[发明专利]一种基于神经网络的带隙基准电路

摘要

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种基于神经网络的带隙基准电路。包括启动电路、自偏置及分压电路、PTAT电压产生电路、高阶温度补偿电路、温度补偿控制模块和PSRR增强电路。通过自偏置及分压电路、PTAT电压产生电路共同实现低功耗和小面积的性能；通过高阶温度补偿电路、温度补偿控制模块实现高温度系数性能；通过PSRR增强电路实现高PSRR性能。相比现有基准电压源，实现了低功耗、小面积和高温度系数，并且PSRR性能高。

主权项

1.一种基于神经网络的带隙基准电路，其特征在于：包括启动电路、自偏置及分压电路、正温度系数PTAT电压产生电路、高阶温度补偿电路、温度补偿控制模块和PSRR增强电路；所述启动电路包括1个P型MOS管MS2，2个N型MOS管，分别为MS1、MS3；MS1的栅接MS2和MS3的漏，MS1的源和衬底接地电位，MS1的漏接MP3、MP4的栅同时还接MP8、MP12、MP16、MP18的栅，MS2的栅与MS3的栅相接同时与Q1的发射极相接，MS2的源与MP3的源相接，同时还与MP4、MP8、MP12、MP16、MP18、MP20的源、MP21的漏相接；MS3的源和衬底接地电位，MS2的衬底和VDD相接；启动电路与自偏置及分压电路相连，其作用是在上电后使基准电路脱离0简并点并使基准电路工作在设计的直流工作点上；所述自偏置及分压电路包括1个双极晶体管Q1、4个N型MOS管和4个P型MOS管；4个N型MOS管分别为MN1、MN2、MN3、MN4；4个P型MOS管，分别为MP1、MP2、MP3、MP4；Q1的基极和集电极都接地电位，Q1的发射极与MN4的栅、MP1的漏和MS2、MS3的栅相接；MN1的栅和漏相接同时接MN2的源，MN1的源和衬底相接同时接地电位；MN2的栅和漏相接同时接MN3的源；MN3的栅和漏相接同时接MN4的源；MP2的栅和漏相接同时接MN4的漏和MP1、MP7、MP11、MP15、MP17的栅；MP1、MP2的源分别和MP3、MP4的漏相接；MP1、MP2、MP3、MP4的衬底都和各自的源相接，MN1、MN2、MN3、MN4的衬底都和各自的源相接；自偏置及分压电路与启动电路、高阶温度补偿电路和正温度系数PTAT电压产生电路相连，用于产生偏置电流为本级以及后级电路提供偏置，并对负温度系数CTAT的Q1的基极‑发射极电压VBE进行分压得到分压后的电压V’BE；MP1、MP2、MP3、MP4构成共源共栅电流镜；所述正温度系数PTAT电压产生电路包括6个N型MOS管和13个P型MOS管；6个N型MOS管分别为MN5、MN6、MN7、MN8、MN9和MN10，13个P型MOS管，分别为MP5、MP6、MP7、MP8、MP9、MP10、MP11、MP12、MP13、MP14、MP15、MP16和MP22；MN5的栅和漏相接同时接MN6的栅、MP5的漏；MN5、MN6、MN7、MN8、MN9、MN10的源都接地电位；MP5的栅接MN1的漏，MP5的源和MP6的源相接同时接MP7的漏，MP6的栅和漏相接同时接MP9的栅，MP7的源和MP8的漏相接，MN7的栅和漏相接同时接MN8的栅、MP9的漏，MP9的源和MP10的源相接同时接MP11的漏，MP10的栅和漏相接同时接MP13的栅，MP11的源和MP12的漏相接，MN9的栅和漏相接同时接MN10 的栅、MP13的漏，MP13的源和MP14的源相接同时接MP15的漏，MP14的栅和漏相接同时接基准输出电压VREF和MP22的栅，MP15的源和MP16的漏相接，MP22的源和漏接地电位，MN5、MN6、MN7、MN8、MN9、MN10、MP5、MP6、MP7、MP8、MP9、MP10、MP11、MP12、MP13、MP14、MP15、MP16和MP22的衬底均与各自的源相接；MC2、MC3、MC4、MP3、MP4、MP8、MP12、MP16和MP18的源极均连接到MP21的漏极；MN6、MN8、MN10的漏分别与MP6、MP10、MP14的漏极相连；正温度系数PTAT电压产生电路中的MN5和MN6、MN7和MN8、MN9和MN10构成电流镜，分别确定每一支路的电流比例关系，其中MN5、MN7、MN9的宽长比分别依次对应为MN6、MN8、MN10的宽长比的n倍，n＞1，使得流过MP5、MP9、MP13的电流分别依次对应为流过MP6、MP10、MP14电流的n倍；正温度系数PTAT电压产生电路与自偏置及分压电路、PSRR增强电路相连，用于产生正温度系数的电压并与前级产生的CTAT电压叠加，使输出电压VREF具有零温度系数；所述高阶温度补偿电路包括1个N型MOS管MC1和3个P型MOS管；3个P型MOS管分别为MC2、MC3和MC4；MC1的栅接MN4的栅，MC1的源接地，漏接MC2的漏和栅；MC2和MC3的栅相接，同时接MC1的漏；MC2、MC3、MC4的源都接MP3的源；MC3的漏接MC4的漏，同时接MP1的漏；MC1的衬底接地，MC2、MC3、MC4的衬底都接各自的源；高阶温度补偿电路与自偏置及分压电路、温度补偿控制模块相连，由低温补偿电路和高温补偿电路构成，分别用于在低温和高温下对基准电压进行高阶分段温度补偿；高阶温度补偿电路中，MC1、MC4的栅极都由神经网络产生的控制电压控制，神经网络通过训练在不同的温度下产生目标控制电压，以控制MC1、MC4产生的补偿电流大小，从而分别在低温和高温下减小基准输出电压随温度的变化，改善基准输出电压的温度特性；所述温度补偿控制模块由人工神经网络和温度传感器构成，与高阶温度补偿电路与基准输出相连；温度传感器用于探测并传输基准电路的温度数据；人工神经网络为前馈网络，其输出端接高阶温度补偿电路，作用是对输入数据按照预期做出非线性响应，产生高阶温度补偿电路所需要的控制电压，即目标控制电压；所述PSRR增强电路包括2个N型MOS管和5个P型MOS管；2个N型MOS管分别为MN11和MN12；5个P型MOS管，分别为MP17、MP18、MP19、MP20和MP21；MN11的栅和漏相接，同时接MP17的漏、MN12的栅；MN11、MN12的源都接地电位；MN12的漏接MP19的漏和MP21的栅，MP17的源接MP18的漏，MP19和MP20的栅相接同时与MN4的栅相接，MP19的源和MP20的漏相接，MP20的源和MP21的漏相接，MP21的源接VDD电位，MN11、MN12、MP17、MP18、MP19、MP20和MP21的衬底均与各自的源相接；PSRR增强电路用于提高基准电路的PSRR特性，使输出电压VREF不受电源电压波动的影响；PSRR增强电路中MP17、MP18构成共源共栅电流源，给PSRR增强电路提供偏置，MN11、MN12构成电流镜，MP19、MP20、MP21构成负反馈结构，当VDD变化导致MP21漏电压上升时，通过MP19、MP20、MP21的环路导致MP21的栅电压也上升，从而MP21的漏电压下降，反之亦然，通过负反馈环路以减小MP21漏端的电压波动。