一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路制造技术

本发明专利技术公开了一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路，解决现有技术电路复杂、失调电压高的问题。本发明专利技术包括启动电路、带隙基准核心电路、温度补偿电路、输出电路，其中，所述温度补偿是利用三极管的基极电流进行曲率校正，得到指数型温度补偿的带隙基准电压源电路。本电路的优点在于未采用运放结构，削弱失调电压对基准电压的影响；指数型温度补偿电路简单，可大幅度提高带隙基准源的精度。可大幅度提高带隙基准源的精度。可大幅度提高带隙基准源的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路


[0001]本申请涉及到电路技术，具体涉及一种简单的无运放的带隙基准电路及指数型温度补偿方法。

技术介绍

[0002]带隙基准源广泛的应用在各种电路中，为电路提供一个不依赖电源、温度等外部环境的精准稳定的基准电压。
[0003]传统的带隙基准电路如图1所示，其基本原理就是利用两个PNP三级管的基极
‑
发射极电压之差产生正温度系数电流，通过电流镜将电流拷贝到输出电路，通过输出电路中的电阻生成正温度系数的电压，再与输出电路中三极管的V
BE
叠加，在输出电路生成一个经过一阶温度补偿的基准电压，其公式可表示为:
[0004][0005]上式中，V
ref
是基准电压,V
BE3
是PNP三极管Q3的基极
‑
发射极电压,V
T
为热电压，V
OS
为运算放大器的输入失调电压,N为并联三极管Q1的个数。
[0006]从式(1)中看到，运放的存在不仅引入输入失调电压V
OS
，影响基准电压的温度系数，还增加了电路设计的难度以及电路的功耗。
[0007]实际三极管V
BE
还有与温度相关的高阶分量，无法将V
BE
中的高阶分量抵消，仍会使得参考电压有较大的温漂系数，不能满足现代高精度电路的需求。因此针对上述问题，本文设计一种简单的指数型温度补偿电路，不需要额外的消耗电流，实现了对电路的温度补偿。r/>
技术实现思路

