一种电荷泵的线性化电路制造技术

本发明专利技术涉及集成电路领域，公开了一种电荷泵的线性化电路，包括带隙核心单元和输出单元，带隙核心单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管、第三PNP三极管、第四PNP三极管、第一PMOS管、第二PMOS管、运算放大器和偏置电阻，第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极和运算放大器的输出端，第一PMOS管的源极连接第一电源线，第一PMOS管的漏极连接第三PNP三极管的发射极；第二PMOS管的源极连接第一电源线；输出单元包括第五PNP三极管和第三PMOS管。实施本发明专利技术的电荷泵的线性化电路，具有以下有益效果：能消除三极管的电流增益对电荷泵的线性化电路输出的基准电压的影响，提高基准电压的稳定性。

A linear circuit of charge pump

【技术实现步骤摘要】
一种电荷泵的线性化电路
本专利技术涉及集成电路领域，特别涉及一种电荷泵的线性化电路。
技术介绍
电荷泵的线性化电路具有低温度系数、低电源电压以及可与标准CMOS工艺兼容等优点，被广泛应用于数/模转换、模/数转换、存储器以及开关电源等数模混合电路系统中。电荷泵的线性化电路输出电压的稳定性以及抗噪声能力是影响各种应用系统精度的关键因素，随着应用系统精度的提高，对电荷泵的线性化电路的温度、电压和工艺的稳定性要求也越来越高。电荷泵的线性化电路的工作原理是根据硅材料的带隙电压与温度无关的特性，利用双极型晶体管的基极-发射极电压的负温度系数与不同电流密度下两个双极型晶体管基极-发射极电压的差值的正温度系数相互补偿，使输出的电压达到很低的温度漂移。图1是现有技术中的一种电荷泵的线性化电路的电路结构示意图。参考图1，电荷泵的线性化电路包括带隙核心单元11和输出单元12。带隙核心单元11包括：第一PMOS管M11、第二PMOS管M12、运算放大器Omp、偏置电阻Rbias、第一PNP三极管Q11以及第二PNP三极管Q12。输出单元12包括：第三PMOS管M13和第三PNP三极管Q13。电源线Vdd和电源线Vss为电荷泵的线性化电路提供电源电压，电源线Vdd提供的电源电压高于电源线Vss提供的电源电压。电荷泵的线性化电路中各器件的连接关系参考图1所示，在此不再赘述。第一PMOS管M11和第二PMOS管M12构成电流镜结构，提供第一电流I1和第二电流I2。第二电流I2的电流值与第一电流I1的电流值的比值可以通过调整第二PMOS管M12的宽长比与第一PMOS管M11的宽长比的比值进行设置。假定第二电流I2的电流值与第一电流I1的电流值的比值为m，忽略第一PNP三极管Q11和第二PNP三极管Q12的基极电流，第二PNP三极管Q12的基极-发射极电压与第一PNP三极管Q11的基极-发射极电压之间的电压差值ΔVbe为：ΔVbe＝(K*T/q)*ln(m)------(式1.1)，其中，K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电荷量，m为第二电流I2的电流值与第一电流I1的电流值的比值，电压差值ΔVbe具有正温度系数。根据运算放大器的虚短特性，运算放大器Omp的同相输入端的电压与反向输入端的电压相等，即a点的电压与b点的电压相等，因此有如下关系：VR＝ΔVbe------(式1.2)，其中，VR为偏置电阻Rbias两端的电压差值。根据运算放大器的虚断特性，流过偏置电阻Rbias的电流与第一电流I1相等，因此，偏置电阻Rbias两端的电压差值VR为：VR＝i1*r------(式1.3)，其中，i1为第一偏置电流I1的电流值，r为偏置电阻Rbias的电阻值。根据式1.1～式1.3，获得第一偏置电流I1的电流值：i1＝K*T*ln(m)/(q*r)------(式1.4)。输出单元12中的第三PMOS管M13与第一PMOS管M11构成电流镜结构，提供第三电流I3。第三电流I3是第一电流I1的镜像电流，通常设置为与第一电流I1相等。继续参考图1，第三PNP三极管Q13的基极-发射极电压Vbe3即为电荷泵的线性化电路的输出端Vout输出的基准电压。基准电压的电压值为：Vo＝(K*T/q)*ln(i3/Is)+(K*T/q)*ln[β/(1+β)]------(式1.5)，其中，Vo为基准电压的电压值，i3为第三偏置电流I3的电流值，Is为第三PNP三极管Q13的反相饱和电流的电流值，β为第三PNP三极管Q13的电流增益。根据式14和式15，可以获得基准电压。由于基准电压是具有正温度系数的电压与具有负温度系数的电压的叠加，因此，基准电压与温度无关。然而，从式1.5可以看出，基准电压的电压值Vo与第三PNP三极管Q13的电流增益β相关，而第三PNP三极管Q13的电流增益β受温度和第三PNP三极管Q13制造工艺的影响，导致电荷泵的线性化电路产生的基准电压稳定性较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能消除三极管的电流增益对电荷泵的线性化电路输出的基准电压的影响，提高基准电压的稳定性的电荷泵的线性化电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电荷泵的线性化电路，包括带隙核心单元和输出单元，所述带隙核心单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管、第三PNP三极管、第四PNP三极管、第一PMOS管、第二PMOS管、运算放大器和偏置电阻，所述第一PMOS管的栅极连接所述第二PMOS管的栅极和所述运算放大器的输出端，所述第一PMOS管的源极连接第一电源线，所述第一PMOS管的漏极连接所述第三PNP三极管的发射极；所述第二PMOS管的源极连接第一电源线，所述第二PMOS管的漏极与所述第四PNP三极管的发射极连接，所述第三PNP三极管的基极输入第一偏置电流，所述第三PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第一输入端和所述偏置电阻的一端连接，所述偏置电阻的另一端与所述第一PNP三极管的发射极连接；所述第四PNP三极管的基极输入第二偏置电流，所述第四PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第二输入端和所述第二PNP三极管的发射极连接，所述第一PNP三极管的基极、所述第一PNP三极管的集电极、所述第二PNP三极管的基极和所述第二PNP三极管的集电极均连接第二电源线，所述第二电源线提供的电源电压低于所述第一电源线提供的电源电压；所述输出单元包括第五PNP三极管和第三PMOS管，所述第三PNP三极管、所述第四PNP三极管和所述第五PNP三极管的电流增益相等，所述第三PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管的源极连接所述第一电源线，所述第三PMOS管的漏极与所述第五PNP三极管的发射极连接并输出基准电压，所述第五PNP三极管的基极和所述第五PNP三极管的集电极均连接所述第二电源线。