[发明专利]低温度系数带隙电压基准电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别涉及具有温度补偿的低温度系数带隙电压基准源电路。

背景技术

半导体的导带底与价带顶之差为带隙(Bandgap)，带隙电压基准(Bandgap voltage reference)是利用一个与温度成正比的电压与二极管压降之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准。因为该基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。

带隙电压基准电路在模拟集成电路中得到广泛的应用，其主要作用是为系统其它单元提供稳定的基准电压或电流，尤其在精密电路系统设计中，对带隙基准电路温度系数要求更为苛刻。

传统的带隙电压基准电路是基于两个晶体三极管基极-发射极电压差ΔV_BE产生正温度系数电压与晶体三极管基极与发射极两端电压V_BE负温度系数线性叠加的原理。然而，由于负温度电压的非线性特性制约了其传统带隙基准电路在高精度温度系数中的应用。因此采用高阶温度补偿技术实现低温度系数的带隙基准电路在高性能数模混合集成电路中有着广泛的应用。高阶温度补偿一般是利用额外高阶补偿电路产生非线性正温度系数电压与一阶基准电压叠加以实现低温度系数的基准电路。

在公开号为C N1987713A(申请号：200510120849.3)的专利文献所述方案中，利用金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，简称“MOS”)管漏极电流与栅极电压成平方率关系，产生二阶补偿电流并输出至基准电压合成支路转换成二阶补偿电压，从而补偿一阶基准电压的温度系数，产生较低温度系数的基准电压。该发明所公布的方案，虽然能够实现二阶基准电压的补偿，但是由于MOS管的阈值电压随温度升高而降低，因此在高温区与低温区使用同样的ΔV产生电路并不能够达到理想的补偿效果。同时，由于PN P基极电流抵消电路在实际实现中有较大的差异，因此，该方案基准电压初始精度受到温度补偿电路的严重影响，同时补偿精度也会降低。

公开号CN 102171818A(申请号：201110040925.5)的专利文献所述方案，其在系统的角度，将Vref进行采样，然后通过对电阻的调节来校正基准电压随温度的变化量，以此在整个温度范围内获得几乎与温度变化无关的带隙基准电压。然而，基准电压与温度的无关性直接取决于电路的复杂度，即采样电路数量的多少，因此，在有限的复杂度条件下，获得极低的温度系数较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温度系数带隙电压基准电路，能够极大地降低输出基准电压温度系数，具有较高的补偿稳定性，且对基准电压初始精度影响较小。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种低温度系数带隙电压基准电路，包括：第一电流源、第二电流源、电阻R2、电阻R3和非线性温度感应单元；

第一电流源输出的电流与绝对温度成正比；第二电流源输出的电流与绝对温度成反比；

第一电流源的一端与电源连接，另一端与输出端口连接；

第二电流源与第一电流源并联在一起；

电阻R2的一端与非线性温度感应单元的反相输入端连接，另一端接地；

电阻R3的一端与输出端口连接，另一端与非线性温度感应单元的反相输入端连接；

非线性温度感应单元的同相输入端与晶体三极管基极-发射极两端电压连接，输出端与输出端口连接。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

基于传统电流模带隙基准电路结构，引入感应温度补偿电路对输出基准电压的温度系数进行反馈校正，通过非线性温度系数补偿方式，能够极大地降低输出基准电压温度系数，具有较高的补偿稳定性，且对基准电压初始精度影响较小。

进一步地，非线性温度感应单元，通过对晶体三极管BE结电压进行温度检测，然后产生一非线性电流，与基准电路中的两种温度系数相反的电路进行叠加，从而产生与温度几乎无关的零温度系数基准电压。

进一步地，在基准电路中，同时存在两种温度系数相反的电流，若其大小相等，则可以产生零温度系数基准电流。

进一步地，基准电路使用CMOS工艺实现，能够更加有效地降低成本。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种低温度系数带隙电压基准电路的结构示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种低温度系数带隙电压基准电路的结构示意图；

图3是本发明第三实施方式中一种低温度系数带隙电压基准电路的结构示意图；