一种指数型温度补偿带隙基准电压源及其补偿方法技术

一种指数型温度补偿带隙基准电压源及其补偿方法，包括：启动电路启动PTAT产生电路；PTAT产生电路基于第一三极管与第二三极管的基极

【技术实现步骤摘要】
一种指数型温度补偿带隙基准电压源及其补偿方法


[0001]本专利技术属于电源管理
，具体地，涉及一种指数型温度补偿带隙基准电压源及其补偿方法。

技术介绍

[0002]带隙基准电路作为电子线路中必不可少的部分，是ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)、DAC(Digital to Analog Converter，数字模拟转换器)、线性稳压模块等模拟器件以及众多数模混合电路中不可或缺的模块，并且由于这些电路的指标要求越来越高，同时也对带隙基准电路提出了更高的要求。传统的带隙基准电路利用具有不同发射结面积的两个发射结之间的电压差具有正温度系数的特性，与具有负温度系数的基极
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发射极电压进行加权求和，得到一个具有低温度系数的基准电压。
[0003]带隙基准电路的最大特点是输出的基准电压随着温度大范围变化而不会产生很大的变化，即低温漂。现有技术中，带隙基准电路实现了一阶温度系数的补偿，该电路中使用了运放来实现较小的温漂，但是忽略了基极
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发射极电压V
BE
中的高阶项，因此采用一阶温度补偿的传统带隙基准电路往往还是具有比较高的温漂。基于传统带隙基准电路的缺点，现在的带隙基准电路已经开始采用多种高阶温度补偿的方式进一步减小温漂。1983年Gray等人提出了平方曲率补偿技术，1994年Inyeol Lee等人提出了指数型温度补偿方式，1998年Allen等人提出了分段线性补偿方式。但是，现有的指数型温度补偿方式中输出电路中的电流受到其他三极管基极电流的影响而不够精确，导致一阶项的补偿与指数项的补偿无法相互分开，因此补偿效果不够理想，温漂抑制效果不够理想，输出的基准电压在
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40～125℃范围内有2mV的电压偏差。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种指数型温度补偿带隙基准电压源及其补偿方法，基于指数型温度补偿技术，利用三极管的电流放大系数与温度呈指数型关系，与基极
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发射极电压中的高阶非线性项进行曲率补偿，从而达到较低的温漂。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案。
[0006]本专利技术一方面提出了一种指数型温度补偿带隙基准电压源，带隙基准电压源包括：启动电路，PTAT产生电路，指数补偿电路，求和输出电路；其中，PTAT产生电路包括第一三极管和第二三极管，指数补偿电路包括第三三极管，求和输出电路包括第四三极管和两个电阻；
[0007]启动电路，用于启动PTAT产生电路；PTAT产生电路，用于基于第一三极管的基极
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发射极电压与第二三极管的基极
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发射极电压的差值产生第一电流；第一电流在求和输出电路中形成第二电流，第一电流在指数补偿电路中形成第三电流；指数补偿电路，用于基于第一电流和第三三极管的电流放大倍数与温度的关系生成第四电流；求和输出电路，用于利用第二电流在一个电阻上形成的电压、第二电流与第四电流的差值在另一个电阻上形成
的电压和第四三极管的基极
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发射极电压，产生基准电压；
[0008]其中，第一电流是与绝对温度成正比的电流，第四电流是指数型温度系数的电流。
[0009]PTAT产生电路包括：第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管，第一三极管，第二三极管，第一电阻；其中，PTAT产生电路通过第一MOS管的漏极与启动电路的输出端连接；
[0010]第一MOS管和第二MOS管的源极均接入参考电压VDD，第一MOS管的栅极连接第二MOS管的栅极，第一MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极，第二MOS管的漏极与栅极短接，第三MOS管的栅极和漏极短接，第三MOS管的栅极连接第四MOS管的栅极，第三MOS管的源极连接第一三极管的发射极，第四MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极，第四MOS管的源极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二三极管的发射极，第一三极管和第二三极管的基极、集电极均接地；
[0011]第一电阻上流过第一电流。
[0012]第一MOS管和第二MOS管的宽长比相同。
[0013]指数补偿电路包括：第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第三三极管；其中，指数补偿电路通过第五MOS管的栅极连接第一MOS管和第二MOS管的栅极；
[0014]第五MOS管的源极和第三三极管的集电极均接入参考电压VDD，第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极，第六MOS管的栅极和漏极短接，第六MOS管和第七MOS管构成电流镜形式，第七MOS管的漏极连接第三三极管的发射极，第三三极管的基极连接求和输出电路的输入端；第六MOS管和第七MOS管的源极均接地；
[0015]第一电流流入指数补偿电路后，第三三极管的发射极上流过与第一电流成比例的第三电流，第三电流在第三三极管的基极产生第四电流。
[0016]启动电路包括：第八MOS管，第九MOS管，电容；其中，第八MOS管、第九MOS管的源极均接入参考电压VDD，并且第八MOS管的栅极和漏极短接，第九MOS管的栅极连接第八MOS管的漏极，第九MOS管的漏极与第一MOS管的漏极、第三MOS管的漏极均连接；电容的一端接第一MOS管的漏极，电容的另一端接地。
[0017]求和输出电路包括：第十MOS管，第四三极管，第二电阻，第三电阻；其中，第二电阻的一端与第三电阻的一端均连接第三三极管的基极；
[0018]第十MOS管的源极接入参考电压VDD，第十MOS管的栅极连接第一MOS管的栅极，第十MOS管的漏极连接第三电阻的另一端，第二电阻的另一端连接第四三极管的发射极，第四三极管的基极和集电极均接地；第十MOS管的漏极输出基准电压；
[0019]第三电阻上流过第二电流。
[0020]本专利技术另一方面还提出了一种使用指数型温度补偿带隙基准电压源的补偿方法，包括：
[0021]步骤1，电路接入参考电压时刻，启动电路中电容充电；启动电路使得PTAT产生电路导通启动；
[0022]步骤2，PTAT产生电路中，流过第一三极管集电极的电流和流过第二三极管集电极的电流相等，在第三MOS管和第四MOS管的源极电位的钳位作用下，第一三极管的基极
