一种低温度系数基准源电路制造技术

本发明专利技术公开了一种低温度系数基准源电路，包括依次连接在VDD电源和GND接地之间的多个模块：启动模块、CTAT模块、PTAT模块、电压基准模块以及电流基准模块；其中，产生CTAT电流的电阻和产生PTAT电流的电阻、三级管没有并联在同一节点下，从而消除了第二个非正常工作平衡点；相比传统电流型带隙基准，本发明专利技术只有一个非正常工作平衡状态，因此设计鲁棒性更高。本发明专利技术保留了电流型带隙基准的优势的同时，鲁棒性比传统电流型带隙基准更好；它在提供低温度系数的参考电压同时还可以提供低温度系数的参考电流，节省了面积和功耗。

A Low Temperature Coefficient Reference Source Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种低温度系数基准源电路
本专利技术涉及电源及微电子
，尤其涉及一种低温度系数基准源电路。
技术介绍
事实上，从实际的工作环境考虑，电源电压的变化范围是1.6V～5.0V，温度变化范围是-20℃～100℃，让所输出的基准电压工作在零温度系数的状态下也是理想的目标。通常，基准电压的温度系数应尽可能地小。但是，这种传统的带隙基准电压源仅仅利用了PN结电压VBE的负温度特性和不同电流密度下的两个PN结电压差ΔVBE的正温度系数相互补偿，使输出电压达到很低的温度漂移，在一定程度上抑制了由于温度变化所引起的基准电压的变化。由于VBE负温度系数具有非线性，ΔVBE＝KT线性正温度特性仅能抵消一阶负温度系数，因此在实际的工作环境中，现有技术的带隙基准电压源无法使基准电压得到有效的补偿，无法满足高精度模拟电路和数模混合电路对基准电压的要求。基准源电路是集成电路中最重要的基础模块之一；它不仅可以给芯片的各个模块提供静态工作点，还在各种数模系统中提供参考电压和参考电流。高精度的基准源对芯片的性能有着十分重要的影响，而影响基准源精度最重要的因素之一就是温度。本专利技术提供了一种低温度系数的基准源电路。基准源可分为电流基准源和电压基准源，它们分别为系统内的其他模块提供参考电流和参考电压。带隙电压基准电路是一种很常见电压源基准产生电路，带隙基准可以分为电压型和电流型，电压型带隙基准只能产生1.2V左右的低温度系数基准电压，它产生电流源一般都是正温度系数(PTAT，Proportionaltoabsolutetemperature)的基准电流；电流型的带隙基准在产生的电压基准在其大小幅度上有相当高的灵活性，而且电流型电压基准源理论上可以得到零温度系数电流基准：但它存在两个非正常工作的平衡点。而本专利技术是提供了一种电流型基准源电路，它不仅克服了传统电流型带隙电压基准电路存在两个非正常工作的平衡点的缺点；而且它在提供低温度系数的参考电压同时还可以提供低温度系数的参考电流，可以节省功耗和面积。附图1是一种传统的NMOS钳位电流型带隙基准电路，它主要组成有PMOS管MP0～MP3、NMOS管MN0～MN2、电阻R0～R3、PNP型三极管BJT0～BJT1以及启动电路，其中MP0～MP2的沟道长度和宽度完全一样，MNO和MN1的的沟道长度和宽度完全一样，BJT1的发射结面积是BJT0的N倍，所以BJT1一般通过N个BJT0的并联来实现；从附图1的电气连接关系可以看出，MP1镜像MP0的电流，他们的镜像作用，使得流过MN0的电流I0完全等于流MN1的电流I1。由于MNO和MN1的电流和尺寸都一模一样，根据MOS管的电流特性可以确定他们的栅源电压也一样，从附图1可以知道MN0和MN1的栅级连接在一起，因此他们的源级电压也必然相等，即V0＝V1＝VBE0，其中VEB0是三级管BJT0基射级之间的电压。根据电气连接关系可以得到I1＝(V1-V2)/R1+V1/R2；其中V2＝VEB0，VEB1是三级管BJT1基射级之间的电压，故I1＝(VEB0-VEB1)/R1+VEB0/R2＝ΔVBE/R1+VEB0/R2；VEB0＝VT*ln(I0/IS0),VEB1＝VT*ln(I1/IS1)，IS0和IS1分别为三级管BJT0和BJT1的反向饱和电流，其与三级管的发射结面积成正比，从而有：IS1＝N*IS0；所以I1＝VT*ln(IS1/IS0)/R1+VEB0/R2＝VT*lnN/R1+VEB0/R2；从附图1可知MP2镜像了MP0的电流，所以基准电压VREF＝I2*R3＝I1*R3＝[VT*lnN/R1+VEB0/R2]*R3；VT为热电压,它是一个正温度系数电压，室温下的温度系数为+0.085mV/℃；而VEB0为负温度系数电压，室温下约-2mV/℃；将VREF重新写为公式1：VREF＝VT*lnN*(R3/R1)+VEB0*(R3/R2)(1)(1)式中，N为BJT1与BJT0发射结面积的比值，所以lnN为常数；VEB0为三级管BJT1的射极与基极之间的电压；R1,R2和R3为同一类型的电阻，因此(R3/R1)与(R3/R2)可以认为是零温度系数，可以认为VREF温度系数与电阻温度特性无关；理论上VREF的温度系数要为0，则[lnN*(R3/R1)]/(R3/R2)＝lnN*(R2/R1)＝2/0.085＝23.5；所以设计时取合适N、R2和R1使得lnN*(R2/R1)＝23.5可以得到接近零温度系数参考电压VREF。但是该电路的输出电流IREF来自与MP1电流I1的镜像，假设镜像比例为K，则有：IREF＝K*I1＝K*[VT*lnN/R1+VEB0/R2]，当lnN*(R2/R1)＝23.5时，可以看出IREF也是一个接近零温度系数的电流。一般的基准电路都存在一个零电流的平衡点，该平衡点的基准电路没有输出，因此需要启动电路将其拉到正常工作的平衡点，附图1中的启动电路和MN2就是起到这个作用，当I0＝I1＝0时。VFB的电压等于0，启动电路开启NMOS管MN2，从而将MP0和MP1的栅级下拉，使其开启，从而脱离该平衡点，当电路正常工作时，VFB升高，启动电路关闭。但是附图1所示的基准源电路还存在另外一个正常工作的平衡点，该平衡点是I0和I1较小时，三极管未能开启，I0全部流过R0，I1全部流过R2；这种平衡点下基准有输出，但不是设计想要的零温度系数基准电压和电流；第二个非正常工作的平衡点会影响电路的鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术公开了一种低温度系数基准源电路，其特征在于，依次连接在VDD电源和GND接地之间的多个模块包括：启动模块、CTAT模块、PTAT模块、电压基准模块以及电流基准模块，其中，产生CTAT电流的电阻和产生PTAT电流的电阻、三级管没有并联在同一节点下。更进一步地，所述启动模块由启动电路和MN3组成，启动电路的输出端连接至MN3的栅极，MN3的源极接地；所述CTAT模块包括PMOS管MP0与MP1组成的共源共栅电流镜，MP0与MP1的源极分别与VDD连接，MP0与MP1的栅极与MN3的漏极连接，MP1的栅极与漏极连接并连接至NMOS管MN1的漏极上，MP0的漏极与NMOS管MN0的漏极连接，MN1与MN0共栅连接并连接至启动电路的反馈电压VFB端，MN0的栅极与漏极连通，MN0的源极连接三级管BJT0的发射极，三级管BJT0基极和集电极共同接地，电阻R0的一端与MN1的源极连接，另一端接地；所述PTAT模块包括栅极连接至MP1漏极的PMOS管MP2，MP2的源极连接至VDD上，漏极与NMOS管MN2的漏极连接，MN2的栅极与所述CTAT模块中的MN1的栅极连接，电阻R1的一端与MN2的源极连接，另一端连接三级管BJT1的发射极，三级管BJT1基极和集电极共同接地，MP3的栅极连接至MP2的漏极，源极连接与VDD连接，漏极连接至MN2的源极，MP3的栅漏之间存在负反馈环路，可提供稳定的静态工作点；所述电压基准模块，用于产生一个零温度系数电流，包括PMOS管MP4和MP5，所述MP4和MP5的源极分别与VDD连接，其中，MP4的栅极连接至所述PTAT模块中的MP3的栅极，MP5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温度系数基准源电路，其特征在于，包括依次连接在VDD电源和GND接地之间的多个模块：启动模块、CTAT模块、PTAT模块、电压基准模块以及电流基准模块，其中，产生CTAT电流的电阻和产生PTAT电流的电阻、三级管没有并联在同一节点下。

