[发明专利]一种基于负反馈的CMOS带隙基准电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，尤其是涉及一种基于负反馈的CMOS带隙基准电路。

背景技术

在模拟电路以及数模混合集成电路设计中，经常需要使用参考电压源，它将电源电压转换为与电源电压和温度无关的基准电压，用于为其他部分电路提供稳定的偏置和参考电压。因此，低温漂系数、高电压抑制比是带隙基准源的关键性能指标。CMOS带隙基准电压还需要能够兼容CMOS工艺，易于集成在CMOS工艺的集成电路芯片中。

传统带隙基准电压根据硅材料的带隙电压与电源和温度无关的特性，利用所具有负温系数的晶体管基极-发射极电压V_BE及具有正温度系数的热电压V_T，通过将两个具有相反温度系数的电压进行加权相加得到零温度系数的输出电压，传统带隙基准属于一阶温度补偿的基准。由于V_T与温度呈线性关系而V_BE与温度却存在于非线性关系，因此传统带隙基准电路输出基准电压的温度系数通常被限制在20ppm/℃-100ppm/℃，与此同时由于电路结构的限制以及失配问题，传统带隙基准的电源抑制比也比较低，易受电源电压波动的影响。

针对温度系数不理想的缺点，现已有多种高阶补偿方案被提出。其主要原理是通过添加一个高阶非线性项来抵消V_BE的温度非线性，Rincon-Mora.（Rincon-Mora.Voltage ReferencesFrom Diodes to Precision High-Order Bandgap Circuits，Wiley-IEEE，2002：79-118）和Ze-KunZhou等（Ze-Kun Zhou,Yue Shi,Zhi Huang,et al.A1.6V25uA5ppm/℃Curvature-CompensatedBandgap Reference，IEEE JOURNALS & MAGAZINES，2012，59（4）：677-684）均提出采用产生近似T1nT项的非线性补偿方法以获得较低的温漂系数。

针对PSRR（电源电压抑制比power supply rejection ratio），主要是通过由电源稳压模块给基准核心模块供电，减小电源电压波动对基准核心模块的影响，增大了基准的电源抑制比。Ning Zhi-Hua等（Ning Zhi-Hua,He Le-Nian,Wang Yi,et al.A Novel High PSR Voltage Referencewith Secondary Temperature Compensation，IEEE CONFERENCE PUBLICATIONS，2010：3200-3203）提出了一种利用负反馈环路产生内部校准电压来为基准核心电路供电的方案而Yat-Hei Lam等（Yat-Hei Lam,Wing-Hung Ki.，CMOS Bandgap References With Self-BiasedSymmetrically Matched Current-Voltage Mirror and Extension of Sub-1-V Design，IEEEJOURNALS & MAGAZINES，2010，18（6）：857-865）则采用一种新的自偏置对称结构的方法来改善PSRR。

然而这些方案往往仅针对温漂或PSRR指标之一进行了优化而忽略了另一个指标，无法同时兼顾两项指标；亦或所设计的基准结构较为复杂，给集成电路的设计增加难度，占用芯片面积过大，性价比不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于改善现有带隙基准电压源的温漂和PSRR的性能，提供一种基于负反馈的CMOS带隙基准电路。

本发明设有带负反馈的核心基准电压模块、电源稳压模块、PSRR增强模块、低温高阶曲率补偿模块和启动模块；所述带负反馈的核心基准电压模块产生带隙基准电压，其输出端分别与PSRR增强模块及低温高阶曲率补偿模块的输入端相连；所述电源稳压模块为其他模块提供稳压电源，电源稳压模块输出端作为其它模块的电源输入端；所述PSRR增强模块输出端与带负反馈的核心基准电压模块、电源稳压模块、低温高阶曲率补偿模块和启动模块电源输入端相连；所述低温高阶曲率补偿模块输出端与带负反馈的核心基准电压模块输出端相连并输出最终基准电压；所述启动模块输出端分别与带负反馈的核心基准电压模块和电源稳压模块相连，用于上电时驱动电路摆脱0简并偏置状态而进入正常工作状态。

本发明的技术关键为带负反馈的核心基准电压模块和低温高阶曲率补偿模块。