一种高精度的高阶补偿带隙基准电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度的高阶补偿带隙基准电路；包括电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器，由电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器组成了一阶基准核结构，并通过电阻R3、R4、R5来调整补偿电流和基准电压的大小、精度；本次设计的带隙基准源采用不同于以往的高阶温度补偿技术，不仅进一步降低了温度系数，而且采用了新型的基准核结构，使其电压精度和分辨率可以做到很高，使其可以应用在物联网系统中的高精度模数转换器中。 1

A high precision high order compensated bandgap reference circuit

The invention discloses a high precision high order compensated bandgap reference circuit, which includes resistance R2, R1 and two triode and an amplifier, which consists of a first order base core structure by resistance R2, R1 and two triode and one amplifier, and adjusts the size and precision of compensation current and reference voltage by resistance R3, R4 and R5. In this design, the bandgap reference is different from the previous high order temperature compensation technology, which not only further reduces the temperature coefficient, but also uses a new type of reference core structure to make its voltage precision and resolution high, so that it can be applied to the high precision analog to digital converter in the IOT system. One

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的高阶补偿带隙基准电路
本专利技术涉及集成电路设计领域，具体讲是一种高精度的高阶补偿带隙基准电路。
技术介绍
带隙基准电路广泛应用于模拟电路、数字电路以及数模混合电路中，带隙基准电压源的精度与稳定性对整个系统起着至关重要的作用。传统的带隙基准电路由于通常采用一阶温度系数补偿，温度系数为(20～100)*10-6/℃，难以得到较低的温度系数。传统的一阶带隙基准电路通常分为两大类：电压模基准和电流模基准，其基本原理如下：通常的带隙基准电压由PTAT电压(ProportionaltoAbsoluteTemperatureVoltage)和CTAT电压(ComplementarytoAbsoluteTemperatureVoltage)两部分组成，如图1所示。CTAT电压可以通过BJT管来获得，而PTAT电压可以通过偏置在不同电流密度下BJT管的两个VBE之差来实现。BJT管△VBE关系式如下：用△VBE除以电阻R就可以得到一个PTAT电流源：而一个BJT管的VBE与绝对温度T之间的关系可以用式(3)表示：VG(Tr)是半导体材料在参考温度下的带隙基准电压；q是一个电子的电荷；n是工艺常数；k是玻尔兹曼常数；T是绝对温度；IC是集电极电流；VBE(Tr)是在参考温度下的基极和发射极压差。式(3)中的最后的高阶项很小，可以忽略，这就得到了所需的CTAT电压。因此，基准的输出电压可以用式(4)来表示：VBER＝VBE+KΔVBE(4)由于CTAT电压VBE具有负温度系数，而PTAT电压△VBE具有正温度系数，因此K只要选择合适，就可以使VBER的温度系数为零。在上述分析中我们忽略了VBE的高阶项，所以这在一定程度上限制了传统一阶带隙基准的温度系数不可能做到很低，所以为了进一步降低基准电压的温度系数，现在的补偿技术普遍采用分段补偿、二阶温度补偿等补偿方法，以提高带隙基准源的稳定性。传统的一阶带隙基准源的温度系数普遍较高，稳定性较差，而现有的二阶温度补偿技术虽然能降低温度系数，但是其基准电压的精度、分辨率一般较差，电源抑制比PSRR也普遍较低，而在当今这个物联网高速发展的社会，许多传输系统对模数转换器(ADC)的分辨率要求越来越高，而要实现一个高分辨率的ADC，就需要有一个高精度的基准源。
技术实现思路
