本发明专利技术属于集成电路基准电压源技术领域，其特征在于，该基准电压源采用非线性纠正技术抵消了输出电流中温度系数中的对数项，使得输出的基准电压源有很高的温度稳定性，而且，采用电平移位电路代替了传统的分压电阻，减少了面积以及由电阻带来的温度影响，另外，改变输出端的并联内阻的值，使基准电压源的输出电压值能在保证高温度稳定性的条件下实现大范围的变化，同时也设计了启动和偏置电路，使所设计的电路能正确启动。本发明专利技术可用于低电源电压的移动设备电路系统中。
A high temperature stability reference voltage source for nonlinear correction of 1V power supplies
The invention belongs to the technical field of integrated circuit of reference voltage source, which is characterized in that the reference voltage source with nonlinear correction to offset the logarithmic temperature coefficient of the output current of the output reference voltage source with high temperature stability, and the level of the traditional replace shift circuit reduces the load resistance area and by the resistance brought by the influence of temperature change, in addition, the output end of the shunt resistance value of the output voltage of the voltage reference value to ensure a wide range of variation for high temperature stability conditions, at the same time also designed the start and bias circuit, the circuit design can start properly. The invention can be used in a mobile equipment circuit system with low power supply voltage.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路的电源，尤其是基准电压源的温度稳定性
技术介绍
电压基准源在很多模拟电路和数模混合电路中被广泛应用，例如A\D，D\A转换器，存储器等等。随着工艺特征尺寸的不断降低，考虑到器件的可靠性，电路工作所允许的电源电压也必须逐步降低；同时，由于晶体管集成度的逐步提高，电路的功耗也必须加以限制。因而，在低电压，低功耗和工作环境日益恶劣的条件下，电路系统对电压基准源模块的要求越来越严格。对于传统的带隙基准源电路，1V电源电压下，有两个明显的因素制约着电路的实现。一是带隙基准源的输出大约为1.2V，超出了电源电压的范围；另一个是基准源电路中用到的运算放大器(OPA)的输入共模范围受到限制。这两个制约因素可以分别通过电流模式和电阻分压的方法解决。一些1V电源电压的基准源电路已经被报道过，但是，这些基准源电路用到的是Bipolar或者是BiCMOS工艺，成本较高，如P.Malcovati，F.Maloberti，et al.“Curvaturecompensated BiCMOS bandgap with 1-V supply voltage，”IEEE Journal of Solid-State Circuits，vol.37，pp.526-529，April 2002.另一些报道的CMOS基准源电路具有很高的温度稳定特性，但是对于具有温度依赖的对数项，它们只是进行了一阶、二阶、或者是相应的曲线纠正，而并没有全部的抵消掉该对数项，如Hironori Banba，Hitoshi Shiga，et al.“A CMOS Bandgap ReferenceCircuit with Sub-1-v Operation，”IEEE Journal of Solid-State Circuits，vol.34，no.5，May 1999.在本专利技术中，我们提出了电源电压为1V的非线性纠正CMOS基准电压源，试图从根本上全部抵消关于温度的对数项来获的高的温度稳定性。