一种带隙基准电路及高阶温度补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种带隙基准电路及高阶温度补偿方法，包括：启动电路、偏置电路和高阶补偿的带隙基准电压产生电路，其中，所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路，该电路的补偿方法是利用CMOS晶体管的亚阈值电流进行曲率校正，得到高阶温度补偿的带隙基准电压源电路。本电路的优点在于可通过不增加电路复杂度的方式实现，可大幅度提高带隙基准源的精度，并降低功耗，减小芯片面积，节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种带隙基准电路及高阶温度补偿方法
本专利技术涉及电路
，特别是涉及一种带隙基准电路及高阶温度补偿方法。
技术介绍
现有技术中，带隙基准电路是模拟集成电路中不可或缺的基本电路模块。其广泛用于LED驱动电路、开关电源变换器、数模转换器、模数转换器和线性稳压器中。图1为传统的带隙基准电压源，工作原理是利用两个具有相反温度系数的电压的求和来平衡：带有负温度系数VBE和带有正温度系数热电压VT。热电压由kT/q给出；其中k是玻尔兹曼常数，T是温度，q是电子电荷。高增益的运放使运放输入端电压相同，电阻R1上的电流I＝ΔVEB/R1＝VT*ln(n)/R1，输出基准电压Vref为；VEB的负温度系数为非线性，约为-2mV/摄氏度。VT的正温度系数约为+0.085mV/摄氏度，通过选取合适的R1与R2电阻值比例，可得到某一温度下的零温度系数的带隙基准电压。图2为传统带隙基准的温度电压曲线图。虚线VT为热电压，虚线VEB为三极管电压，实线Vref为加权后的一阶温度系数的基准电压。通常具有20ppm/℃到100ppm/℃左右的温度漂移。为了提高带隙基准的精度，人们提出了多种对带隙基准的高阶温度补偿。但常见的高阶温度补偿方案存在以下问题：1)补偿电路过于复杂，增加了工艺失配风险，加大了模块的功耗；2)需要特定的工艺，当使用常规工艺时，不能制造此模块。经过检索，中国专利申请，申请号201711057698.0，公开日2018年3月30日，公开了一种MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路，包括一阶带隙基准电路、高温区域温度曲率补偿电路、低温区域温度分段补偿电路以及启动电路。此专利技术采用源极、漏极与栅极短接的PMOS管的漏极与衬底分别构成二极管的正向端与反向端，利用源极、漏极与栅极短接的PMOS管的漏-衬底电压产生负温度系数电压VCTAT以及两个源极、漏极与栅极短接的PMOS管的漏-衬底电压之差产生正温度系数电压VPTAT，负温度系数电压VCTAT与正温度系数电压VPTAT进行加权获得一阶带隙基准电压，将高温区域温度曲率补偿电压VNL1以及低温区域温度分段补偿电压VNL2引入到一阶带隙基准电路，获得低温度系数的带隙基准电压，从而获得了一种MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路。但此电路是通过MOS管来实现一阶带隙基准电压，使用复杂电路来实现高阶温度补偿。本专利技术是通过传统的三极管结构来产生带隙基准，使用NMOS管的亚阈值电流来实现高阶补偿，过于复杂，增加了工艺失配风险，加大了模块的功耗、成本高、不良率高。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的补偿电路过于复杂，增加了工艺失配风险，加大了模块的功耗；有些需要特定的工艺，当使用常规工艺时，不能制造模块的问题，本专利技术提供了一种带隙基准电路及高阶温度补偿方法，它可以实现简便高效的提高带隙基准源精度，电路结构简单，不会增加模块的功耗或提高对电源电压的要求。2.技术方案本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种利用亚阈值电流对高阶温度补偿的带隙基准电路包括：高阶补偿的带隙基准电压产生电路，采用栅-源极短接的NMOS管的亚阈值电流对基准电源电压的温度系数进行高阶补偿；偏置电路，为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路的OP运放提供偏置电流以及为启动电路提供下拉电流；启动电路，用于为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路提供启动电流。更进一步的，高阶补偿的带隙基准电压产生电路包括传统的带隙基准产生电路和2个NMOS管MN1与MN2。更进一步的，所述的传统的带隙基准产生电路包括电阻：R1、R2与R3；PNP管：Q1与Q2；PMOS管：MP1和MP2；NMOS管：MN1与MN2；运放：OP；其中MP1与MP2的源极连接VDD，MP1与MP2的栅极，以及运放OP输出相连，MP1的漏极与R3的第一端相连，MP2的漏极与输出Vref以及R2的第一端相连；R3的第二端连接OP运放的第一端、MN1的漏端以及R1的第一端，R2的第二端与Q2的发射极，以及MN2的漏极相连；R1的第二端与Q1的发射极相连；Q1与Q2基极、集电极，以及MN1和MN2的源极均与VSS地相连。更进一步的，所述的偏置电路，包括PMOS管：MP3；NMOS管：MN3；MP3栅极与高阶补偿的带隙基准电压产生电路中MP1和MP2的栅极，以及启动电路MN5的漏极相连，MP3的源极与VDD相连，MP3的漏极与MN3的漏极和栅极，以及启动电路中的MN4的栅极相连；MN3的源极与VSS地相连。