[发明专利]一种可变曲率补偿的带隙电压基准源

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，特别涉及一种电压基准源(Voltage Reference)的设计。

背景技术

电压基准源作为集成电路必不可少的部分，为整个芯片提供偏置电流以及提供一个基准电压。偏置电流的大小决定了整个芯片的功耗情况，同时在芯片中，很多误差放大器与比较器都是以基准电压作为参考电压，电压基准源的稳定程度在很大程度上决定了芯片的功能的实现与性能的优劣。

最常用的电压基准源为基于三极管的带隙电压基准源。如图1所示，由于误差放大器的钳位作用，使得V_X与V_Y两点的电压基本相等，即V_X＝V_Y＝V_BE2，同时，同于两路中的电流也相等，则有由于则电流为正比于绝对温度(PTAT，Proporational To Absolute Temperature)电流，此电流经过电流镜的镜像以后，成为整个芯片的偏置电流。

根据电流的表达式，可以得出带隙电压为：由于V_T为正温度系数，同时V_BE2为负温度系数，合理的调节系数的大小，便可以在一定温度下实现基准随温度的变化为零，从而为整个芯片提供了一个随温度变化很小的基准电压。

然而，传统的带隙电压基准源只是采用了一阶补偿技术，然而V_BE中却包含对温度变化高阶的参量，因此只能把输出电压的温度系数做到20到100ppm/℃，一般很难低于20ppm/℃。同时，现在随着集成电路的发展，电源电压越来越低，要求电压基准源必须在低压下完成启动并正常工作。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的带隙电压基准源存在的问题，提出了一种可变曲率补偿的带隙电压基准源。

本发明的技术方案是：一种可变曲率补偿的带隙电压基准源，包括启动电路，PTAT电流产生电路和高阶温度补偿电路，其中，启动电路用于启动PTAT电流产生电路，PTAT电流产生电路用于产生PTAT电流，PTAT电流用于输入到高阶温度补偿电路，高阶温度补偿电路产生高阶温度特性的电流并与PTAT电流叠加，得到可变曲率补偿的基准电压。

所述高阶温度补偿电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一三极管、第二三极管、第一电容和放大器，其中，第一PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，其栅极接PTAT电流产生电路的输出端，其漏极与第一NMOS管的源极与衬底连接，同时与第二PMOS管的栅极与衬底连接，第一NMOS管的栅极连接放大器的输出端，漏极与第二PMOS管的源极连接，第二PMOS管的漏极串联第一电阻后连接到外部的电源，源极与第一NMOS管的漏极共同与第二电阻一端相连，第二电阻的另一端分别与第三电阻、第四电阻的一端、第一三极管、第二三极管的基极连接，第三电阻、第四电阻的另一端分别连接放大器的负向与正向输入端，以及第一三极管、第二三极管的集电极，第一三极管、第二三极管发射极相互连接，并且串联第五电阻后接地，第一电容连接在放大器的负向输入端与输出端之间。

所述的PTAT电流产生电路，包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二NMOS管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管，以及第六电阻；

所述的启动电路，包括第三NMOS管、第四NMOS管和第五PMOS管；

其中，第四PMOS管的栅漏短接，并且同时与第三PMOS管的栅极、第四三极管的漏极，以及启动电路的第三NMOS管的漏极，高阶温度补偿电路的第一PMOS管的栅极连接，第三PMOS管、第四PMOS管的源极与衬底均接外部的电源，第三PMOS管的漏极与第三三极管的集电极和基极、第四三极管的基极、第六三极管的栅极、启动电路的第NMOS管和第五PMOS管的栅极连接，第三三极管的发射极与第五三极管的集电极、第六三极管的基极连接，第四三极管的发射极与第六三极管的集电极、第五三极管的基极连接，第五三极管的发射极接地，第六三极管的发射极串联第六电阻后接地，第二NMOS管的漏极、源极与衬底均接地；

其中，第五PMOS管的源极与衬底都接外部的电源，栅极与第四NMOS管的栅极连接并且连接到PTAT电流产生电路，第五PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极连接，同时连接第三NMOS管的栅极，第三NMOS管的漏极连接到PTAT电流源电路第四PMOS管的漏极，第三NMOS管的源极与第四NMOS管的源极接地。