻、第四电阻，其中第一BJT的偏置电流是第二BJT的偏置电流的m倍，第二BJT的发射结面积A是第一BJT发射结面积的n倍，第三电阻的阻值等第四电阻的阻值；以及第三功能模块，其进一步包括第二运算放大器、第五MOSFET、第六MOSFET、第七MOSFET，第二运算放大器使得第一BJT发射结上的电压等于第二电阻上的电压加上第二BJT发射结上的电压，第二运算放大器同时使得第三电阻、第四电阻上的电压等于第一BJT发射结上电压，产生具有负的一阶温度系数与负的二阶温度系数的第二电流，第五MOSFET、第六MOSFET、第七MOSFET构成第一电流镜，所述第一电流镜也可以用BJT、MOSFET与BJT的组合实现，第一电流镜将曲率补偿电流、第一电流、第二电流加权叠加在一起流过第五电阻产生采用曲率补偿的高精度带隙基准电路的输出电压。第一MOSFET的偏置电流是第二MOSFET的偏置电流的m倍，第二MOSFET的沟道宽长比(W/L)是第一MOSFET的沟道宽长比的k倍，所述曲率补偿电流ICOMP具有正的一阶温度系数与正的二阶温度系数。所述的采用曲率补偿的高精度带隙基准电路，其特征在于，所述第一等值嵌位电路进一步包括第一运算放大器、第三MOSFET、第四MOSFET，第三MOSFET输出端与第四MOSFET的输出端分别输出曲率补偿电流ICOMP。本专利技术采用工作在亚阈值区的MOS实现对典型低压带隙基准的高次曲率补偿，这一曲率补偿方法不依赖于与工艺相关的电阻、器件，对工艺的变化不敏感。因此，本专利技术提出的采用曲率补偿的高精度带隙基准电路具有温度系数小且与工艺相关度低的特点，其具有很强的实用性。【附图说明】图1为本专利技术曲率补偿原理图2为本专利技术的一个实施例图3为本专利技术的另一个实施例【具体实施方式】下列实施例是对本专利技术的进一步解释和补充，对本专利技术不构成任何限制。实施例1如附图2所示，高精度带隙基准电路包括第一功能模块、第二功能块与第三功能块。第一功能块用于产生曲率补偿电流ICOMP，曲率补偿电流具有正的一次温度系数(即与绝对温度成正比的电流)与正的二次温度系数。第一功能块进一步包括第一MOSFETM1、第二MOSFETM2、第一电阻R1、第一等值嵌位电路。其中，第一MOSFETM1的栅极连接至第一等值嵌位电路的第一输入端A，第二MOSFETM2的栅极连接在第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至第一等值嵌位电路的第二输入端B；第二MOSFETM2的宽长比(W/L)是第一MOSFETM1的k倍。第一等值嵌位电路使得加在第一电阻R1两端的电压为M1与M2栅源电压差△VGS，因此曲率补偿电流ICOMP＝△VGS/R1。第一等值嵌位电路进一步包括第一运算放大器OP1与第三MOSFETM3以及第四MOSFETM4。第二功能模块包括第一BJTQ1、第二BJTQ2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4。其中，第一BJTQ1、第二BJTQ2结合第二电阻R2用于产生与绝对温度正相关的第一电流IPTAT，IPTAT＝(VBE1-VBE2)/R2＝△VBE/R2；节点C的电压等于节点D的电压，第三电阻R3、第四电阻R4用于产生与绝对温度负相关的第二电流INEG，第三电阻R3的阻值等第四电阻R4的阻值，INEG＝VBE/R3。第二功能块中第一BJT的偏置电流是第二BJT的偏置电流的m倍，第二BJT的发射结面积A是第一BJT发射结面积的n倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路，其特征在于，利用工作在亚阈值区的两个MOSFET的栅源电压差△VGS补偿传统低压BJT带隙基准的高次曲率，△VGS电压具有正的二次温度系数与正的三次温度系数，而典型低压BJT带隙基准的主要曲率是由BJT发射结电压VBE的负的二次温度系数与负的三次温度系数引起的，将△VGS乘以一定系数叠加到VBE上，完全抵消了典型低压BJT带隙基准的二次曲率，同时部分抵消三次曲率，达到高精度带隙基准曲率补偿的目的。

【技术特征摘要】
1.一种高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路，其特征在于，利用工作在亚阈值区的两个MOSFET的栅源电压差△VGS补偿传统低压BJT带隙基准的高次曲率，△VGS电压具有正的二次温度系数与正的三次温度系数，而典型低压BJT带隙基准的主要曲率是由BJT发射结电压VBE的负的二次温度系数与负的三次温度系数引起的，将△VGS乘以一定系数叠加到VBE上，完全抵消了典型低压BJT带隙基准的二次曲率，同时部分抵消三次曲率，达到高精度带隙基准曲率补偿的目的。2.如权利要求1所述的高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路，其特征在于，其包括：第一功能模块，其进一步包括用于产生曲率补偿电流的第一MOSFET(金属-氧化物-硅场效应管)、第二MOSFET、第一电阻、第一等值嵌位电路，第一MOSFET的栅极连接至第一等值嵌位电路的第一输入端，第二MOSFET的栅极连接在第一电阻的第一端，第一电阻的第二端连接至第一等值嵌位电路的第二输入端；第二功能模块，其进一步包括用于产生与绝对温度成正比的第一电流的第一BJT(双极性晶体管)、第二BJT、第二电阻，以及用于产生与绝对温度反比的第二电流的第三电阻、第四电阻，其中第一BJT的偏置电流是第二BJT的偏置电流的m倍，第二BJT的发射结面积A是第一BJT发射结面...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彪，
申请(专利权)人：马彪，
类型：发明
国别省市：广东,44