一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路。本發(fā)明的包括電流源產(chǎn)生電路、低溫補(bǔ)償電路、高溫補(bǔ)償電路和基準(zhǔn)源電路；所述電流源產(chǎn)生電路的輸出端分別與基準(zhǔn)源電路的第一輸入端、低溫補(bǔ)償電路的第一輸入端、高溫補(bǔ)償電路的第一輸入端連接；低溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接第一外部正溫電壓，其第三輸入端端接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其輸出端接基準(zhǔn)源電路的第二輸入端；高溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接第二外部正溫電壓，其第三輸入端接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其輸出端接基準(zhǔn)源電路的第二輸入端；基準(zhǔn)源電路的第二輸出端輸出基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明具有較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓；由于整體電路中大部分管子工作在亞閾區(qū)，使得電路整體功耗大大減小。本發(fā)明尤其適用于高階溫度補(bǔ)償電路。
【專利說明】一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償 電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 基準(zhǔn)源在模數(shù)轉(zhuǎn)換器和功率集成電路等應(yīng)用中扮演了重要角色，用于提供一個(gè)精 確的、穩(wěn)定的基準(zhǔn)直流電壓。對(duì)溫度和噪聲的不敏感，以及極低的靜態(tài)電流和工作電壓是未 來高性能電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0003] 為了減小基準(zhǔn)源在寬溫度范圍內(nèi)的電壓漂移，目前已提出了多種高階補(bǔ)償技術(shù)， 例如平方項(xiàng)的溫度補(bǔ)償、指數(shù)型溫度補(bǔ)償、分段線性補(bǔ)償和與溫度相關(guān)的電阻比例補(bǔ)償?shù)龋?其基本概念是引入先進(jìn)的數(shù)字函數(shù)以抵消PN結(jié)的高階溫度系數(shù)。對(duì)于亞閾區(qū)M0S非帶隙 基準(zhǔn)源，限制基準(zhǔn)源溫度特性的主要因素集中在遷移率的非線性溫度特性，而針對(duì)該因素 的補(bǔ)償方法并不多見，尤其是在低的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償難度比較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，就是提供適用于亞閾區(qū)M0S非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償方法， 分別進(jìn)行高、低溫補(bǔ)償，減小遷移率的非線性溫度特性對(duì)基準(zhǔn)源的影響，獲得較小的溫度系 數(shù)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路，其特征在于，包括 電流源產(chǎn)生電路、低溫補(bǔ)償電路、高溫補(bǔ)償電路和基準(zhǔn)源電路；所述電流源產(chǎn)生電路的輸出 端分別與基準(zhǔn)源電路的第一輸入端、低溫補(bǔ)償電路的第一輸入端、高溫補(bǔ)償電路的第一輸 入端連接；低溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接第一外部正溫電壓，其第三輸入端端接基準(zhǔn)源電 路的第一輸出端，其輸出端接基準(zhǔn)源電路的第二輸入端；高溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接第 二外部正溫電壓，其第三輸入端接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其輸出端接基準(zhǔn)源電路的第 二輸入端；基準(zhǔn)源電路的第二輸出端輸出基準(zhǔn)電壓。
[0006]具體的，所述低溫補(bǔ)償電路由 PM0S 管 M8、M9、M12、M16、M17、M18，NM0S 管 M10、M11、 M13、M14、M15構(gòu)成；其中，M8的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連，其漏極接M10的漏極； M10的柵極接第一外部正溫電壓，其源極接Mil的漏極；M11的柵極接基準(zhǔn)源電路的第一輸 出端，其源極接地電位；M9的源極接電源電壓，其柵極接M8的柵極，其漏極接M13的漏極； M13的柵極接M14的柵極，其源極接地電位；M14的柵極與漏極互連，其漏極接M12的漏極， 其源極接地電位；M12的柵極接電流源產(chǎn)生電路的輸出端，其源極接電源電壓；M15的柵極 接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其漏極接M16的漏極，其源極接地電位；M16的柵極接M9漏極 與M13漏極的互連點(diǎn)，其源極接M17的漏極；M17的源極接電源電壓，其柵極與漏極短接； M18的源極接電源電壓，其柵極接M17的柵極，其漏極為低溫補(bǔ)償電路的輸出端；
