一種溫度曲率互補基準源的製作方法
2023-10-16 22:03:34
一種溫度曲率互補基準源的製作方法
【專利摘要】本發明屬於模擬集成電路【技術領域】，具體涉及一種溫度曲率互補基準源。本發明的基準源，包括帶隙正負溫電流產生電路、非帶隙負溫電流產生電路和基準電壓產生電路；其中，帶隙正負溫電流產生電路的第一輸出端分別接非帶隙負溫電流產生電路的輸入端和基準電壓產生電路的第一輸入端，帶隙正負溫電流產生電路的第二輸出端接基準電壓產生電路的第二輸入端；非帶隙負溫電流產生電路的輸出端接基準電壓產生電路的第三輸入端；基準電壓產生電路的輸出端輸出基準電壓。本發明通過利用工作在亞閾值區的M0S管的高階項來補償BJT帶隙基準源的高階溫度項，進而消除高階非線性溫度特性，實現具有較小溫度係數的基準電壓小。本發明尤其適用於基準源。
【專利說明】一種溫度曲率互補基準源
【技術領域】
[0001] 本發明屬於模擬集成電路【技術領域】，具體涉及一種溫度曲率互補基準源。
【背景技術】
[0002] 高精度基準源在模數轉換器和功率集成電路等應用中扮演了重要角色，其性能直 接關係到系統的整體性能。對於DC-DC變換器而言，電壓基準源的性能直接關係到變換器 輸出的精度和穩定性。因此，高性能電壓基準源對於高性能變換器的設計而言尤為重要。
[0003] 高性能電壓基準源需要在不改變製造工藝的情況下，實現對溫度和噪聲的波動不 敏感，此外，極低的靜態電流和工作電壓也是未來高性能電壓基準源電路的設計目標。
[0004] 為了減小基準源在寬溫度範圍內的電壓漂移，目前已提出了多種曲率補償技術； 譬如分段線性方法，通過在一階帶隙基準源的輸出集成一個非線性的器件來消除基極_發 射極電壓非線性溫度特性；通過利用與工藝相關的不同類型的電阻來補償高階非線性溫度 特性；產生一個高階溫度特性電流來實現高階修正等。但這些補償方法的核心內容都是利 用電路實現先進的數學函數，實現基準源高階溫度係數的消除。而這通常會增加電路的復 雜程度，而且需要高精度的電路進行實現，因此往往存在抗擾動能力不強的缺陷。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的，就是為了減小基準源電路在寬溫度範圍內的電壓漂移，提出一種 溫度曲率互補基準源。本發明利用溫度互補方法，有效地避免了複雜函數的構建，降低了電 路實現難度，無需高精度電路，提高了基準源電路的適用性，並實現了高階溫度曲率校正效 果。
[0006] 本發明的技術方案是，一種溫度曲率互補基準源，包括帶隙正負溫電流產生電路、 非帶隙負溫電流產生電路和基準電壓產生電路；其中，帶隙正負溫電流產生電路的第一輸 出端分別接非帶隙負溫電流產生電路的輸入端和基準電壓產生電路的第一輸入端，帶隙正 負溫電流產生電路的第二輸出端接基準電壓產生電路的第二輸入端；非帶隙負溫電流產生 電路的輸出端接基準電壓產生電路的第三輸入端；基準電壓產生電路的輸出端輸出基準電 壓。
[0007] 具體的，所述帶隙正負溫電流產生電路由PM0S管MPS1、MPS2、MP4、MP5、MP6、MP7、 1^8，匪05管麗吧、]\^4、麗5、]\^6，？咿管Q1、Q2、Q3，電阻R2、R3和電容CS1、C2構成；其中， MPS1的源極接電源電壓，其柵極接地電位，其漏極通過電容CS1接地；MPS2的源極接電源電 壓，其柵極接MPS1的漏極，其漏極接麗3的柵極、C2的正向端、MN4的漏極、MP5的漏極；MP4 的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連，其柵極與MP5的柵極、MP6的柵極和MP7的柵極連接 作為帶隙正負溫電流產生電路的第一輸出端輸出第一偏置電壓；麗3的漏極接MP4的漏極， 其源極接Q3的發射極；Q3的基極與集電極均接地電位；C2的負向端接地電位；MP5的源極 接電源電壓；MN4的柵極接麗5的柵極，其源極接Q1的發射極；Q1的基極與集電極均接地 電位；MP6的源極接電源電壓，其漏極接麗5的漏極；麗5的柵極與漏極互連，其源極通過R2 接Q2的發射極；Q2的基極與集電極均接地電位；MP7的源極接電源電壓，其漏極與MN6的漏 極、MP8的柵極連接作為帶隙正負溫電流產生電路的第二輸出端輸出第二偏置電壓；MN6的 柵極接MP6漏極與麗5漏極的互連點，其源極通過R3接地；MP8的源極接電源電壓，其漏極 接MN6的源極；