因此，为了解决上述不足，本专利技术在此提供一种高精度的高阶补偿带隙基准电路；本次设计的带隙基准源采用不同于以往的高阶温度补偿技术，不仅进一步降低了温度系数，而且采用了新型的基准核结构，使其电压精度和分辨率可以做到很高，使其可以应用在物联网系统中的高精度模数转换器中。本专利技术是这样实现的，构造一种高精度的高阶补偿带隙基准电路，包括电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器，由电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器组成了一阶基准核结构，其特征在于：所述高阶补偿带隙基准电路还包括电阻R3、R4、R5，通过电阻R3、R4、R5来调整补偿电流和基准电压的大小、精度；对应的补偿电流产生电路为；补偿电流产生电路具有三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，本次补偿的电流为一个高阶电流，具体生成的过程如下；Q1、Q2、Q3、Q4组成的结构产生一个正温系数的电流：VBE1+VBE4＝VBE2+VBE3+I1R1(5)设置Q1和Q4的个数为1，Q2和Q3的个数为N，这样就有：2VBE1＝2VBE2+I1R1(6)得到了一个正温系数的电流I1，接下来还需要得到一个负温度系数的电流，在图中，其中，由三极管Q5和电阻R2的组合可以得到这样一个电流：因为VBE5是一个负温系数的电压，所以I2是一个负温度系数的电流；这两个正温和负温系数电流经过一系列电流镜镜像之后在A点交汇，这时候I3为三个电流之和；最后得到经过补偿过的最终的基准电压VREF的等式为：ICT为补偿电流，其中，通过调整各相关系数我们可以消除等式中的一阶项和带指数的高阶项，最后剩下的部分为：由于在设定好的参考温度下，VG(Tr)为一定值，所以由上式可知最终的基准电压为一个与温度无关的定值，并且具体的大小和精度可以通过调节R4和R5来调节。本专利技术具有如下优点：本专利技术提供一种高精度的高阶补偿带隙基准电路；与传统的一阶和二阶带隙基准电路相比，本设计采用了一种新型的高阶温度补偿技术，有效的消除了基准电压中的温度高阶项，降低了温度系数，并且与其他高阶带隙基准相比，本设计的基准核电路结构实现了最终的基准电压大小和精度可调，可以应用在物联网系统中的高精度、高分辨率的模数转换器中。附图说明图1为带隙基准原理示意图；图2为本专利技术基准核电路结构示意图；图3为本专利技术补偿电流产生电路示意图；图4为本专利技术补偿电流曲线示意图；图5为本专利技术VBE中温度高阶项曲线示意图。具体实施方式下面将结合附图1-图5对本专利技术进行详细说明，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术通过改进在此提供一种高精度的高阶补偿带隙基准电路，按照如下方式实现；本专利技术的电路结构如图2、图3所示；其中，图2为基准核电路结构，由电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器组成了传统的一阶基准核结构，通过电阻R3、R4、R5则用来调整补偿电流和基准电压的大小、精度。其中，图3为补偿电流产生电路，本次补偿的电流为一个高阶电流，具体生成的原理如下。Q1、Q2、Q3、Q4组成的结构产生一个正温系数的电流：VBE1+VBE4＝VBE2+VBE3+I1R1(5)我们可以设置Q1和Q4的个数为1，Q2和Q3的个数为N，这样就有：2VBE1＝2VBE2+I1R1(6)所以我们就得到了一个正温系数的电流I1，接下来我们还需要得到一个负温度系数的电流，在图中，Q5和R2的组合可以得到这样一个电流：因为VBE5是一个负温系数的电压，所以I2是一个负温度系数的电流。这两个正温和负温系数电流经过一系列电流镜镜像之后在A点交汇，这时候I3为三个电流之和，这三个电流分别为经过镜像得到的一个正温系数电流I4和一个负温系数电流I5，还有一个三极管Q8的基极电流，这个基极电流我们可以控制的很小，所以在这里可以忽略不计，这样基本上I3为一个正温系数的电流和一个负温系数的电流之和，这里需要注意的是这个负温系数的电流是由三极管的基极和发射极电压之差VBE产生的，所以本身带有高阶项，但这个高阶项很小，这里同样可以忽略。所以我们可以控制两个电流的大小，使它们的一阶项温度成分相互抵消，这样就可以得到一个与温度无关的电流I3，M1也就成了一个源极跟随器，A点的电压随B点电压变化而变化，而这里B点的电压近似不变，所以A点的电压同样近似不变。对一个三极管来说，基极-发射极电压VBE不变的情况下，其集电极电流随温度变化的情况呈指数函数，具体的曲线如图4所示。而VBE中的温度高阶项的曲线如图5所示，可以看出两个曲线的变化情况近似一致，所以我们可以调整相关系数，用这个集电极电流也就是补偿电流来抵消VBE中的高阶项。最后我们可以根据图2得到经过补偿过的最终的基准电压VREF的等式为：ICT为补偿电流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的高阶补偿带隙基准电路，包括电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大

【技术特征摘要】
1.一种高精度的高阶补偿带隙基准电路，包括电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器，由电阻R2、R1和两个三极管还有一个放大器组成了一阶基准核结构，其特征在于：所述高阶补偿带隙基准电路还包括电阻R3、R4、R5，通过电阻R3、R4、R5来调整补偿电流和基准电压的大小、精度；对应的补偿电流产生电路为；补偿电流产生电路具有三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，本次补偿的电流为一个高阶电流，具体生成的过程如下；Q1、Q2、Q3、Q4组成的结构产生一个正温系数的电流：VBE1+VBE4＝VBE2+VBE3+I1R1(5)设置Q1和Q4的个数为1，Q2和Q3的个数为N，这样就有：2VBE1＝2VB...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐枋，
申请(专利权)人：重庆湃芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50