[发明专利]一种应用二次正温度系数补偿的高精度基准电压源电路

说明书

技术领域

本发明涉及基准电压源电路领域，更具体地，涉及一种高精度的基准电压源电路。

背景技术

随着集成电路和工艺的发展，一种精确的基准源在电路中变得越来越重要，模拟电路的性能在很大程度上需要性能稳定的电流和电压偏置电路来支撑，基准源的性能会在一定程度上影响到整个电路的功耗、电源抑制比、开环特性及温度特性等等。同时基准电压源广泛应用于A/D和D/A转换器、数据采集系统、电压调节器以及各种电子测量设备，其精度和稳定性直接决定了整个系统的精度，进而影响整个设备的抗干扰能力。

无论在ADC、DAC，还是在DRAM、FLASH设计中，低温度系数、低功耗的基准源设计是十分关键的。一般而言，CMOS电路的特性受温度的影响较大，因此基准电压源的温度稳定性直接决定了整体电路的性能。随着纳米集成电路技术的不断发展，工艺的不断提高，集成电路的电源电压越来越低。所以此时基准电压源设计也面临低压和温度的高稳定性的双面挑战。

传统的基准电压源电路在-20～120℃的温度范围内能产生温度系数为10^-4V/℃的基准电压，有的基准电压源甚至不能在低温场所特别是0℃以下使用，使其应用场所受到很大的限制。而且由于电路中存在运算放大器，基准源的指标在很大程度上受到运放失调电压(Offset)、电源电压抑制比(PSRR)、单电源电压等限制，要想进一步提高电路的性能需在电路结构上进行改进。采用负反馈电路取代运算放大器，利用MOS管电流镜复制获得精确的镜像电流，经三极管的基极得到了在-40℃～120℃温度范围内具有2*10^-5V/℃的温度系数的基准电压。

早期开始电压基准源就有很多种，其中带隙基准电压源的输出电压及电流几乎不受温度和电源电压变化的影响，这就使得片内集成的带隙基准电压、电流源电路成了模拟集成电路芯片中不可缺少的关键组成部分，并且也得到了大量的应用。

带隙基准电压源的实现是由两个具有完全互补温度特性的电压相加实现的。一般方法是在一个随温度上升而下降的具有负温度系数的电压加上一个随温度上升而上升的具有正温度系数的电压，从而实现输出电压的零温度系数。在带隙基准电压源中，是由具有正温度系数的热电压V_T和具有负温度系数的双极晶体管基极一发射极电压V_BE相加构成。在半导体工艺的各种不同器件参数中，双极晶体管的特性参数被证实具有最好的重复性，并且具有能提供正温度系数和负温度系数的严格定义的量，双极电路形成了这类电路的核心。双极晶体管在标准COMS工艺中的实现是通过n阱工艺来得到的。在n阱工艺中，PNP晶体管n阱中的P+区作为发射极，n阱本身作为基区，p型衬底作为集电区，并且必然接到最负的电源(通常为地)。

传统的带隙基准电压源的原理图由图1所示，其工作原理是，晶体管Q2的发射极面积设计为Q1的m倍，Ml、M2、M3和M4四个CMOS晶体管保证了Q1和Q2的发射极电流相同，所以两个双极晶体管的电流密度比近似为m，所以产生了PTAT电流I_D5。其基准带隙电压产生的思想是将PTAT电压I_D5R₂加到基极一发射极电压上，因此输出电压等于：

调节电阻R1、R2的值和m的大小使得约等于17.2，这样就得到了低温度系数的基准电压，大约为1.25V。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种高精度的基准电压源电路，有效地提高了基准电压的精度，大大简化了电路的结构，降低了功耗，提高了抗高频电源纹波干扰的能力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种高精度的基准电压源电路，所述的基准电压源电路包括依次电连接的启动电路、PTAT(正温度系数)电流产生电路和基准电压产生电路；

所述启动电路用于产生电路开始的启动信号，使得整个PTAT电流产生电路和基准电压产生电路完全打开，进而自行关闭启动电路；

所述PTAT电流产生电路用于产生与温度成正比例系数的参考电流；

所述基准电压产生电路：用于产生与温度无关的高精度基准电压。

在一种优选的方案中，所述的PTAT电流产生电路包括由两对共源共栅结构

的PMOS管P1、P2和P3、P4组成的电流镜，以及由NMOS管N1、NMOS

管N2、PMOS管P5、PMOS管P6、电阻R1构成的KVL环；