[发明专利]一种实现基准电压源低压高精度的电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路中带隙基准电压源领域，特别是低压工作模式下的高精度基准电压源。

背景技术

带隙基准电压源由于其输出不受电源电压和温度影响，可以为系统中其它模块提供参考电压，因而广泛应用于模拟集成电路或者数模混合电路。目前，电子系统倾向于低压低功耗和高精度设计。对于高精度的系统设计，带隙基准电压源的精度和稳定性决定了系统性能的好坏；对于低电压工作系统，要求带隙基准电压源在较低的电源电压下输出稳定。

基准电压源的基本产生方式是利用与三极管的基极与集电极电压差V_BE相关的负温度特性电流和与两个三极管的V_BE之差ΔV_BE相关的正温度特性电流叠加产生与电源电压和温度无关的电流，经过一个零温度系数的电阻之后产生与电源电压和温度无关的电压；而零温度系数的电阻一般是由两种温度特性相反的电阻组成。

现有技术的带隙基准电压源如图1所示，包含误差放大器Amp、第一PMOS晶体管PM1、第二PMOS晶体管PM2，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R11、第六电阻R12，第一PNP三极管Q1和第二PNP三极管Q2。其实现方式是：电流I₁由I₂和I₃组成，即I₁＝I₂+I₃，而I₂＝V_X/R11＝V_BE1/R11，I₃＝(V_X-V_BE2)/R12＝(V_BE1-V_BE2)/R12＝ΔV_BE/R12，因此得到与温度和电源电压无关的电流I₁。经过PM2与PM1的镜像作用得到I₄＝I₁，因此V_REF＝I₄*R₄＝I₁*R4，其中R4由两种温度特性相反的电阻串联组成。

图1中实现的前提是忽略X点和Y点的失调电压，但是实际上由于工艺等的偏差，失调是肯定存在的。在图1中，失调电压经误差放大器Amp和共源放大器PM1两级放大后传递到输出，严重影响了输出电压V_REF的精度；同时，由于PM2是共源接法，使得电源电压Vdd和V_REF间存在至少0.7V的管子压降，导致该结构不适用于低压系统。

发明内容

本发明的目的是提出实现基准电压源低压高精度的设计方法，解决现有结构存在的精度不高和不适于低压系统等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种实现基准电压源低压高精度的电路，其特征在于：包括带隙核心电路、启动电路及低阈值源跟随电路；低阈值源跟随电路用于保证使得带隙核心电路的基准输出在低压下也能稳定工作；所述启动电路监测带隙核心电路输出基准电压，从而消除输出电压的上冲现象，保证基准电压的稳定输出；所述带隙核心电路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2；第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极和集电极均短接；第一PNP三极管Q1的发射极分别接第一电阻R1一端和接误差放大器Amp的正相输入端X；第一电阻R1另一端接第二电阻R2一端；第二三极管Q2的面积是Q1的n倍；第二三极管Q2发射极接第三电阻R3一端，第三电阻R3另一端接第二电阻R2另一端；第二电阻R2和第三电阻R3的公共端接误差放大器Amp的反相输入端Y；误差放大器Amp的输出端接第一NMOS管NM1的栅极；所述第一NMOS管NM1的漏极接第四电阻R4一端；第四电阻R4的另一端接电源V_dd；所述低阈值源跟随电路采用源跟随结构，包括第一NMOS管NM1和第四电阻R4；第一NMOS管NM1的源极接第一电阻R1和第二电阻R2的公共端；第一电阻R1和第二电阻R2的公共端是输出端基准电压V_REF；V_REF的输出公式由以下过程推得：