一种适应空间环境应用的基准源单元电路制造技术

本发明专利技术属于集成电路领域，特别涉及一种适应空间环境应用的基准源单元电路，包括包括第一N型三极管、第二N型三极管、第三N型三极管、第一P型三极管、第二P型三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，在连接在一起的第一N型三极管的基极、第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极之间设置第四电阻，第四电阻的一端与第一N型三极管的基极连接，另一端与第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极连接在一起；本发明专利技术电阻的阻值可根据辐照试验结果进行设计调节，来最大限度的降低空间辐射造成的基准漂移问题。的基准漂移问题。的基准漂移问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适应空间环境应用的基准源单元电路


[0001]本专利技术属于集成电路领域，特别涉及一种适应空间环境应用的基准源单元电路。

技术介绍

[0002]常规的带隙基准源单元结构如图1，Q1与Q2两个NPN管构成了一个双管带隙基准核，其发射极面积比为10:1，该对管能够为电路提供PTAT电流。在该结构的旁路，串联了一个NPN管Q3和电阻R3，该结构主要提供负温系数的Vbe，同时也为PTAT电流转化为正温电压提供转换电阻。Q4和Q5为带隙对管提供恒定的偏置电流，带隙对管发射极端电阻R1和R2相等。从电路整体结构来看，带隙对管Q1、Q2产生一个PTAT电流，PTAT电流在R1和R3获得一个正温系数电压，与负温系数的Vbe3相叠加，来获得一个近似零温的基准电压，该基准电压产生于Q3管的基极端口。
[0003]Q1基极电位相等可得：
[0004][0005]其中，V
BE2
为第二N型三极管的基极
‑
发射极电压，I2为第二电阻上的电流值，R2为第二电阻的阻值，V
BE1
为第一N型三极管的基极
‑
发射极电压，I1为第一电阻上的电流值，R1为第一电阻的阻值。
[0006]由于Q1与Q2为10:1的对管，且Q4和Q5由同一偏置提供，且电流偏置相同，可得到：
[0007]V
BE2
‑
V
BE1
＝V
T
Ln10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
>(2)
[0008]其中，V
T
为热电压，Ln为自然对数。
[0009]另外，电阻R1上流过的电流包括镜像电流镜Q4的恒流偏置和电阻R3的电流，且Q4与Q5为同一个源电流镜像，可得到：
[0010]I
I
＝I4+I3＝I5+I3＝I2+I3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0011]其中，I3为第三电阻上的电流值，I4为第一P型三极管的集电极电流，I5为第二P型三极管的集电极电流。
[0012]公式(1)经简化可得：
[0013]V
T
Ln10＝(I2+I3)R1‑
I2R2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0014]由R1＝R2，可得到I3，即PTAT电流：
[0015][0016]可得到带隙电压：
[0017][0018]其中，V
R1
为第一电阻上的电压值，V
R3
为第三电阻上的电压值，V
BE3
为第三N型三极
管的基极
‑
发射极电压。
[0019]上式中，电阻为正温系数扩散电阻，V
T
热电压为正温系数，即前两项具备正温特性，V
BE3
具备负温特性，可通过调整电阻比例来改变正温补偿系数，实现零温的基准电压。从公式中可知，构成带隙基准电压的因素包含电流镜偏置、电阻值和比例、晶体管Vbe大小和比例。
[0020]上述分析过程中，忽略了带隙对管Q1和Q2的基极电流影响，如果考虑了基极电流，其(1)式会调整为：
[0021]V
BE2
+I2R2＝V
BE1
+I1R1[0022]V
BE2
+I5R2+I
B2
R2＝V
BE1
+I3R1+I4R1‑
I
B2
R1[0023]V
BE2
‑
V
BE1
＝I3R1+I4R1‑
I
B2
R1‑
I5R2‑
I
B2
R2[0024]V
BE2
‑
V
BE1
＝I3R1‑
I
B2
(R1+R2)
[0025][0026][0027]从(7)中可知，当考虑基极电流影响后，PTAT电流将会增大，最终使电路的V
ADJ
基准电压升高。
[0028]该结构在常态状态下，由于晶体管特性未发生变化，不会对基准电压造成任何影响。但是，当电路处于空间辐照环境中时，随着器件辐照剂量的累积升高，晶体管的电流增益会下降，其基极电流会越来越大，而且变化幅度甚至会达到10倍。在这个过程中，随着基极电流的升高，会引起PTAT电流增大，从而导致电路的基准电压升高，最终影响电路的输出电压精度。
[0029]图2是基准电压随晶体管电流增益退化的仿真图，纵坐标为基准电压值，横坐标b为晶体管电流增益比例，当b为1时晶体管为正常状态，即电流增益未退化，当b为0.5时晶体管电流增益退化一半。从图中可以看出，电路的基准电压随晶体管电流增益退化而升高。

技术实现思路

[0030]为解决空间辐射后，基准电压升高的问题，本专利技术提出了一种适应空间环境应用的基准源单元电路，包括第一N型三极管、第二N型三极管、第三N型三极管、第一P型三极管、第二P型三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一N型三极管的基极、第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极三个管脚连接在一起，第一N型三极管的集电极与第一P型三极管的集电极连接，第一N型三极管的发射极与第一电阻的一端和第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接并节点，第三电阻的另一端与第三N型三极管的发射极连接；第二N型三极管的发射极与第二电阻的另一端连接，第二N型三极管的集电极与第二P型三极管的集电极连接；第三N型三极管的基极与外部调整端，同时也是带隙电压输出端口的ADJ连接，第三N型三极管的集电极与第二电路内部配置Vb2连接；第一P型三极管的发射极与第二P型三极管的发射极连接，第一P型三极管的基极、第二P型三极管的基极以及第一电路内部配置Vb1连接在一起，在连接在一起的第一N型三极管的基极、第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极之间设置第四电阻，第四电阻的一端与第一N型
三极管的基极连接，另一端与第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极连接在一起。
[0031]进一步的，第一电阻和第二电阻阻值相同。
[0032]进一步的，第四电阻的值需要满足：
[0033][0034]其中，I
B1
，I
B2
，R1为第一电阻的阻值，R4为第四电阻的阻值。
[0035]本专利技术的有益效果在于：
[0036](1)本专利技术电路电原理未改变，结构简单，工艺兼容性强；
[0037](2)本专利技术对电阻类型没有要求，不同的电阻类型均能够满足电路的抗空间辐射要求；
[0038](3)本专利技术电阻的阻值可根据辐照试验结果进行设计调节，来最大限度的降低空间辐射造成的基准漂移问题。
附图说明
[0039]图1为常规的带隙基准源单元结构；
[0040本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应空间环境应用的基准源单元电路，包括第一N型三极管、第二N型三极管、第三N型三极管、第一P型三极管、第二P型三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一N型三极管的基极、第二N型三极管的基极以及第一P型三极管的集电极三个管脚连接在一起，第一N型三极管的集电极与第一P型三极管的集电极连接，第一N型三极管的发射极与第一电阻的一端和第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接并节点，第三电阻的另一端与第三N型三极管的发射极连接；第二N型三极管的发射极与第二电阻的另一端连接，第二N型三极管的集电极与第二P型三极管的集电极连接；第三N型三极管的基极外部调整端与连接，第三N型三极管的集电极与第二电路内部配置接；第一P型三极管的发射极与第二P型三极管的发射极连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁盛铭，朱哲序，李鹏，杨丰，王菡，彭克武，刘文韬，廖鹏飞，王国强，霍改青，杨光美，罗焰娇，余佳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：新型
国别省市：