电路的实现并没有用到电阻分压，而是采用了电平移位的方法，这样可以尽量减少面积以及电阻带来的温度影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过全部抵消关于温度的对数项来获得1V电源非线性纠正的高温度稳定性的基准电压源。本专利技术的特征在于第1运算放大器(OPA1)，输出端同时连接到MOS管(M0)和(M1)的栅极，而所述(M0)管、(M1)管的源极同时接电源VDD；所述第1运算放大器(OPA1)的正输入端是节点(Vp)，该节点(Vp)在连接到(M0)管的漏极的同时，还通过电阻(R0)连接到PNP晶体管(Q0)的发射级，该(Q0)管的其余两端接地；所述第1运算放大器(OPA1)的负输入端是节点(Vn)，该节点(Vn)在连接到(M1)管的漏极的同时还连接到PNP晶体管(Q1)的发射极，该(Q1)管的其余两端接地，由于第1运算放大器(OPA1)和MOS管(M0)、(M1)的反馈作用，使节点(VP)和节点(Vn)的电压相等；第2运算放大器(OPA2)，输出端接MOS管(M4)的栅极，该(M4)管的源极接电源VDD；所述第2运算放大器(OPA2)的负输入端接所述节点(Vn)，所述第2运算放大器(OPA2)的正输入端在接到所述(M4)管漏极的同时，还通过电阻(R1)接地；第3运算放大器(OPA3)，输出端接MOS管(M7)的栅极，而该(M7)管的漏极反馈到第3运算放大器(OPA3)的正输入端，第3运算放大器(OPA3)的正输入端经电阻(R2)接地，而负输入端接PNP晶体管(Q2)的发射极，该(Q2)管的其余两端接地；MOS管(M5)、(M2)，两者的源极接电源VDD，而漏极在相连后接所述第3运算放大器(OPA3)的负输入端，(M5)管的栅极接到所述第2运算放大器(OPA2)的输出端，而(M2)管的栅极则接所述第1运算放大器(OPA1)的输出端；MOS管(M8)、(M9)，该(M8)管的源极接电源VDD，而漏极同时接(M9)管的漏极和栅极，该(M9)管的源极接地；MOS管(M6)、(M10)，该(M6)管的源极接电源VDD，而栅极接到所述第2运算放大器(OPA2)的输出端，同时该(M6)管的漏极接(M10)管的漏极，形成所述基准电压源的输出端Vbg，而(M10)管的栅极与所述(M9)管的栅极相连，但(M10)管的源极接地；MOS管(M3)，源极接电源VDD，栅极接所述第1运算放大器(OPA1)的输出端，而该(M3)的漏极接到串接在所述输出端Vbg和地之间的电阻(R3)和(R4)的中点；所述(R0)＝8kΩ～12kΩ；(R1)在所述通过(Q2)的电流基本不随温度T变化的条件下对温度求导得到，R1=(η-x+Vg0-Vbe(Tr)VTr)R0lnn]]>其中，Vg0是0K时外推得到的pn结二极管电压，Vbe(Tr)是在温度Tr时基极与发射极之间的电压，x是流过晶体管电流的温度依赖参数，η是与温度无关、而与工艺相关的参数，取值在3.6到4之间，VT＝kT/q是热电压，k是Boltzmann常数(1.38×10-23J/K)，q是电子电荷(1.6×10-19C)，T是绝对温度，n是所述晶体管(Q0)和(Q1)的发射极面积之比； (R2)在所述基准电压源的输出电流Ibg中温度的对数项为零的条件下得到，R2=ηη-1R1]]>(R3)、(R4)根据要求的线性补偿关系和所要求的输出基准电压得到，R4=(Vg0-Vbe(Tr))VbgVTrVg0lnnR0]]>R3=VbgVg0R1R2R2-R1-R4]]>本专利技术的优点在于1.本专利技术中，采用了非线性纠正技术抵消了Vbe中的温度非线性项，得到的基准电压源具有很高的温度稳定性。2.根据实际需要可改变核心电路中R3，R4的电阻值，基准源的输出电压就可以大范围地变化，且都具有很高的温度稳定性，调节性好。3.专利技术的基准电压源电路可用标准的CMOS工艺实现，且在运算放大器中集成电平移位电路，代替了传统的分压电阻，节省了面积。4.启动电路实用有效，且易于控制，确保了上电之后核心电路能够正确启动。5.所设计的带隙基准源可用于低电源电压的移动设备电路系统中。附图说明图1.非线性纠正的基准电压源的电路图；图2.本专利技术采用的运算放大器的电路图；图3.本专利技术采用的启动和偏置电路示意图；图4.1V电源下的基准电压源的温度特性曲线；图5.基准电压源输出电压随电源电压变化的特性曲线。具体实施例方式一个正向工作的双极晶体管，其基极与发射极之间的电压Vbe随温度的变化并不是线性的，其与温度的变化关系可以表示为Vbe=Vg0-TTr-(η-x)VTln(TTr)---(1)]]>其中，Vg0是0K时外推得到的pn结二极管电压，T是绝对温度，Vbe(Tr)是在温度Tr时基极与发射极之间的电压，x是流过晶体管电流的温度依赖参数，η是与温度无关、而与工艺相关的参数，取值在3.6到4之间，VT＝kT/q是热电压，k是Boltzmann常数(1.38×10-23J/K)，q是电子电荷(1.6×10-19C)。温度补偿的普遍办法是在温度Tr处对(1)式进行泰勒展本文档来自技高网...