更进一步的，偏置电路中MP3与高阶补偿的带隙基准电压产生电路中MP1和MP2形成电流镜，MN3与启动电路中的MN4形成电流镜；更进一步的，所述的启动电路包括PMOS管：MP4和MP5；NMOS管：MN4和MN5；MP4的源极与VDD相连，MP4的漏极与MP5的源极相连；MP4与MP5的栅极与VSS地相连；MP5的漏极与MN5的栅极及MN4的漏极相连，MN5的漏极与偏置电路2中MP3的栅极、以及高阶补偿的带隙基准电压产生电路中MP1和MP2的栅极相连，MN5的源极与VSS地相连；MN4的栅极与偏置电路中MN3的栅极和漏极、以及MP3的漏极相连，MN4的源极与VSS地相连。更进一步的，所述的启动电路在电源VDD上电时，启动电路使得高阶补偿的带隙基准电压产生电路脱离“零”兼并点，使基准电压进入正常工作状态，基准建立后，将启动电路关断。更进一步的，启动电路的MP4与MP5在启动时提供小电流，使得MN5打开，使得高阶补偿的带隙基准电压产生电路脱离“零”兼并点，基准建立后，MN4打开，MN5被关断。一种带隙基准电路的高阶温度补偿方法，其步骤如下：采用上述一种带隙基准电路，启动电路启动时，电源电压VDD上升，MP4和MP5支路产生小电流流向MN5的栅极，MN5打开后将MP1与MP2的栅极拉低，使带隙基准电压产生电路脱离“零”简并点，在运放OP钳位的共同作用下，节点a与b的电压相等且等于VBE2；调节器件大小，使得MP1与MP2相等，R2与R3相等，MN1与MN2相等；可得I1电流大小等于流过电阻R1的电流：I＝ΔVEB/R1。流过MN2的亚阈值电流为I2，随着温度的升高，I2的大小可由皮安变化到纳安，得到的具有高阶温度补偿的带隙基准电压为：3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术是一种简便高效的提高带隙基准源精度的补偿电路，该电路的补偿方法是利用CMOS晶体管的亚阈值电流进行曲率校正，其温度系数可达6ppm/℃。该电路结构简单，不会增加模块的功耗或提高对电源电压的要求，并且可以在任何CMOS工艺中实现。可通过不增加电路复杂度的方式实现；可大幅度提高带隙基准源的精度；并降低功耗，减小芯片面积，节约成本。附图说明图1为目前常用的一种带隙基准电压源的原理图。图2为带隙基准电压一阶温度补偿原理的示意图。图3为NMOS的栅-源极短接的亚阈值电流的电流温度趋势示意图。图4为本专利技术中高阶温度补偿原理的示意图。图5为本专利技术提供的一种利用亚阈值电流对高阶温度补偿的带隙基准电路的示意图。附图标记说明：1、高阶补偿的带隙基准电压产生电路；2、偏置电路；3、启动电路。具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本专利技术作详细描述。实施例1下面结合附图对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带隙基准电路，其特征在于，包括：高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)，采用栅‑源极短接的NMOS管的亚阈值电流对基准电源电压的温度系数进行高阶补偿；偏置电路(2)，为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)的OP运放提供偏置电流以及为启动电路(3)提供下拉电流；启动电路(3)，用于为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)提供启动电流。

【技术特征摘要】
1.一种带隙基准电路，其特征在于，包括：高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)，采用栅-源极短接的NMOS管的亚阈值电流对基准电源电压的温度系数进行高阶补偿；偏置电路(2)，为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)的OP运放提供偏置电流以及为启动电路(3)提供下拉电流；启动电路(3)，用于为所述高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)提供启动电流。2.根据权利要求1所述的一种带隙基准电路，其特征在于，高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)包括传统的带隙基准产生电路和2个NMOS管MN1与MN2。3.根据权利要求2所述的一种带隙基准电路，其特征在于，所述的传统的带隙基准产生电路包括电阻：R1、R2与R3；PNP管：Q1与Q2；PMOS管：MP1和MP2；NMOS管：MN1与MN2；运放：OP；其中MP1与MP2的源极连接VDD，MP1与MP2的栅极，以及运放OP输出相连，MP1的漏极与R3的第一端相连，MP2的漏极与输出Vref以及R2的第一端相连；R3的第二端连接OP运放的第一端、MN1的漏端以及R1的第一端，R2的第二端与Q2的发射极，以及MN2的漏极相连；R1的第二端与Q1的发射极相连；Q1与Q2基极、集电极，以及MN1和MN2的源极均与VSS地相连。4.根据权利要求1所述的一种带隙基准电路，其特征在于，所述的偏置电路(2)，包括PMOS管：MP3；NMOS管：MN3；MP3栅极与高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)中MP1和MP2的栅极，以及启动电路(3)MN5的漏极相连，MP3的源极与VDD相连，MP3的漏极与MN3的漏极和栅极，以及启动电路(3)中的MN4的栅极相连；MN3的源极与VSS地相连。5.根据权利要求4所述的一种带隙基准电路，其特征在于，偏置电路(2)中MP3与高阶补偿的带隙基准电压产生电路(1)中MP1和MP2形成电流镜，MN...

【专利技术属性】
技术研发人员：何书专，蒋召宇，陈君杰，
申请(专利权)人：南京浣轩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32