[0008] 所述非帶隙負溫電流產生電路由PM0S管MP1、MP2、MP3，NMOS管麗1、麗2，電阻R1 和電容C3構成；其中，MP1的源極接電源電壓，其柵極接第一偏置電壓，其漏極接麗1的漏 極；麗1的柵極通過R1接地，其源極接地電位；MP2的源極接電源電壓，其柵極與MP3的柵 漏極、MN2的漏極連接作為非帶隙負溫電流產生電路的輸出端輸出第三偏置電壓，其漏極接 麗1的柵極；MP3的源極接電源電壓；麗2的柵極接MP1漏極與麗1漏極的互連點、C3的正 向端，其源極接地電位；C3的負向端接地電位；
[0009] 所述基準電壓產生電路由PM0S管MP9、MP10、MP11、MP12和電阻R4構成；其中，MP9 的源極接電源電壓，其柵極接第二偏置電壓，其漏極與MP10的漏極、MP11的漏極、R4的一端 連接作為基準電壓產生電路的輸出端輸出基準電壓；MP10的源極接電源電壓，其柵極接第 一偏置電壓；MP11的源極接電源電壓，其柵極接MP10的柵極；MP12的源極接電源電壓，其 柵極接第三偏置電壓；R4的另一端接地電位。
[0010] 本發明的有益效果為，本發明所述的溫度曲率互補基準源，通過利用工作在亞閾 值區的M0S管的高階項來補償BJT帶隙基準源的高階溫度項，進而消除高階非線性溫度特 性，實現具有較小溫度係數的基準電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的溫度曲率互補基準源的邏輯結構示意圖；
[0012] 圖2為本發明提出的帶隙正負溫電流產生電路示意圖；
[0013] 圖3為本發明的非帶隙負溫電流產生電路示意圖；
[0014] 圖4為本發明的基準電壓廣生電路不意圖；
[0015] 圖5為發明的溫度曲率補償原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述
[0017] 本發明的溫度曲率互補基準源的架構示意圖如圖1所示，包括帶隙正負溫電流產 生電路、非帶隙負溫電流產生電路和基準電壓產生電路；其中，帶隙正負溫電流產生電路的 第一輸出端VB1分別接非帶隙負溫電流產生電路的輸入端、基準電壓產生電路的第一輸入 端，帶隙正負溫電流產生電路的第二輸出端VB2接基準電壓產生電路的第二輸入端；非帶隙 負溫電流產生電路的輸出端VB3接基準電壓產生電路的第三輸入端；基準電壓產生電路的 輸出端輸出基準電壓VKEF。
[0018] 上述帶隙正負溫電流產生電路如圖2所示，其由7個PM0S管：MPS1、MPS2、MP4、 MP5、MP6、MP7、MP8，4 個 NMOS 管：MMN3、MN4、MN5、MN6，3 個 PNP 管：Q1、Q2、Q3，2 個電阻：R2、 R3，2個電容：CS1、C2組成。具體連接關係為：MPS1的源極接電源電壓VIN，其柵極接地電 位VSS，其漏極通過電容CS1接地；MPS2的源極接電源電壓VIN，其柵極接MPS1的漏極，其 漏極接麗3的柵極、C2的正向端、MN4的漏極、MP5的漏極；MP4的源極接電源電壓VIN，其柵 極與漏極互連，其柵極與MP5的柵極、MP6的柵極和MP7的柵極連接作為帶隙正負溫電流產 生電路的第一輸出端輸出第一偏置電壓VB1 ；MN3的漏極接MP4的漏極，其源極接Q3的發射 極；Q3的基極與集電極均接地電位VSS ；C2的負向端接地電位VSS ；MP5的源極接電源電壓 VIN ；MN4的柵極接麗5的柵極，其源極接Q1的發射極；Q1的基極與集電極均接地電位VSS ； MP6的源極接電源電壓VIN，其漏極接麗5的漏極；麗5的柵極與漏極互連，其源極通過R2 接Q2的發射極；Q2的基極與集電極均接地電位VSS ；MP7的源極接電源電壓VIN，其漏極與 MN6的漏極、MP8的柵極連接作為帶隙正負溫電流產生電路的第二輸出端輸出第二偏置電 壓VB2 ;MN6的柵極接MP6漏極與麗5漏極的互連點，其源極通過R3接地VSS ；MP8的源極接 電源電壓VIN，其漏極接MN6的源極。
[0019] 上述非帶隙負溫電流產生電路如圖3所示，其由3個PM0S管：MP1、MP2、MP3，2個 NM0S管：麗1、麗2，1個電阻：R1和1個電容：C3組成。具體連接關係為，MP1的源極接電源 電壓VIN，其柵極接外部第一偏置電壓VB1，其漏極接麗1的漏極；MN1的柵極通過R1接地 VSS，其源極接地電位VSS ；MP2的源極接電源電壓VIN，其柵極與MP3的柵漏極、麗2的漏極 連接作為非帶隙負溫電流產生電路的輸出端輸出第三偏置電壓VB3，其漏極接麗1的柵極； MP3的源極接電源電壓VIN ;麗2的柵極接MP1漏極與麗1漏極的互連點、C3的正向端，其源 極接地電位VSS ；C3的負向端接地電位VSS。