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发射极电压和第二三极管的基极
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发射极电压之间的电压差值在第一电阻上产生第一电流；
[0023]步骤3，从第三三极管的基极
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发射极电压的非线性项之中提取高阶项；
[0024]根据高阶项以及第一电流的第一比例系数计算得到第二电流，其中，第一比例系数是第一电流经过第二MOS管、第十MOS管的分流比例系数；
[0025]根据高阶项以及第一电流的第二比例系数计算得到第三电流，其中，第二比例系数是第一电流经过第二MOS管、第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管的分流比例系数；
[0026]步骤4，基于第三三极管的电流放大倍数与温度的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：所述带隙基准电压源包括：启动电路，PTAT产生电路，指数补偿电路，求和输出电路；其中，PTAT产生电路包括第一三极管和第二三极管，指数补偿电路包括第三三极管，求和输出电路包括第四三极管和两个电阻；启动电路，用于启动PTAT产生电路；PTAT产生电路，用于基于第一三极管的基极
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发射极电压与第二三极管的基极
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发射极电压的差值产生第一电流；第一电流在求和输出电路中形成第二电流，第一电流在指数补偿电路中形成第三电流；指数补偿电路，用于基于第一电流和第三三极管的电流放大倍数与温度的关系生成第四电流；求和输出电路，用于利用第二电流在一个电阻上形成的电压、第二电流与第四电流的差值在另一个电阻上形成的电压和第四三极管的基极
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发射极电压，产生基准电压；其中，第一电流是与绝对温度成正比的电流，第四电流是指数型温度系数的电流。2.根据权利要求1所述的指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：PTAT产生电路包括：第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管，第一三极管，第二三极管，第一电阻；其中，PTAT产生电路通过第一MOS管的漏极与启动电路的输出端连接；第一MOS管和第二MOS管的源极均接入参考电压VDD，第一MOS管的栅极连接第二MOS管的栅极，第一MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极，第二MOS管的漏极与栅极短接，第三MOS管的栅极和漏极短接，第三MOS管的栅极连接第四MOS管的栅极，第三MOS管的源极连接第一三极管的发射极，第四MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极，第四MOS管的源极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二三极管的发射极，第一三极管和第二三极管的基极、集电极均接地；第一电阻上流过第一电流。3.根据权利要求2所述的指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：第一MOS管和第二MOS管的宽长比相同。4.根据权利要求2所述的指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：指数补偿电路包括：第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第三三极管；其中，指数补偿电路通过第五MOS管的栅极连接第一MOS管和第二MOS管的栅极；第五MOS管的源极和第三三极管的集电极均接入参考电压VDD，第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极，第六MOS管的栅极和漏极短接，第六MOS管和第七MOS管构成电流镜形式，第七MOS管的漏极连接第三三极管的发射极，第三三极管的基极连接求和输出电路的输入端；第六MOS管和第七MOS管的源极均接地；第一电流流入指数补偿电路后，第三三极管的发射极上流过与第一电流成比例的第三电流，第三电流在第三三极管的基极产生第四电流。5.根据权利要求2所述的指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：启动电路包括：第八MOS管，第九MOS管，电容；其中，第八MOS管、第九MOS管的源极均接入参考电压VDD，并且第八MOS管的栅极和漏极短接，第九MOS管的栅极连接第八MOS管的漏极，第九MOS管的漏极与第一MOS管的漏极、第三MOS管的漏极均连接；电容的一端接第一MOS管的漏极，电容的另一端接地。6.根据权利要求4所述的指数型温度补偿带隙基准电压源，其特征在于：求和输出电路包括：第十MOS管，第四三极管，第二电阻，第三电阻；其中，第二电阻的一
端与第三电阻的一端均连接第三三极管的基极；第十MOS管的源极接入参考电压VDD，第十MOS管的栅极连接第一MOS管的栅极，第十MOS管的漏极连接第三电阻的另一端，第二电阻的另一端连接第四三极管的发射极，第四三极管的基极和集电极均接地；第十MOS管的漏极输出基准电压；第三电阻上流过第二电流。7.一种使用权利要求1
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6任一项权利要求所述指数型温度补偿带隙基准电压源的补偿方法，其特征在于，所述补偿方法包括：步骤1，电路接入参考电压时刻，启动电路中电容充电；启动电路使得PTAT产生电路导通启动；步骤2，PTAT产生电路中，流过第一三极管集电极的电流和流过第二三极管集电极的电流相等，在第三MOS管和第四MOS管的源极电位的钳位作用下，第一三极管的基极
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发射极电压和第二三极管的基极
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发射极电压之间的电压差值在第一电阻上产生第一电流；步骤3，从第三三极管的基极
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发射极电压的非线性项之中提取高阶项；根据高阶项以及第一电流的第一比例系数计算得到第二电流，其中，第一比例系数是第一电流经过第二MOS管、第十MOS管的分流比例系数；根据高阶项以及第一电流的第二比例系数计算得到第三电流，其中，第二比例系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王镇，杨淼，丁凡，
申请(专利权)人：南京博芯电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：