低温度系数带隙基准参考电压源制造技术

本发明专利技术涉及一种低温度系数带隙基准参考电压源，包括ＰＴＡＴ电流产生电路、基准电压启动电路、基准电压合成电路、基极电流抵消电路、第一电流镜像电路，其中该低温度系数带隙基准参考电压源还包括二阶温度补偿电流产生电路，与所述第一电流镜像电路、基准电压合成电路相连，输入ＰＴＡＴ电流、带隙基准电压，通过利用ＭＯＳ管漏源电流与栅源压差的平方关系，产生二阶补偿电流并输出至基准电压合成电路产生二阶补偿电压，补偿基准电压的二阶温度系数，产生极低温度系数的基准电压。本发明专利技术克服了经典带隙基准电压的温度系数偏高的问题，通过采用标准ＣＭＯＳ工艺即可实现极低温度系数的带隙基准电压，有效地降低对工艺的要求。

Low temperature coefficient bandgap reference voltage source

The present invention relates to a low temperature coefficient bandgap reference voltage source, including PTAT current generating circuit, a reference voltage starting circuit, reference voltage synthesis circuit, base current cancellation circuit, a first current mirror circuit, wherein the low temperature coefficient bandgap reference voltage source also includes two order temperature compensation current generation circuit is connected with the the first current mirror circuit, voltage reference circuit synthesis, PTAT input current, bandgap reference voltage, by using the MOS square tube drain source current and gate source pressure difference, generating two order compensation current is output to the reference voltage synthesis circuit generates two order compensation voltage, two order temperature coefficient compensation voltage. The reference voltage, very low temperature coefficient. The invention overcomes the high temperature coefficient of the bandgap reference voltage with the classic problem, through the bandgap voltage reference with the standard CMOS process can achieve very low temperature coefficient, effectively reduce the requirement of the process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源及微电子
，特别涉及一种低温度系数带隙基准参考电压源。
技术介绍
模拟及模拟数字混合信号芯片设计中经常需要芯片内部产生低温度系数的基准电压，该基准电压可以提供给芯片内部或外部作为参考电压，产生各种所需的电压，利用参考电压芯片或其他电路可以用来完成模数转换、数模转换、各种工作电压源等。特别是在一些精度要求高、温度特性好的应用领域，一个具有及低温度系数的参考电压源往往是十分必要的，甚至是绝对必需的。例如在电能计量应用领域，国家标准就规定电能表(1级)在-40度自85度的温度范围内，计量的误差变化不能够超过2％，实际上企业内部为了满足国家标准，制定了更严格的内部质量控制标准，一般要求控制在1％以内，再考虑工艺及其他温度影响，对计量芯片本身的精度要求随温度变化不超过0.5％，这对计量芯片内部的ADC采用的参考电压的温度特性提出了非常严格的要求，典型要求温度系数为30ppm以内。如图1、图2、图3所示，经典的带隙基准电压由于只采用了一阶温度系数补偿，其二阶温度系数未作补偿，在温度变化范围达120度时，二阶温度系数引起的基准电压变化往往大大超过50ppm。因此必须要求一个更好温度特性的带隙参考电压源。其一阶温度系数补偿原理如下，PTAT(Proportional to absolutetemperature，与绝对温度成正比)电流产生电路，产生整个电路的偏置电流IPTAT，IPTAT为IPTAT＝(VBE1-VBE2)/R1＝ΔVBE/R1VBE1=VT×lnIPTATIS1]]>IS2＝IS1×MΔVBE＝VT×1n MIPTAT=ΔVBE/R1=VTR1×lnM]]>其中VT＝26mV，表示温度的电压当量，VT=k×Tq]]>，其中k为波耳兹曼常数1.38×10-23，T为绝对温度，q为电子电荷1.6×10-19；VBE1、VBE2分别表示PNP晶体管P1、P2的基极一发射极的压降；IS1、IS2分别表示PNP晶体管P1、P2的反向饱和电流；M为PNP晶体管P2与P1的发射极面积比。IPTAT经电流镜镜像后流过电阻R2，产生一个正温度系数的电压V1，即V1为V1=R2R1×lnM×VT]]>由于三极管P4、P5、P6都流过IPTAT，同时基极电路被基极电流抵消电路抵消了，因此输出带隙基准电压为VBG＝V1+2×VBE由于VT=K×Tq]]>，故V1的温度系数为正，而VBE＝VBE，0×其中VBE，0表示常温下VBE的参考电压值，β、γ分别为VBE的二阶、三阶温度系数。