[发明专利]一种电压基准源电路

说明书

技术领域

本发明涉及电路元器件领域，更具体地，涉及一种低功耗、低温度系数、较宽工作电压范围、低成本、强兼容性和小面积的电压基准源电路。

背景技术

基准源电路广泛应用于模拟和混合电路中，如A/D转换器、D/A转换器、电压调谐器、电压表、电流表等测试仪器以及偏置电路。其特点是输出的基准信号稳定，与电源电压、温度以及工艺的变化无关。在SOC(system on chip)芯片中，基准源电路是必不可少的一部分，其温度稳定性以及抗干扰性等性能的好坏影响着整个电路系统的精度及电路系统的性能。

基准源电路设计时主要考虑以下几个性能指标：功耗、温度系数、工作电压范围以及电源抑制比。为了能够满足现在对电源管理芯片低功耗的要求，基准源电路设计要尽量降低其工作电流，从而减少其功耗，使电池工作寿命变得更长久。温度系数越低即基准源电路的输出电压受温度影响越小，电压越稳定。较大的工作范围可使基准源电路更容易达到目标的输出电压值。

对于传统的基准源电路通常是利用两个不同温度系数的电流模块来实现零温度系数的电压输出。设计者要设计一个正温度系数电流模块(电流随温度的增加而增加)和一个负温度系数电流模块(电流随温度的降低而降低)然后将这两个电流模块相叠加，从而得到低温度系数的电压输出。

如图1所示是一个传统的带隙基准源电路结构。通过运算放大器OP的负反馈作用，使得节点电压V_A＝V_B，从而使得流过PM₁和PM₂的电流相等，即I₁＝I₂＝I，在电阻R₁上的电压降等于Q₁和Q₂的基-射电压差,为V_BE＝V_TlnN，N是Q₁和Q₂的发射区面积之比。在这个电路结构中，基准输出电压是双极型晶体管Q₃的基极-发射极电压V_BE3和电阻R₂上的电压降之和，所以有V_REF的表达式如下：

式中的第二项与绝对温度成正比，用于补偿V_BE3的负温度系数。通过选择合适的R₁和R₂之比，基准电压的温度系数在某一特定温度下可以达到零，在该值附近基准电压随温度的变化很小。

但这种结构存在一定的不足。首先，该电路的输出电压为1.2V左右，不适用于低压的场合，其次，该电路使用到三极管和电阻，电路的面积比较大。另一方面，这种电路需要较大的静态电路，从而导致电路的功耗较大，通常也在几百uW级别，这对于低工作电压、低功耗的应用是致命的弱点。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的的缺陷，提供了一种低功耗、低温度系数、较宽工作电压范围、低成本、强兼容性和小面积的电压基准源电路。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种电压基准源电路，包括启动电路单元、电流产生单元、高增益运算放大器和电压输出负载单元；所述启动电路单元在电路启动阶段为电流产生单元提供启动电压与电流，使电流产生单元摆脱工作在“简并点”；电流产生单元，由两个支路组成，用于为电压输出负载单元产生一个偏置电流；高增益运算放大器的两个输入端分别与电流产生单元的两个支路连接，其输出端与启动电路单元和电流产生单元连接，通过负反馈对电流产生单元起到钳位作用，在电流产生单元两个支路间建立起一个明确的电压关系，从而使电流产生单元产生一个与电源电压无关的偏置电流；电压输出负载单元，用于基于偏置电流产生并输出基准电压和实现输出零温度系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的电压基准源电路具有低功耗、低温度系数、较宽工作电压范围、低成本、强兼容性和小面积特点。

附图说明

图1为传统的基准源电路的结构示意图。

图2为本发明提供的基准源电路的结构示意图。

图3为本发明提供的的基准源电路的启动电路单元的结构示意图。

图4为本发明提供的的基准源电路的电流产生单元的结构示意图。

图5为本发明提供的的基准源电路的高增益运算放大器的结构示意图。

图6为本发明提供的的基准源电路的电压输出负载单元的结构示意图。

具体实施方式