一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源制造技术

本发明专利技术公开了一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源，通过将具有高阶负温度系数的电流注入一个ＰＮＰ型三极管，得到具有高阶温度系数的电压，并将该电压通过双差分对运算放大器耦合到最终的输出基准电压之中，补偿三极管带隙电压中的高阶温度分量，从而得到高阶温度补偿的基准电压。由于传统的带隙基准电压源只采用了一阶温度补偿，该基准电压通过高阶温度补偿，较传统的带隙基准电压源有较大的性能提升，具有较低的温度系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路设计领域，特别涉及一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基 准电压源。
技术介绍
带隙基准电压源在模拟集成电路中有着广泛的应用，是重要的电路模块之一。 许多模拟集成电路都需要精确而稳定的电压基准源，如数模转换器(DAC)、模数转换器 (ADC)、直流-直流电压变换器(DC-DC)、交流-直流电压变换器(AC-DC)、线性稳压器、开关 稳压器、温度传感器和充电电池芯片电路，等等。电压基准源是这些电路的关键模块，它的 性能将直接影响整个系统的性能。例如，对于模数转换器，基准电压源控制着模拟量转化成 数字量的缩放倍数。电压基准源的精度是影响整个数据转换系统的精确度的关键因素。因 此，一个高精度的电压基准源是实现一个高性能ADC的关键。传统的带隙基准电压源常常采用一阶温度补偿的方法得到较精确的基准电压。 IEEE 的期刊((Solid-State Circuits))在 1973 年 6 月号刊登的 Karel E. Kuijk 的论文 “A Precision Reference Voltage Source”介绍了一种传统的带隙基准电压源，如图1所示。 在该电路中，电阻Rll与R12的电阻值相等，流过电阻R12的电流为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，N是三极管Qll与Q12的发射结面积之比。由图1可知，流过电阻Rll和R12 的电流相等，再结合上式，可知流过电阻Rll和R12均为PTAT电流。则输出电压为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，Vbeii是三极管Qll的基极与发射极之间的电压，I11是流过电阻Rll的电流， K是电阻Rll和电阻R13的比值，即K = Rn/R13, Vt是热电压。由于Vt是仅具有一阶温度系数的电压，但是Vbeii是具有高阶温度系数的电压。因 此，根据上述输出电压表达式可知，传统的带隙基准电压源只进行了一阶温度补偿，输出电 压仍然存在一定的温度系数。所以，在很多实际应用中，传统的一阶温度补偿带隙基准电压 源的精度并不能满足整个系统对基准源的性能要求，而需要采取一些其他的技术对传统的 带隙基准电压源的性能进行优化和提升，降低基准电压源的温度系数，使基准电压源能够 应用于高性能要求的系统之中。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源，能够提供较低温 度系数、较高精度的基准电压。一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源，包括一个产生具有高阶温度系 数电压的电路单元和一个基准电压产生电路单元。所述的产生具有高阶温度系数电压的电路单元包括一个运算放大器，第三PMOS管、第四PMOS管、PNP型的第三三极管和第五电阻，其中其中运算放大器的正、负输入端分 别连接第五电阻的一端和第三三极管的发射极，第五电阻的另一端和第三三极管的基极、 集电极均接地，运算放大器的输出端连接第三PMOS管、第四PMOS管的栅极，第三PMOS管的 衬底、源极和第四PMOS管的衬底、源极均接工作电压VDD，第三PMOS管的漏极连接运算放大 器的负输入端，第四PMOS管的漏极连接运算放大器的正输入端。所述的基准电压产生电路单元包括一个双差分对运算放大器、PNP型的第一三极 管、PNP型的第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，其中双差分对运算放大 器的第一正输入端连接第二三极管的发射极，双差分对运算放大器的第二正输入端连接第 一三极管的发射极，第一三极管的基极、集电极和第二三极管的基极、集电极均接地，双差 分对运算放大器的第一负输入端通过第一电阻与第一三极管的发射极相连，双差分对运算 放大器的第二负输入端连接第三三极管的发射极，第四电阻通过第二电阻连接双差分对运 算放大器的第一负输入端，第四电阻通过第三电阻连接第二三极管的发射极。所述的双差分对运算放大器包括两个NMOS管和六个PMOS管，其中第五PMOS管、 第六PMOS管的栅极均接外加的偏置电压，第五PMOS管的衬底、源极和第六PMOS管的衬底、 源极均接工作电压VDD，第五PMOS管的漏极与第七PMOS管的衬底、源极，第八PMOS管的衬 底、源极相连，第七PMOS管的栅极和第八PMOS管的栅极分别作为双差分对运算放大器的第 二负输入端、第二正输入端引出，第七PMOS管的漏极与第二 NMOS管的漏极、第九PMOS管 的的漏极相连，第八PMOS管的漏极与第二 NMOS管的栅极，第三NMOS管的栅极、漏极，第十 PMOS管的漏极相连，第二 MOS管的衬底、源极和第三NMOS管的衬底、源极均接地，第六PMOS 管的漏极与第九PMOS管的衬底、源极，第十PMOS管的衬底、源极相连，第九PMOS管的栅极 和第十PMOS管的栅极分别作为双差分对运算放大器的第一负输入端、第一正输入端引出。