【技术保护点】
１Ｖ电源非线性纠正的高温度稳定性基准电压源，其特征在于，含有：第１运算放大器（ＯＰＡ１），输出端同时连接到ＭＯＳ管（Ｍ０）和（Ｍ１）的栅极，而所述（Ｍ０）管、（Ｍ１）管的源极同时接电源ＶＤＤ；所述第１运算放大器（ＯＰＡ１）的正输入端是节点（Ｖ↓［Ｐ］），该节点（Ｖ↓［Ｐ］）在连接到（Ｍ０）管的漏极的同时，还通过电阻（Ｒ０）连接到ＰＮＰ晶体管（Ｑ↓［０］）的发射级，该（Ｑ↓［０］）管的其余两端接地；所述第１运算放大器（ＯＰＡ１）的负输入端是节点（Ｖｎ），该节点（Ｖｎ）在连接到（Ｍ１）管的漏极的同时还连接到ＰＮＰ晶体管（Ｑ↓［１］）的发射极，该（Ｑ↓［１］）管的其余两端接地，由于第１运算放大器（ＯＰＡ１）和ＭＯＳ管（Ｍ０）、（Ｍ１）的反馈作用，使节点（Ｖ↓［Ｐ］）和节点（Ｖｎ）的电压相等；第２运算放大器（ＯＰＡ２），输出端接ＭＯＳ管（Ｍ４）的栅极，该（Ｍ４）管的源极接电源ＶＤＤ；所述第２运算放大器（ＯＰＡ２）的负输入端接所述节点（Ｖｎ），所述第２运算放大器（ＯＰＡ２）的正输入端在接到所述（Ｍ４）管漏极的同时，还通过电阻（Ｒ１）接地；第３运算放大器（ＯＰＡ３），输出端接ＭＯＳ管（Ｍ７）的栅极，而该（Ｍ７）管的漏极反馈到第３运算放大器（ＯＰＡ３）的正输入端，第３运算放大器（ＯＰＡ３）的正输入端经电阻（Ｒ２）接地，而负输入端接ＰＮＰ晶体管（Ｑ↓［２］）的发射极，该（Ｑ↓［２］）管的其余两端接地；ＭＯＳ管（Ｍ５）、（Ｍ２），两者的源极接电源ＶＤＤ，而漏极在相连后接所述第３运算放大器（ＯＰＡ３）的负输入端，（Ｍ５）管的栅极接到所述第２运算放大器（ＯＰＡ２）的输出端，而（Ｍ２）管的栅极则接所述第１运算放大器（ＯＰＡ１）的输出端；ＭＯＳ管（Ｍ８）、（Ｍ９），该（Ｍ８）管的源极接电源ＶＤＤ，而漏极同时接（Ｍ９）管的漏极和栅极，该（Ｍ９）管的源极接地；ＭＯＳ管（Ｍ６）、（Ｍ１０），该（Ｍ６）管的源极接电源ＶＤＤ，而栅极接到所述第２运算放大器（ＯＰＡ２）的输出端，同时该（Ｍ６）管的漏极接（Ｍ１０）管的漏极，形成所述基准电压源的输出端Ｖｂｇ，而（Ｍ１０）管的栅极与所述（Ｍ９）管的栅极相连，但（Ｍ１０）管的源极接地；ＭＯＳ管（Ｍ３），源极接电源ＶＤＤ，栅极接所述第１运算放大器（ＯＰＡ１）的输出端，而该（Ｍ３）的漏极接到串接在所述输出端Ｖｂｇ和地之间的电阻（Ｒ３）和（Ｒ４）的中点；所述（Ｒ↓［０］）＝８ｋΩ～１２ｋΩ；（Ｒ↓［１］）在所述通...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志良，陈弘毅，秦波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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