[发明专利]高精度带隙基准曲率补偿方法及高精度带隙基准电路

说明书

【技术领域】

本发明涉及集成电子电路领域中的带隙基准电路，特别涉及高精度带隙基准电路。

【背景技术】

基准电路对电路系统至关重要，为系统中的其他电路提供精确而稳定的参考电压/电流，系统中绝大部分电路的电流源均以基准电路的输出作为参考。传统基准电路主要有两种类型，MOS BGR(MOSFET带隙基准)与BJT BGR(双极性晶体管带隙基准)。

MOS BGR的测试曲线表明其输出至少包含正的二次温度系数，所以其输出曲线为开口向上的二次曲线，如附图1中(a)所示。回顾MOS BGR输出参考电压的表达式，也可以推出其二次温度系数为正，这也印证了MOS BGR的测试结果。传统低压BJT BGR电流高次温度系数是由BJT(双极性晶体管)的发射结电压VBE引起的，VBE具有负的二次温度系数，带隙基准的曲线呈开口向下的抛物线，如附图1中(b)所示。

相当一部分的电路系统的性能直接受基准电路的影响。为了能提供与电源电压、温度和工艺有最小相关度的基准电路。为了实现高精度带隙基准，已有多种带隙基准曲率补偿技术被提出。有专家提出了分段线性补偿法，通过在典型带隙基准的输出集成非线性器件，以消除 BJT发射结电压的非线性，达到高精度的目的；有人利用不同类型电阻的温度系数补偿高阶温度系数。显然，这种方法很难兼容于不同的工艺。最近有人提出了产生与绝对温度成反比(CTAT,complementary to absolute temperature)的电流的方法，利用这个电流实现高次曲率补偿。本发明采用工作在亚阈值区的MOSFET实现曲率补偿，这一高次曲率补偿方法对工艺的变化不敏感，不依赖于与工艺相关的电阻。

【发明内容】

本发明旨在解决高精度带隙基准曲率补偿的问题，提出了一种与电源电压、温度和工艺有最小相关度的的高精度带隙基准曲率补偿方法，同时利用该法发生实现了一种高精度带隙基准电路。从以上的对传统MOS BGR和 BJT BGR的分析，可以看出二者具有相反的二次温度系数。很显然，如果将二者加权相加必能得到二次温度系数为0的温度特性，同时可以部分抵消三次温度系数。补偿原理如附图1所示。本发明将MOS BGR与BJT BGR输出参考电压的和分割成三部分构成。

第一部分为两个工作在亚阈值区的MOSFET栅源电压差ΔV_GS，这部分电压表达式为

其具有正的一次温度系数、正的二次温度系数与正的三次温度系数。

第二部分为BJT的发射结电压V_BE，这部分电压的表达式为

其具有负的一次温度系数、负的二次温度系数。

第三部分是BJT发射结电压差ΔV_BE，这部分仅有正的一次温度系数。

然后，将以上三部分加权相加，获得高精度带隙基准电路的输出

V_REF＝R₅(ΔV_BE/R₂+V_BE/R₃+ΔV_GS/R₁)。

调整R1、R2、R3的比值使得高精度带隙基准电路的输出电压的一次温度系数为0，二次温度系数为0，三次温度系数减小；一次温度系数为 0实现了带隙基准的功能，二次系数为了实现了二次曲率补偿的目的，三次温度系数减小有三次曲率补偿的部分效果，总体实现了高精度带隙基准的曲率补偿，大大降低了高精度带隙基准电路输出电压随温度的变化。

为实现上述方法与达到上述目的，本发明提供了一种采用曲率补偿的高精度带隙基准电路，包括：

第一功能模块，其进一步包括用于产生曲率补偿电流ICOMP的第一 MOSFET(金属-氧化物-硅场效应管)、第二MOSFET、第一电阻、第一等值嵌位电路，其中，第一MOSFET的栅极连接至第一等值嵌位电路的第一输入端，第二MOSFET的栅极连接在第一电阻的第一端，第一电阻的第二端连接至第一等值嵌位电路的第二输入端；

第二功能模块，其进一步包括用于产生与绝对温度正相关的第一电流的第一BJT(双极性晶体管)、第二BJT、第二电阻，以及用于产生与绝对温度负相关的第二电流的第三电阻、第四电阻，其中第一BJT 的偏置电流是第二BJT的偏置电流的m倍，第二BJT的发射结面积A 是第一BJT发射结面积的n倍，第三电阻的阻值等第四电阻的阻值；

以及