[0020] 上述基準電壓產生電路如圖4所示，其由4個PM0S管：MP9、MP10、MP11、MP12和1 個電阻：R4組成。具體連接關係為，MP9的源極接電源電壓VIN，其柵極接外部第二偏置電 壓VB2，其漏極與MP10的漏極、MP11的漏極、R4的一端連接作為基準電壓產生電路的輸出端 輸出基準電壓VKEF ；MP10的源極接電源電壓VIN，其柵極接外部第一偏置電壓VB1 ；MP11的源 極接電源電壓VIN，其柵極接MP10的柵極；MP12的源極接電源電壓VIN，其柵極接外部第三 偏置電壓VB3 ；R4的另一端接地電位VSS。
[0021] 本發明中的帶隙正負溫電流產生電路如圖2所示，其中MPS1、MPS2、CS1構成啟動 電路，其餘器件構成帶隙正負溫電流產生電路的核心電路。MP4、MN4和Q3所在支路的作用 是將A點與B點鉗在相同的電位，設置（W/Um = (W/Dmps,使得MP5與MP6的漏極電流相 等，即MN4、麗5的漏極電流相等。且MN4與麗5均工作在飽和區，根據飽和區的漏極電流公 式可得Ves_m4 = Ves_m5。根據圖中的連接關係可得正溫電流Iptat(PTAT, Proportional To Absolute Temperature)如下：
[0022]
【權利要求】
1. 一種溫度曲率互補基準源，包括帶隙正負溫電流產生電路、非帶隙負溫電流產生電 路和基準電壓產生電路；其中，帶隙正負溫電流產生電路的第一輸出端分別接非帶隙負溫 電流產生電路的輸入端和基準電壓產生電路的第一輸入端，帶隙正負溫電流產生電路的第 二輸出端接基準電壓產生電路的第二輸入端；非帶隙負溫電流產生電路的輸出端接基準電 壓產生電路的第三輸入端；基準電壓產生電路的輸出端輸出基準電壓。
2.根據權利要求1所述的一種溫度曲率互補基準源，其特徵在於，所述帶隙正負溫電 流產生電路由 PMOS 管 MPS1、MPS2、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8，NMOS 管 MMN3、MN4、MN5、MN6，PNP 管Ql、Q2、Q3，電阻R2、R3和電容CS1、C2構成；其中，MPS1的源極接電源電壓，其柵極接地 電位，其漏極通過電容CS1接地；MPS2的源極接電源電壓，其柵極接MPS1的漏極，其漏極接 麗3的柵極、C2的正向端、MN4的漏極、MP5的漏極；MP4的源極接電源電壓，其柵極與漏極互 連，其柵極與MP5的柵極、MP6的柵極和MP7的柵極連接作為帶隙正負溫電流產生電路的第 一輸出端輸出第一偏置電壓；麗3的漏極接MP4的漏極，其源極接Q3的發射極；Q3的基極與 集電極均接地電位；C2的負向端接地電位；MP5的源極接電源電壓；MN4的柵極接麗5的柵 極，其源極接Q1的發射極；Q1的基極與集電極均接地電位；MP6的源極接電源電壓，其漏極 接MN5的漏極；MN5的柵極與漏極互連，其源極通過R2接Q2的發射極；Q2的基極與集電極 均接地電位；MP7的源極接電源電壓，其漏極與MN6的漏極、MP8的柵極連接作為帶隙正負溫 電流產生電路的第二輸出端輸出第二偏置電壓；MN6的柵極接MP6漏極與麗5漏極的互連 點，其源極通過R3接地；MP8的源極接電源電壓，其漏極接MN6的源極； 所述非帶隙負溫電流產生電路由PMOS管MP1、MP2、MP3，NMOS管MN1、MN2，電阻R1和 電容C3構成；其中，MP1的源極接電源電壓，其柵極接第一偏置電壓，其漏極接麗1的漏極； 麗1的柵極通過R1接地，其源極接地電位；MP2的源極接電源電壓，其柵極與MP3的柵漏極、 麗2的漏極連接作為非帶隙負溫電流產生電路的輸出端輸出第三偏置電壓，其漏極接麗1 的柵極；MP3的源極接電源電壓；MN2的柵極接MP1漏極與麗1漏極的互連點、C3的正向端， 其源極接地電位；C3的負向端接地電位； 所述基準電壓產生電路由？]?05管1^9、]\^10、]\^11、]\^12和電阻1?4構成；其中，MP9的 源極接電源電壓，其柵極接第二偏置電壓，其漏極與MP10的漏極、MP11的漏極、R4的一端連 接作為基準電壓產生電路的輸出端輸出基準電壓；MP10的源極接電源電壓，其柵極接第一 偏置電壓；MP11的源極接電源電壓，其柵極接MP10的柵極；MP12的源極接電源電壓，其柵 極接第三偏置電壓；R4的另一端接地電位。
【文檔編號】G05F1/567GK104216458SQ201410427216
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】周澤坤, 王霞, 石躍, 吳剛, 王卓, 張波 申請人:電子科技大學