[0007]所述高溫補(bǔ)償電路由 PM0S 管 M19、M20、M25、M26、M27、M28，NM0S 管 M21、M22、M23、 M24、M29構(gòu)成；其中，M19的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連，其漏極接M21的漏極；M21 的柵極接第二外部正溫電壓，其源極接M22的漏極;M22的柵極接基準(zhǔn)源電路的第一輸出 端，其源極接地電位；M20的源極接電源電壓，其柵極接M19的柵極，其漏極接M23的漏極； M23的柵極與漏極互連，其源極接地電位；M25的源極接電源電壓，其柵極接電流源產(chǎn)生電 路的輸出端，其漏極接M24的漏極；M24的柵極接M23的柵極，其源極接地電位；M29的柵極 接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其漏極接M28的漏極，其源極接地電位；M28的柵極接M25漏 極與M24漏極的互連點(diǎn)，其源極接M26的漏極；M26的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連； M27的源極接電源電壓，其柵極接M26的柵極，其漏極作為高溫補(bǔ)償電路輸出端。
[0008] 本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明所述的適用于亞閾區(qū)M0S非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度 補(bǔ)償方法，基于開關(guān)控制，對(duì)基準(zhǔn)源的輸出電壓分別在高、低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償，減小遷 移率的非線性溫度特性對(duì)基準(zhǔn)源的影響，從而獲得具有較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓；由于整 體電路中大部分管子工作在亞閾區(qū)，使得電路整體功耗大大減小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的適用于亞閾區(qū)M0S非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償方法架構(gòu)示意 圖；
[0010] 圖2為驗(yàn)證本發(fā)明的一種電流源產(chǎn)生電路實(shí)例示意圖；
[0011] 圖3為驗(yàn)證本發(fā)明的一種基準(zhǔn)源電路實(shí)例示意圖；
[0012] 圖4為本發(fā)明的低溫補(bǔ)償電路示意圖；
[0013] 圖5為本發(fā)明的高溫補(bǔ)償電路示意圖；
[0014] 圖6為本發(fā)明的低溫補(bǔ)償電流原理示意圖；
[0015] 圖7為本發(fā)明的高溫補(bǔ)償電流原理示意圖；
[0016] 圖8為本發(fā)明的高階溫度補(bǔ)償后的基準(zhǔn)源示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述
[0018] 本發(fā)明的適用于亞閾區(qū)M0S非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償方法的架構(gòu)示意圖如 圖1所示，包括電流源產(chǎn)生電路、低溫補(bǔ)償電路、高溫補(bǔ)償電路、基準(zhǔn)源電路；其中，電流源 產(chǎn)生電路產(chǎn)生的第一偏置電壓VB1分別連接到低溫補(bǔ)償電路的第一輸入端、高溫補(bǔ)償電路 的第一輸入端、基準(zhǔn)源電路的一個(gè)輸入端；低溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接外部正溫電壓 Vptat(PTAT, Proportional To Absolute Temperature),第三輸入端接基準(zhǔn)源的一個(gè)輸出 端VB2，輸出端接基準(zhǔn)源電路的另一輸入端V。；高溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接外部正溫電壓 vPTAT1,第三輸入端接基準(zhǔn)源的一個(gè)輸出端vB2，輸出端接基準(zhǔn)源電路的另一輸入端V。；基準(zhǔn)源 電路的另一輸出端輸出基準(zhǔn)電壓vKEF。
[0019] 上述低溫補(bǔ)償電路如圖4所示，其由6個(gè)PM0S管：M8、M9、M12、M16、M17、M18，5個(gè) NM0S管：M10、M11、M13、M14、M15組成。具體連接關(guān)系為：M8的源極接電源電壓VIN，其柵極 與漏極互連，其漏極接M10的漏極；M10的柵極接外部正溫電壓VPTAT，其源極接Mil的漏極； Mil的柵極接外部第二偏置電壓VB2，其源極接地電位VSS ；M9的源極接電源電壓VIN，其柵 極接M8的柵極，其漏極接M13的漏極；M13的柵極接M14的柵極，其源極接地電位VIN ；M14 的柵極與漏極互連，其漏極接M12的漏極，其源極接地電位VIN ;M12的柵極接外部第一偏置 電壓VB1，其源極接電源電壓VIN ;M15的柵極接外部第二偏置電壓VB2，其漏極接M16的漏極， 其源極接地電位VSS ；M16的柵極接M9漏極與M13漏極的互連點(diǎn)，其源極接M17的漏極；M17 的源極接電源電壓VIN，其柵極與漏極短接；M18的源極接電源電壓VIN，其柵極接M17的柵 極，其漏極作為該電路的輸出\。