其一阶温度系数α为负，只要调整电阻R2与R1的比值及M，即可获得在常温时一阶温度系数为零的带隙参考电压。图2为一阶温度系数补偿示意图经过一阶温度补偿，VBG最后输出为VBG＝VBG，0×其中VBE，0为常温下VBG的参考电压值，T0为常温(约300K)，T为绝对温度，ξ为VBG的二阶温度系数。然后在实际的工艺中，VBE仍存在2阶、3阶温度系数，如果在高性能的电路设计中，只消除一阶温度系数，其二阶等高阶温度系数仍然要求考虑。因此必须要想办法，消除高阶温度系数的影响。在实际的电子元件特性中，VBE的三阶以上的温度系数相对于二阶温度系数是很小的，完全可以不用考虑。在本专利技术中，不考虑三阶以上的温度系数，即可得到很好得实际结果。传统的芯片设计中，如果需要极低温度系数的带隙基准电压，往往需要对工艺提出高的要求，一般要用Bipolar工艺或BiCMOS工艺，这增加了产品成本与复杂度。同时也有其它一些解决方案，例如美国专利US005712590A，其二阶补偿电路的框图如图4所示，图5为其基准电压的温度特性曲线，该方案在实际应用中存在以下几个问题1、比较电路的失调电压对参考电压选择的影响。一般在CMOS工艺中，比较器的失调电压会达到20～50mV，这么大的失调电压，相对高精度的参考电压是致命的问题。2、在VBG1与VBG2的电压非常接近时，比较器会无法判断具体输出哪一路参考电压，容易造成误操作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种低温度系数带隙基准参考电压源，使用标准CMOS制造工艺，获取极低温度系数的带隙参考电压，同时减低设计低温度系数的带隙基准电压对工艺的要求。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种低温度系数带隙基准参考电压源，包括以下电路PTAT电流产生电路，用于产生PTAT电流；基准电压启动电路，与所述PTAT电流产生电路相连，用于克服PTAT电流产生电路的零电流工作点，确保PTAT电流能够产生；基准电压合成电路，与所述PTAT电流产生电路输出端相连，用于产生基准电压；基极电流抵消电路，与所述基准电压合成电路相连，用于抵消该基准电压合成电路中晶体管产生额外基极电流，保证基准电压的正确产生；第一电流镜像电路，用于将所述PTAT电流产生电路所生成PTAT电流镜像复制，并分别输出至所述PTAT电流产生电路、基准电压启动电路、基准电压合成电路及基极电流抵消电路，其中，该低温度系数带隙基准参考电压源还包括二阶温度补偿电流产生电路，与所述第一电流镜像电路、基准电压合成电路相连，输入IPTAT电流、带隙基准电压，通过利用MOS管漏源电流与栅源压差的平方关系，产生二阶补偿电流并输出至基准电压合成电路产生二阶补偿电压，补偿基准电压的二阶温度系数，产生极低温度系数的基准电压。本专利技术的有益效果是本专利技术充分利用CMOS工艺中的MOS管的V-I特性，产生二阶补偿电流，然后通过电阻转换为补偿电压，来补偿参考电压的二阶温度系数，不仅解决温度补偿问题，同时也克服了传统带隙基准电压的温度系数偏高的问题，通过采用标准CMOS工艺即可实现极低温度系数的带隙基准电压，有效地降低对工艺的要求，容易在各种CMOS集成电路(如参考电压芯片、电能计量芯片、电压调整芯片、数据转换芯片)中使用。附图说明图1一种典型的带隙基准电压产生电路。图2一种典型的带隙基准电压的一阶温度系数补偿示意3一种典型的带隙基准电压的温度特性曲线图4先前专利US005712590A二阶补偿电路的框5先前专利US005712590A基准电压的温度特性曲线图6本专利技术低温度系数带隙基准电压源的原理7本专利技术的二阶温度系数补偿电流原理8使用本专利技术的带隙基准电压的温度特性图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图7、图8所示，本专利技术由PTAT电流产生电路、基准电压合成电路、二阶补偿电流产生电路、基极电流抵消电路、启动电路及电流镜像电路组成。该PTAT电流产生电路包括第七MOS管MN1、第八MOS管MN2、第三晶体管P1、第四晶体管P2及第二电阻R1，该第七MOS管MN1、第八MOS管MN2的栅极与基准电压启动电路的输出端相连，第七MOS管MN1的漏极与其栅极相连，所述第七MOS管MN1、第八MOS管MN2的漏极与第一电流镜像电路相连，其中第八MOS管的漏极输出PTAT电流；该第三晶体管P1、第四晶体管P2的基极、集电极接地，第三晶体管P1的发射极与第七MOS管MN1的源极相连，第四晶体管P2发射极的通过第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温度系数带隙基准参考电压源，包括以下电路：ＰＴＡＴ电流产生电路，用于产生ＰＴＡＴ电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］；基准电压启动电路，与所述ＰＴＡＴ电流产生电路相连，用于克服ＰＴＡＴ电流产生电路的零电流工作点，确保ＰＴＡＴ电流Ｉ↓［ ＰＴＡＴ］能够产生；基准电压合成电路，与所述ＰＴＡＴ电流产生电路输出端相连，用于产生基准电压；基极电流抵消电路，与所述基准电压合成电路相连，用于抵消该基准电压合成电路中晶体管产生额外基极电流，保证基准电压的正确产生； 第一电流镜像电路，用于将所述ＰＴＡＴ电流产生电路所生成ＰＴＡＴ电流镜像复制，并分别输出至所述ＰＴＡＴ电流产生电路、基准电压启动电路、基准电压合成电路及基极电流抵消电路，其特征在于：该低温度系数带隙基准参考电压源还包括二阶温度补偿电流 产生电路，与所述第一电流镜像电路、基准电压合成电路相连，输入Ｉ↓［ＰＴＡＴ］电流、带隙基准电压，通过利用ＭＯＳ管漏源电流与栅源压差的平方关系，产生二阶补偿电流并输出至基准电压合成电路产生二阶补偿电压，补偿基准电压的二阶温度系数，产生极低温度系数的基准电压。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周命福，冯秉刚，王金琐，刘小灵，
申请(专利权)人：深圳市芯海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]