在本专利技术所述的电荷泵的线性化电路中，所述第一PMOS管的宽长比与所述第二PMOS管的宽长比相等，所述第三PMOS管的宽长比与所述第一PMOS管的宽长比相等。在本专利技术所述的电荷泵的线性化电路中，还包括用于提供所述第一偏置电流的第一偏置电流提供单元和用于提供所述第二偏置电流的第二偏置电流提供单元，所述第一偏置电流提供单元和所述第二偏置电流提供单元均与所述带隙核心单元连接。在本专利技术所述的电荷泵的线性化电路中，所述第一偏置电流提供单元包括第四PMOS管和第六PNP三极管，所述第四PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极连接，所述第四PMOS管的源极连接所述第一电源线，所述第四PMOS管的漏极与所述第六PNP三极管的发射极连接并输出所述第一偏置电流，所述第六PNP三极管的基极和所述第六PNP三极管的集电极均连接所述第二电源线。在本专利技术所述的电荷泵的线性化电路中，所述第四PMOS管的宽长比与所述第一PMOS管的宽长比相等。在本专利技术所述的电荷泵的线性化电路中，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电荷泵的线性化电路，其特征在于，包括带隙核心单元和输出单元，所述带隙核心单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管、第三PNP三极管、第四PNP三极管、第一PMOS管、第二PMOS管、运算放大器和偏置电阻，所述第一PMOS管的栅极连接所述第二PMOS管的栅极和所述运算放大器的输出端，所述第一PMOS管的源极连接第一电源线，所述第一PMOS管的漏极连接所述第三PNP三极管的发射极；所述第二PMOS管的源极连接第一电源线，所述第二PMOS管的漏极与所述第四PNP三极管的发射极连接，所述第三PNP三极管的基极输入第一偏置电流，所述第三PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第一输入端和所述偏置电阻的一端连接，所述偏置电阻的另一端与所述第一PNP三极管的发射极连接；/n所述第四PNP三极管的基极输入第二偏置电流，所述第四PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第二输入端和所述第二PNP三极管的发射极连接，所述第一PNP三极管的基极、所述第一PNP三极管的集电极、所述第二PNP三极管的基极和所述第二PNP三极管的集电极均连接第二电源线，所述第二电源线提供的电源电压低于所述第一电源线提供的电源电压；/n所述输出单元包括第五PNP三极管和第三PMOS管，所述第三PNP三极管、所述第四PNP三极管和所述第五PNP三极管的电流增益相等，所述第三PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管的源极连接所述第一电源线，所述第三PMOS管的漏极与所述第五PNP三极管的发射极连接并输出基准电压，所述第五PNP三极管的基极和所述第五PNP三极管的集电极均连接所述第二电源线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵的线性化电路，其特征在于，包括带隙核心单元和输出单元，所述带隙核心单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管、第三PNP三极管、第四PNP三极管、第一PMOS管、第二PMOS管、运算放大器和偏置电阻，所述第一PMOS管的栅极连接所述第二PMOS管的栅极和所述运算放大器的输出端，所述第一PMOS管的源极连接第一电源线，所述第一PMOS管的漏极连接所述第三PNP三极管的发射极；所述第二PMOS管的源极连接第一电源线，所述第二PMOS管的漏极与所述第四PNP三极管的发射极连接，所述第三PNP三极管的基极输入第一偏置电流，所述第三PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第一输入端和所述偏置电阻的一端连接，所述偏置电阻的另一端与所述第一PNP三极管的发射极连接；
所述第四PNP三极管的基极输入第二偏置电流，所述第四PNP三极管的集电极分别与所述运算放大器的第二输入端和所述第二PNP三极管的发射极连接，所述第一PNP三极管的基极、所述第一PNP三极管的集电极、所述第二PNP三极管的基极和所述第二PNP三极管的集电极均连接第二电源线，所述第二电源线提供的电源电压低于所述第一电源线提供的电源电压；
所述输出单元包括第五PNP三极管和第三PMOS管，所述第三PNP三极管、所述第四PNP三极管和所述第五PNP三极管的电流增益相等，所述第三PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管的源极连接所述第一电源线，所述第三PMOS管的漏极与所述第五PNP三极管的发射极连接并输出基准电压，所述第五PNP三极管的基极和所述第五PNP三极管的集电极均连接所述第二电源线。


2.根据权利要求1所述的电荷泵的线性化电路，其特征在于，所述第一PMOS管的宽长比与所述第二PMOS管的宽长比相等，所述第三PMOS管的宽长比与所述第一PMOS管的宽长比相等。


3.根据权利要求1或2所述的电荷泵的线性化电路，其特征在于，还包括用于提供所述第一偏置电流的第一偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭飞鸿，
申请(专利权)人：广州思信电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44