一种参考电压模块及其温度补偿方法技术

本发明专利技术针对在标准ＣＭＯＳ工艺条件下，不通过增加工艺成本的方法很难实现高阶温度补偿的问题，公开了一种低温度系数，低噪声，高精度的参考电压模块及其温度补偿方法。参考电压模块包括电流Ｉ↓［Ｖｂｅ］产生电路、电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］产生电路、自启动电路，电流Ｉ↓［Ｖｂｅ］产生电路的输出电流Ｉ↓［Ｖｂｅ］、电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］产生电路的输出电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］分别分两路输出连接到一个高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路，该高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路的二阶电流Ｉ↓［ＮＬ］通过比例系数Ｃ↓［１，２］输出到一个全差分参考电压电路，电流Ｉ↓［Ｖｂｅ］通过比例系数Ａ、电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］通过比例系数Ｂ分别输出连接到全差分参考电压电路。所述温度补偿方法是在高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路中进行全温区分段曲率校正，同时在全差分参考电压电路中进行电阻微调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种A/D(模数转换器)和D/A(数模转换器)中的参考电压模块及其温度补偿方法。
技术介绍
参考电压模块是高性能的A/D和D/A转换器的关键模块。传统的参考电压是通过PTAT(二极管正向导通压降和与绝对温度成正比)的电压相加产生接近绝对温度零时带隙的电压，即一阶补偿。其温度特性较差，一般在几十ppm/℃以上，难以满足高性能电路系统的需要。双极工艺中发展为高阶温度补偿，二阶曲率校正补偿就是其主要的一种，使温度特性提高。但在标准CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺中实现参考电压，因寄生三极管的放大倍数β小，基极电阻rb大，工艺离散性很大，运算放大器的失调大，双极工艺的高阶曲率校正技术很难实现。为了克服CMOS工艺的限制，文献H.J.Oguey and B.Gerber.MOS voltage reference based on polysilicon gate workfunction difference..IEEE J.Solid State Circuit，1980，SC-15(6)264-268.提出了用同型不同阈值的MOS(金属氧化物半导体)；文献Ka Nang Leung，Philip K.T.Mok and Chi Yat Leung.A 2-V 23-μA 5.3-ppm/℃ 4th-order curvature-compendated CMOS bandgap refence..IEEE CICC，2000，23(6)457-460.提出了增加负温度特性的高电阻率的多晶硅层来实现高阶曲率校正等，但都需要增加额外的掩模(如多晶硅层的掩模等)，从而增加工艺成本。文献GabrielA.Rincon-Mora and Phillip E.Allen.A 1.1v current-mode and piecewise-linearcouvature-Corrected bandgap reference..IEEE J.Solid State Circuit，1998，33(10)1551-1554.提出了在部分温度范围内进行分段曲率校正和微调技术，但在整个工作温度范围内温度特性改善不大，在标准CMOS工艺中模拟验证结果表明输出1.1V参考电压的温度系数为6.5ppm/℃。电路采用电流型通过电阻梯产生输出参考电压，为了降低功耗，电阻的阻值很大，同时未优化关键电路的电流，造成输出阻抗(约为340KΩ)和噪声大，电源抑制比差(120ppm/V＝-78dB)。
技术实现思路
本专利技术针对在标准CMOS工艺条件下，不通过增加工艺成本的方法很难实现高阶温度补偿以及在部分温度范围内进行了分段曲率校正和微调所带来的整个工作温度范围内温度特性提高不大，同时还存在输出阻抗和噪声大，电源共模抑制比差的缺点和不足，提供了一种低温度系数，低噪声，高精度的参考电压模块及其温度补偿方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种参考电压模块，包括电流IVbe产生电路、电流IPTAT产生电路、自启动电路，所述自启动电路在上电时产生的脉冲分别输入电流TVbe产生电路和电流IPTAT产生电路，其特征是，所述电流IVbe产生电路的输出电流IVbe分两路输出连接到一个高阶电流INL产生电路的输入端，其中一路通过比例系数K3输出；电流IPTAT产生电路的输出电流IPTAT分两路输出连接到所述高阶电流INL产生电路的输入端，其中一路通过比例系数K1输出所述高阶电流INL产生电路的二阶电流INL通过比例系数C1，2输出到一个全差分参考电压电路的输入端；所述电流IVbe通过比例系数A、所述电流IPTAT通过比例系数B分别输出连接到所述全差分参考电压电路的输入端，该全差分参考电压电路4输出端输出参考电压VREF＝VREF+-VREF-。