【技术特征摘要】
1.一种低温度系数基准源电路，其特征在于，包括依次连接在VDD电源和GND接地之间的多个模块：启动模块、CTAT模块、PTAT模块、电压基准模块以及电流基准模块，其中，产生CTAT电流的电阻和产生PTAT电流的电阻、三级管没有并联在同一节点下。2.如权利要求1所述的一种低温度系数基准源电路，其特征在于，所述启动模块由启动电路和MN3组成，启动电路的输出端连接至MN3的栅极，MN3的源极接地；所述CTAT模块包括PMOS管MP0与MP1组成的共源共栅电流镜，MP0与MP1的源极分别与VDD连接，MP0与MP1的栅极与MN3的漏极连接，MP1的栅极与漏极连接并连接至NMOS管MN1的漏极上，MP0的漏极与NMOS管MN0的漏极连接，MN1与MN0共栅连接并连接至启动电路的反馈电压VFB端，MN0的栅极与漏极连通，MN0的源极连接三级管BJT0的发射极，三级管BJT0基极和集电极共同接地，电阻R0的一端与MN1的源极连接，另一端接地；所述PTAT模块包括栅极连接至MP1漏极的PMOS管MP2，MP2的源极连接至VDD上，漏极与NMOS管MN2的漏极连接，MN2的栅极与所述CTAT模块中的MN1的栅极连接，电阻R1的一端与MN2的源极连接，另一端连接三级管BJT1的发射极，三级管BJT1基极和集电极共同接地，MP3的栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：马剑武，杨必文，李双飞，
申请(专利权)人：湖南品腾电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43