一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源。本發(fā)明的基準(zhǔn)源，包括帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路、非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；其中，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第一輸出端分別接非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第二輸出端接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸入端；非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸出端接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸入端；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明通過(guò)利用工作在亞閾值區(qū)的M0S管的高階項(xiàng)來(lái)補(bǔ)償BJT帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度項(xiàng)，進(jìn)而消除高階非線性溫度特性，實(shí)現(xiàn)具有較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓小。本發(fā)明尤其適用于基準(zhǔn)源。
【專利說(shuō)明】一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源

【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】，具體涉及一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源。

【背景技術(shù)】
[0002] 高精度基準(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，其性能直 接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能。對(duì)于DC-DC變換器而言，電壓基準(zhǔn)源的性能直接關(guān)系到變換器 輸出的精度和穩(wěn)定性。因此，高性能電壓基準(zhǔn)源對(duì)于高性能變換器的設(shè)計(jì)而言尤為重要。
[0003] 高性能電壓基準(zhǔn)源需要在不改變制造工藝的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和噪聲的波動(dòng)不 敏感，此外，極低的靜態(tài)電流和工作電壓也是未來(lái)高性能電壓基準(zhǔn)源電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0004] 為了減小基準(zhǔn)源在寬溫度范圍內(nèi)的電壓漂移，目前已提出了多種曲率補(bǔ)償技術(shù)； 譬如分段線性方法，通過(guò)在一階帶隙基準(zhǔn)源的輸出集成一個(gè)非線性的器件來(lái)消除基極_發(fā) 射極電壓非線性溫度特性；通過(guò)利用與工藝相關(guān)的不同類型的電阻來(lái)補(bǔ)償高階非線性溫度 特性；產(chǎn)生一個(gè)高階溫度特性電流來(lái)實(shí)現(xiàn)高階修正等。但這些補(bǔ)償方法的核心內(nèi)容都是利 用電路實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的數(shù)學(xué)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)源高階溫度系數(shù)的消除。而這通常會(huì)增加電路的復(fù) 雜程度，而且需要高精度的電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此往往存在抗擾動(dòng)能力不強(qiáng)的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的，就是為了減小基準(zhǔn)源電路在寬溫度范圍內(nèi)的電壓漂移，提出一種 溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源。本發(fā)明利用溫度互補(bǔ)方法，有效地避免了復(fù)雜函數(shù)的構(gòu)建，降低了電 路實(shí)現(xiàn)難度，無(wú)需高精度電路，提高了基準(zhǔn)源電路的適用性，并實(shí)現(xiàn)了高階溫度曲率校正效 果。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源，包括帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路、 非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；其中，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第一輸 出端分別接非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端，帶隙正 負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第二輸出端接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸入端；非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生 電路的輸出端接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸入端；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出基準(zhǔn)電 壓。
[0007] 具體的，所述帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)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(gòu)成；其中， MPS1的源極接電源電壓，其柵極接地電位，其漏極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)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(fā)射極；Q3的基極與集電極均接地電位；C2的負(fù)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(fā)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(guò)R2 接Q2的發(fā)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(fù)溫電流產(chǎn)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(diǎn)，其源極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)生電路由PM0S管MP1、MP2、MP3，NMOS管麗1、麗2，電阻R1 和電容C3構(gòu)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(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)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(diǎn)、C3的正 向端，其源極接地電位；C3的負(fù)向端接地電位；
[0009] 所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由PM0S管MP9、MP10、MP11、MP12和電阻R4構(gòu)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(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出基準(zhǔn)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(fā)明的有益效果為，本發(fā)明所述的溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源，通過(guò)利用工作在亞閾 值區(qū)的M0S管的高階項(xiàng)來(lái)補(bǔ)償BJT帶隙基準(zhǔn)源的高階溫度項(xiàng)，進(jìn)而消除高階非線性溫度特 性，實(shí)現(xiàn)具有較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明提出的帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的基準(zhǔn)電壓廣生電路不意圖；
[0015] 圖5為發(fā)明的溫度曲率補(bǔ)償原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 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
[0017] 本發(fā)明的溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源的架構(gòu)示意圖如圖1所示，包括帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn) 生電路、非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；其中，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的 第一輸出端VB1分別接非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸入端、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入 端，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第二輸出端VB2接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸入端；非帶隙 負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸出端VB3接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第三輸入端；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的 輸出端輸出基準(zhǔn)電壓VKEF。
[0018] 上述帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路如圖2所示，其由7個(gè)PM0S管：MPS1、MPS2、MP4、 MP5、MP6、MP7、MP8，4 個(gè) NMOS 管：MMN3、MN4、MN5、MN6，3 個(gè) PNP 管：Q1、Q2、Q3，2 個(gè)電阻：R2、 R3，2個(gè)電容：CS1、C2組成。具體連接關(guān)系為：MPS1的源極接電源電壓VIN，其柵極接地電 位VSS，其漏極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn) 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(fā)射 極；Q3的基極與集電極均接地電位VSS ；C2的負(fù)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(fā)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(guò)R2 接Q2的發(fā)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(fù)溫電流產(chǎn)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(diǎn)，其源極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)生電路如圖3所示，其由3個(gè)PM0S管：MP1、MP2、MP3，2個(gè) NM0S管：麗1、麗2，1個(gè)電阻：R1和1個(gè)電容：C3組成。具體連接關(guān)系為，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(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)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(diǎn)、C3的正向端，其源 極接地電位VSS ；C3的負(fù)向端接地電位VSS。
[0020] 上述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路如圖4所示，其由4個(gè)PM0S管：MP9、MP10、MP11、MP12和1 個(gè)電阻：R4組成。具體連接關(guān)系為，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(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端 輸出基準(zhǔn)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(fā)明中的帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路如圖2所示，其中MPS1、MPS2、CS1構(gòu)成啟動(dòng) 電路，其余器件構(gòu)成帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的核心電路。MP4、MN4和Q3所在支路的作用 是將A點(diǎn)與B點(diǎn)鉗在相同的電位，設(shè)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(qū)，根據(jù)飽和區(qū)的漏極電流公 式可得Ves_m4 = Ves_m5。根據(jù)圖中的連接關(guān)系可得正溫電流Iptat(PTAT, Proportional To Absolute Temperature)如下：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源，包括帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路、非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電 路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；其中，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第一輸出端分別接非帶隙負(fù)溫 電流產(chǎn)生電路的輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第一輸入端，帶隙正負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的第 二輸出端接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的第二輸入端；非帶隙負(fù)溫電流產(chǎn)生電路的輸出端接基準(zhǔn)電 壓產(chǎn)生電路的第三輸入端；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度曲率互補(bǔ)基準(zhǔn)源，其特征在于，所述帶隙正負(fù)溫電 流產(chǎn)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(gòu)成；其中，MPS1的源極接電源電壓，其柵極接地 電位，其漏極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)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(fā)射極；Q3的基極與 集電極均接地電位；C2的負(fù)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(fā)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(guò)R2接Q2的發(fā)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(fù)溫 電流產(chǎn)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(diǎn)，其源極通過(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)生電路由PMOS管MP1、MP2、MP3，NMOS管MN1、MN2，電阻R1和 電容C3構(gòu)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(guò)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(fù)溫電流產(chǎn)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(diǎn)、C3的正向端， 其源極接地電位；C3的負(fù)向端接地電位； 所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由？]?05管1^9、]\^10、]\^11、]\^12和電阻1?4構(gòu)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(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出基準(zhǔn)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(hào)】G05F1/567GK104216458SQ201410427216
【公開(kāi)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)