上述技术方案中，所述高阶电流INL产生电路3包括16个MOS管组成的共源共栅结构的四路电流镜，输入电流分别为IPTAT，K3IVbe，K1IPTAT，IVbe，所述电流IPTAT输入到PMOS管M01的漏极，PMOS管M01和M011组成共源共栅结构并与PMOS管M11和M111形成共源共栅电流镜，其宽长比为1∶K4；所述电流K3IVbe输入到PMOS管M11和M21的漏极，PMOS管M21和M211组成共源共栅结构并与PMOS管M31和M311形成共源共栅电流镜，其宽长比为1∶C2；所述电流IVbe输入到PMOS管M0的漏极，PMOS管M0和M01组成共源共栅结构并与PMOS管M1和M11形成共源共栅电流镜，其宽长比为1∶K2；所述电流K1IPTAT输入到PMOS管M1和M2的漏极，PMOS管M2和M21组成共源共栅结构并与PMOS管M3和M31形成共源共栅电流镜，其宽长比为1∶C1；PMOS管M3的漏极和M31的漏极连接在一起形成输出电流C1，2INL。所述全差分参考电压电路4包括PMOS管M1C和M2C、PMOS管M3C和M4C，其两两之间均连接成共源共栅结构，PMOS管M1C的源极与M3C的源极连接并接到电源VDD，PMOS管M2C的漏极连接到运算放大器Amp的同相输入端Vy，PMOS管M1C和M2C的栅极连接到电流IPTAT产生电路的输出，使流过PMOS管M1C、M2C的电流为BIPTAT；PMOS管M4C的漏极通过电阻R1连接到运算放大器Amp的同相输入端，PMOS管M3C和M4C的栅极连接到电流INL产生电路3的输出，使流过PMOS管M3C和M4C的电流为C1，2INL；NMOS管M5C和M6C也连接成共源共栅结构，NMOS管M6C的源极接地GND，NMOS管M5C的漏极接到运算放大器Amp的反相输入端，NMOS管M5C和M6C的栅极连接到电流IVbe产生电路的输出，使流过NMOS管M5C和M6C的电流为AIVbe；运算放大器Amp的同相输出端通过电阻R3连接到其反相输入端，该运算放大器Amp的反相输出端通过电阻R2连接到PMOS管M4C的漏极。一种前述参考电压模块的温度补偿方法，包括分段曲率校正方法和电阻微调方法，所述分段曲率校正方法，是在高阶电流INL产生电路中进行全温区分段曲率校正，即将-20℃--80℃的温度范围分成低，中，高三个区段，和，全温区分段曲率校正可表示为INL1,2=C2INL2=K3IVbe-K4IPTAT0C1INL1=K1IPTAT-K2IVBE---(11)]]> 式中，K1，K2，K3，K4，C1，C2为比例系数，Tlow为全温区的最低温度，Thigh为全温区的最高温度，Tr1和Tr2为全温区中温部分的两个参考温度，INL1为区段的高阶电流，INL2为区段的高阶电流，INL1，2为全温区的高阶电流，IVbe是电流IVbe产生电路的输出电流，IPTAT是电流IPTAT产生电路的输出电流。所述电阻微调方法是在全差分参考电压电路中，输出参考电压VREF可表示为VREF=VREF+-VREF-=AIVbeR3+BIPTAT(R1+R2)+C1,2INL1,2R2---(12)]]>式中AIVbe，BIPTAT和C1，2INL分别为来自电流IVbe产生电路、电流IPTAT产生电路和高阶电流INL产生电路的三部分电流输入；R1，R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种参考电压模块，包括电流Ｉ↓［Ｖ↓［ｂｅ］］产生电路、电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］产生电路、自启动电路，所述自启动电路在上电时产生的脉冲分别输入电流Ｉ↓［Ｖ↓［ｂｅ］］产生电路和电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］产生电路，其特征是，所述电流Ｉ↓［Ｖ↓［ｂｅ］］产生电路的输出电流Ｉ↓［Ｖ↓［ｂｅ］］分两路输出连接到一个高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路的输入端，其中一路通过比例系数Ｋ↓［３］输出；电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］产生电路的输出电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］分两路输出连接到所述高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路的输入端，其中一路通过比例系数Ｋ↓［１］输出：所述高阶电流Ｉ↓［ＮＬ］产生电路的二阶电流Ｉ↓［ＮＬ］通过比例系数Ｃ↓［１，２］输出到一个全差分参考电压电路的输入端；所述电流Ｉ↓［Ｖ↓［ｂｅ］］通过比例系数Ａ、所述电流Ｉ↓［ＰＴＡＴ］通过比例系数Ｂ分别输出连接到所述全差分参考电压电路的输入端，该全差分参考电压电路４输出端输出参考电压Ｖ↓［ＲＥＦ］＝Ｖ↓［ＲＥＦ＋］－Ｖ↓［ＲＥＦ－］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志标，张春茗，耿莉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]