[0020] 上述高溫補(bǔ)償電路如圖5所示，其由6個(gè)PM0S管：M19、M20、M25、M26、M27、M28， 5個(gè)NM0S管：M21、M22、M23、M24、M29組成。具體連接關(guān)系為：M19的源極接電源電壓VIN， 其柵極與漏極互連，其漏極接M21的漏極；M21的柵極接外部正溫電壓VPTAT1，其源極接M22 的漏極；M22的柵極接外部第二偏置電壓VB2，其源極接地電位VSS ；M20的源極接電源電壓 VIN，其柵極接M19的柵極，其漏極接M23的漏極；M23的柵極與漏極互連，其源極接地電位 VSS ；M25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M24的漏極；M24 的柵極接M23的柵極，其源極接地電位VSS ；M29的柵極接外部第二偏置電壓VB2，其漏極接 M28的漏極，其源極接地電位VSS ；M28的柵極接M25漏極與M24漏極的互連點(diǎn)，其源極接M26 的漏極；M26的源極接電源電壓VIN，其柵極與漏極互連；M27的源極接電源電壓VIN，其柵 極接M26的柵極，其漏極作為該電路的輸出。
[0021] 本發(fā)明中的一種電流源產(chǎn)生電路的實(shí)例示意圖如圖2所示，其產(chǎn)生一個(gè)正溫電流 I =AynT2，其中，A是常數(shù)，1^是電子遷移率，T是絕對(duì)溫度，然后通過M7管鏡像到基準(zhǔn)源 電路與低溫補(bǔ)償電路。
[0022] 本發(fā)明中的一種基準(zhǔn)源電路實(shí)例采用亞閾區(qū)M0S非帶隙基準(zhǔn)源，其電路結(jié)構(gòu)如圖 3所示，由PM0S管Ml、M2、M5、M6和NM0S管M3、M4構(gòu)成。該電路中，Ml和M2工作在飽和 區(qū)，其余M0S管均工作在亞閾值區(qū)。由公式推導(dǎo)，可得基準(zhǔn)源的輸出電壓VKEF為：
[0023]
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路，其特征在于，包括電流源產(chǎn)生電路、低溫補(bǔ) 償電路、高溫補(bǔ)償電路和基準(zhǔn)源電路；所述電流源產(chǎn)生電路的輸出端分別與基準(zhǔn)源電路的 第一輸入端、低溫補(bǔ)償電路的第一輸入端、高溫補(bǔ)償電路的第一輸入端連接；低溫補(bǔ)償電路 的第二輸入端接第一外部正溫電壓，其第三輸入端端接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其輸出 端接基準(zhǔn)源電路的第二輸入端；高溫補(bǔ)償電路的第二輸入端接第二外部正溫電壓，其第三 輸入端接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其輸出端接基準(zhǔn)源電路的第二輸入端；基準(zhǔn)源電路的 第二輸出端輸出基準(zhǔn)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度補(bǔ)償電路，其特征在于，所述 低溫補(bǔ)償電路由 PMOS 管 M8、M9、M12、M16、M17、M18，NMOS 管 M10、Mil、M13、M14、M15 構(gòu)成； 其中，M8的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連，其漏極接M10的漏極；M10的柵極接第一 外部正溫電壓，其源極接Mil的漏極;M11的柵極接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其源極接地 電位；M9的源極接電源電壓，其柵極接M8的柵極，其漏極接M13的漏極；M13的柵極接M14 的柵極，其源極接地電位；M14的柵極與漏極互連，其漏極接M12的漏極，其源極接地電位； M12的柵極接電流源產(chǎn)生電路的輸出端，其源極接電源電壓；M15的柵極接基準(zhǔn)源電路的第 一輸出端，其漏極接M16的漏極，其源極接地電位；M16的柵極接M9漏極與M13漏極的互連 點(diǎn)，其源極接M17的漏極;M17的源極接電源電壓，其柵極與漏極短接；M18的源極接電源電 壓，其柵極接M17的柵極，其漏極為低溫補(bǔ)償電路的輸出端； 所述高溫補(bǔ)償電路由 PMOS 管 M19、M20、M25、M26、M27、M28，NMOS 管 M21、M22、M23、M24、 M29構(gòu)成；其中，M19的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連，其漏極接M21的漏極;M21的柵 極接第二外部正溫電壓，其源極接M22的漏極；M22的柵極接基準(zhǔn)源電路的第一輸出端，其 源極接地電位；M20的源極接電源電壓，其柵極接M19的柵極，其漏極接M23的漏極；M23的 柵極與漏極互連，其源極接地電位；M25的源極接電源電壓，其柵極接電流源產(chǎn)生電路的輸 出端，其漏極接M24的漏極；M24的柵極接M23的柵極，其源極接地電位；M29的柵極接基準(zhǔn) 源電路的第一輸出端，其漏極接M28的漏極，其源極接地電位；M28的柵極接M25漏極與M24 漏極的互連點(diǎn)，其源極接M26的漏極；M26的源極接電源電壓，其柵極與漏極互連；M27的源 極接電源電壓，其柵極接M26的柵極，其漏極作為高溫補(bǔ)償電路輸出端。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK104216457SQ201410427180
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】周澤坤, 王霞, 石躍, 吳剛, 王卓, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)