所述的双差分对运算放大器的输出端接第一 NMOS管的栅极，第一 NMOS管的源极 和衬底均接地，第一 NMOS管的漏极接第一 PMOS管的栅极、漏极和第二 PMOS管的栅极，第一 PMOS管的衬底、源极和第二 PMOS管的衬底、源极均接工作电压VDD，第二 PMOS管的漏极与 第四电阻相连。所述的第一三极管和第二三极管的发射结面积成比例，所述的第一电阻、第二电 阻、第三电阻、第四电阻的电阻值成比例。本专利技术的电路采用了两个发射结面积成比例的PNP型三极管，即第一三极管和第 二三极管，用它们射极与基极之间的电压之差来生成具有一阶温度系数的电压，用第一三 极管和第三三极管射极与基极之间的电压之差来生成具有高阶温度系数的电压，双差分对 运算放大器检测到这两个电压，并耦合到输出的基准电压上完成对其一阶和高阶温度补 偿，通过对第一三极管和第二三极管的发射结面积比例和第一电阻、第二电阻、第三电阻、 第四电阻的电阻值比例的调节来获得一个具有较低温度系数的基准电压，它比传统电路的 温度系数要小得多。附图说明图1是传统带隙基准电压源的电路图；图2是本专利技术的电路图3是双差分对运算放大器的电路图。 具体实施例方式如图2所示，本专利技术提供一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源，包括 一个产生具有高阶温度系数电压的电路单元11和一个基准电压产生电路单元12。所述的产生具有高阶温度系数电压的电路单元11包括一个运算放大器，两个 PMOS管M3、M4，一个PNP型三极管Q3，一个电阻R5，其中运算放大器的正、负输入端分别连 接电阻R5的一端和Q3的发射极，电阻R5的另一端和Q3的基极、集电极均接地，运算放大 器的输出端连接PMOS管M3、M4的栅极，PMOS管M3的衬底、源极和PMOS管M4的衬底和源 极均连接工作电压VDD，PMOS管M3的漏极连接运算放大器的负输入端，PMOS管M4的漏极 连接运算放大器的正输入端。所述的基准电压产生电路单元12包括一个双差分对运算放大器，两个PNP型三极 管Ql、Q2，四个电阻Rl、R2、R3、R4，其中双差分对运算放大器的第一正输入端Pl连接三极 管Q2的发射极，双差分对运算放大器的第二正输入端P2连接三极管Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温度系数高阶温度补偿的带隙基准电压源，包括：一个产生具有高阶温度系数电压的电路单元（１１），该电路单元（１１）包括一个运算放大器，第三ＰＭＯＳ管（Ｍ３），第四ＰＭＯＳ管（Ｍ４），ＰＮＰ型的第三三极管（Ｑ３），第五电阻（Ｒ５），其中运算放大器的正、负输入端分别连接第五电阻（Ｒ５）的一端和第三三极管（Ｑ３）的发射极，第五电阻（Ｒ５）的另一端和第三三极管（Ｑ３）的基极、集电极均接地，运算放大器的输出端连接第三ＰＭＯＳ管（Ｍ３）、第四ＰＭＯＳ管（Ｍ４）的栅极，第三ＰＭＯＳ管（Ｍ一负输入端（Ｎ１）、第一正输入端（Ｐ１）引出；所述的双差分对运算放大器的输出端接第一ＮＭＯＳ管（Ｍ５）的栅极，第一ＮＭＯＳ管（Ｍ５）的源极和衬底均接地，第一ＮＭＯＳ管（Ｍ５）的漏极接第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１）的栅极、漏极和第二ＰＭＯＳ管（Ｍ２）的栅极，第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１）的衬底、源极和第二ＰＭＯＳ管（Ｍ２）的衬底、源极均接工作电压ＶＤＤ，第二ＰＭＯＳ管（Ｍ２）的漏极与第四电阻（Ｒ４）相连。３）的衬底、源极和第四ＰＭＯＳ管（Ｍ４）的衬底、源极均接工作电压ＶＤＤ，第三ＰＭＯＳ管（Ｍ３）的漏极连接运算放大器的负输入端，第四ＰＭＯＳ管（Ｍ４）的漏极连接运算放大器的正输入端；一个基准电压产生电路单元（１２），该电路单元（１２）包括一个双差分对运算放大器，ＰＮＰ型的第一三极管（Ｑ１），ＰＮＰ型的第二三极管（Ｑ２），第一电阻（Ｒ１），第二电阻（Ｒ２），第三电阻（Ｒ３），第四电阻（Ｒ４），其中双差分对运算放大器的第一正输入端（Ｐ１）连接第二三极管（Ｑ２）的发射极，双差分对运算放大器的第二正输入端（Ｐ２）连接第一三极管（Ｑ１）的发射极，第一三极管（Ｑ１）的基极、集电极和第二三极管（Ｑ２）的基极、集电极均接地，双差分对运算放大器的第一负输入端（Ｎ１）通过第一电阻（Ｒ１）与第一三极管（Ｑ１）的发射极相连，双差分对运算放大器的第二负输入端（Ｎ２）连接第三三极管（Ｑ３）的发射极，第四电阻（Ｒ４）通过第二电阻（Ｒ２）连接双差分对运算放大器的第一负输入端（Ｎ１），第四电阻（Ｒ４）通过第三电阻（Ｒ３）连接第二三极管（Ｑ２）的发射极；所述的双差分对运算放大器包括两个ＮＭＯＳ管和六个ＰＭＯＳ管，其中第五ＰＭＯＳ管（Ｍ７）、第六ＰＭＯＳ管（Ｍ８）的栅极均接外加的偏置电压，第五ＰＭＯＳ管（Ｍ７）的衬底、源极和第六ＰＭＯＳ管（Ｍ８）的衬底、源极均接工作电压ＶＤＤ，第五ＰＭＯＳ管（Ｍ７...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何乐年，宁志华，付大伟，王煊，徐碧野，陈帅，陆燕锋，佀鸿伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]