[0008]为解决上述电路存在的技术难题，本文提出一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路，降低基准源的温漂系数，本专利技术详细技术方案如下：
[0009]一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路，包含了带隙基准核心电路、温度补偿电路、启动电路、输出电路，其中:
[0010]带隙基准核心电路是要产生一种与温度呈正相关的温度系数电流，再将电流拷贝给输出电路，在与输出电路中的电阻生成一个与温度呈正相关的电压。
[0011]温度补偿电路是要利用三极管电流增益的指数关系，生成与温度成指数关系的负温电流，实现对电压基准源中的高阶补偿。
[0012]启动电路是要为核心电路、温度补偿电路以及输出电路提供合适的偏置，并完成对电路开始启动时的下拉，为电路开始提供电流，工作后电路自动关闭。
[0013]输出电路是将核心电路和温度补偿电路得到的电流叠加，再与三极管的V
BE
叠加，生成基准电压源。
[0014]更进一步说，带隙基准核心电路主要包含了PMOS：MP1、MP2、MP3、MP4；NPN管：Q1和Q2；电阻R1。其中MP1、MP2、MP3、MP4实现了低压折叠共源共栅电流镜结构，MP1、MP2的源级连
接了VDD，MP1、MP2的栅极与MP3、MP5、MN1的漏极相连，MP1、MP2的漏极分别连接MP3、MP4的源级，MP3、MP4的栅极则是通过启动电路中的MP5偏置得到，MP3的漏极连接Q1的集电极相连，MP4的漏极与Q2的集电极相连，同时连接温度补偿电路中的MN5，Q1、Q2的基极与MN5的源极相连。Q1的发射极连接电阻R1，R1的另一端接地，Q2的发射极接地。
[0015]更进一步，温度补偿电路中包含了PMOS:MP7、MP10；NMOS:MN5；NPN三级管：Q1、Q2；其中MN5的漏极是连接的低压折叠共源共栅管，MP7和MP10，MP7的源极接VDD，栅极连接到MP10和MN5的漏极，MP7的漏端连接到MP10的源端，MP10的栅端则与启动电路中MP5的自偏置电压相连，MN5的源级连接到NPN三极管Q1、Q2的基极。
[0016]更进一步的，启动电路中包含了NMOS:MN1、MN2、MN3、MN4；PMOS:MP5、MP6；电阻:R3；其中，电阻R3的一端接VDD，一端接MN2的漏极，MN2的栅极与MN3的栅极、漏极，MN4的栅极以及MP6的漏极相连，MN1的漏极与MP6的栅极，MP3的漏极以及Q1的集电极相连，MP6的源级接VDD，MN4的漏极与MP5的栅级、漏极相连，MP5的源级接VDD，MN1、MN2、MN3、MN4的源级均接地。
[0017]更进一步的，输出电路包含了PMOS:MP8、MP9、MP11、MP12；NPN管Q3，电阻：R2；其中，MP8、MP9的源端接VDD，MP8的栅端与MP7的栅端相连，MP9的栅端与MP1相连，MP8的漏端与MP11的源端相连，MP9的漏端与MP12的源端相连，MP11、MP12的栅端与启动电路中MP5的栅端相连，MP11、MP12的漏端与NPN三极管Q3的基极和集电极相连，NPN三极管Q3的发射极与电阻R2的第一端相连，电阻R2的第二端与GND相连。
[0018]本专利技术的优点及有益效果如下：
[0019]通过简单的NMOS管构建的负反馈，实现了温度补偿电路，在没有额外增加新电路和功耗的同时，降低基准电路的温度系数。本专利技术没有使用运算器放大器，避免了由于运放差分输入失配而引起的输入失调。该电路结构简单，可以在任何CMOS工艺中实现，并且芯片面积较小，节约成本。
附图说明
[0020]图1为目前常用的一种带隙基准电压源的原理图。
[0021]图2为本专利技术提供的一种指数型温度补偿的无运放带隙基准电路原理图。
具体实施方式
[0022]下面结合说明书附图和具体的实施例，对本专利技术作详细描述。
[0023]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
[0024]本申请实施例中一阶带隙基准利用两个NPN三级管的基极
‑
发射极电压之差产生正温度系数电流I
PTAT
，利用正温度系数电流流过电阻产生的正温度系数电压V
PTAT
，利用基极
‑
集电极短接的三极管的基极
‑
发射极电压产生一个负温度系数电压V
CTAT
，将负温度系数电压V
CTAT
与正温度系数电压V
PTAT
进行加权获得一阶带隙基准电压。利用三极管电流增益β随温度增加而呈指数增加，将带隙基准核心电路中NPN三极管Q1、Q2的基极电流引入到输出电路对带隙基准电压进行补偿，以此有效地降低基准电压的温度系数。
[0025]以下参照说明书附图对本专利技术的实施方式作进一步的说明。
[0026]实施例
[0027]参照图2，本专利技术包括：带隙基准核心电路1、温度补偿电路2、输出电路3和启动电
路4。
[0028]参照图2，上述带隙基准核心电路1包括PMOS管：MP1、MP2、MP3、MP4；NPN三级管：Q1、Q2；电阻R1；其中MP1与MP2的栅极相连构成电流镜结构，MP1与MP2的源极共同连接至VDD，MP1的漏极与MP3的源极相连，MP2的漏极与MP4的源极相连；MP3与MP4的栅极共同连接到启动电路4中M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的无运放带隙基准电路，包括：带隙基准核心电路(1)，产生正温度系数电流I
PTAT
；温度补偿电路(2)，采用三极管的基极电流对基准电压源电压的温度漂移进行补偿；输出电路(3)，将带隙基准核心电路(1)产生正温度系数电流和温度补偿电流通过电流镜复制到输出电路(3)中的R2上，产生的电压与负温度系数电压V
BE
相加产生一个零温度系数电压；启动电路(4)，用于为带隙基准核心电路(1)提供启动电流。2.根据权利要求1所述的一种带隙基准电路，其特征在于：所述的带隙基准核心电路(1)包括PMOS管：MP1、MP2、MP3、MP4；NPN三级管：Q1、Q2；电阻R1；其中MP1与MP2的源极连接VDD，MP1与MP2的栅极分别与MP3的漏极、NPN三级管Q1的集电极、启动电路(4)中MN1的漏极、输出电路(3)中MP9的栅极相连，MP1的漏极与MP3的源极相连，MP2的漏极与MP4的源极相连；MP3与MP4的栅极分别与启动电路(4)中的MP5的栅极和漏极、温度补偿电路(2)中的MP10的栅极、输出电路(3)中的MP11和MP12的栅极相连；MP4的漏极和三极管Q2的集电极和温度补偿电路(2)中的MN5的栅极相连；NPN三极管Q1和NPN三极管Q2的基极与温度补偿电路(2)中的MN5的源极相连；NPN三极管Q1与电阻R1的第一端相连，电阻R1的第二端与GND相连；三极管Q2的源极与GND相连。3.根据权利要求2所述的一种带隙基准电路，其特征在于：所述的带隙基准核心电路(1)中NPN三级管Q1和NPN三级管Q2的基极电压相同，所以电阻R1的两端电压为ΔV
BE
＝V
T
lnN，ΔV
BE
与温度成正比，电阻R1所在支路流过的电流为正温度系数电流4.根据权利要求2所述的一种带隙基准电路，其特征在于：所述的带隙基准核心电路(1)中MP1和MP2与输出电路(3)中的MP9形成电流镜。5.根据权利要求1所述的一种带隙基准电路，其特征在于：温度补偿电路(2)包括PMOS管：MP7、MP10；NMOS管：MN5；NPN三级管：Q1、Q2；MP7的源极与VDD相连，MP7的栅极分别与MP10的漏极、MN5的漏极、输出电路(3)中MP8的栅极相连，MP7的漏极与MP10的源极相连；MN5的栅极分别与带隙基准核心电路(1)中MP4的漏极、NPN三极管Q2的集电极相连，MN5的源极分别与带隙基准核心电路(1)中NPN三级管Q1、Q2的基极相连。6.根据权利要求5所述的一种带隙基准电路，其特征在于：所述的温度补偿电路(2)中MP7与输出电路(3)中的MP8形成电流镜，带隙基准核心电路(1)中Q1、Q2的基极电流通过温度补偿电路(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀龙，张梦林，余立宁，
申请(专利权)人：上海先积集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：