[發明專利]一種基于負反饋的CMOS帶隙基準電路

有效

• 申請號: 201210564336.1
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103064457A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李曉潮;林昱;林春;郭東輝
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及集成電路，尤其是涉及一種基于負反饋的CMOS帶隙基準電路。

背景技術

在模擬電路以及數模混合集成電路設計中，經常需要使用參考電壓源，它將電源電壓轉換為與電源電壓和溫度無關的基準電壓，用于為其他部分電路提供穩定的偏置和參考電壓。因此，低溫漂系數、高電壓抑制比是帶隙基準源的關鍵性能指標。CMOS帶隙基準電壓還需要能夠兼容CMOS工藝，易于集成在CMOS工藝的集成電路芯片中。

傳統帶隙基準電壓根據硅材料的帶隙電壓與電源和溫度無關的特性，利用所具有負溫系數的晶體管基極-發射極電壓V_BE及具有正溫度系數的熱電壓V_T，通過將兩個具有相反溫度系數的電壓進行加權相加得到零溫度系數的輸出電壓，傳統帶隙基準屬于一階溫度補償的基準。由于V_T與溫度呈線性關系而V_BE與溫度卻存在于非線性關系，因此傳統帶隙基準電路輸出基準電壓的溫度系數通常被限制在20ppm/℃-100ppm/℃，與此同時由于電路結構的限制以及失配問題，傳統帶隙基準的電源抑制比也比較低，易受電源電壓波動的影響。

針對溫度系數不理想的缺點，現已有多種高階補償方案被提出。其主要原理是通過添加一個高階非線性項來抵消V_BE的溫度非線性，Rincon-Mora.（Rincon-Mora.Voltage?ReferencesFrom?Diodes?to?Precision?High-Order?Bandgap?Circuits，Wiley-IEEE，2002：79-118）和Ze-KunZhou等（Ze-Kun?Zhou,Yue?Shi,Zhi?Huang,et?al.A1.6V25uA5ppm/℃Curvature-CompensatedBandgap?Reference，IEEE?JOURNALS?&?MAGAZINES，2012，59（4）：677-684）均提出采用產生近似T1nT項的非線性補償方法以獲得較低的溫漂系數。

針對PSRR（電源電壓抑制比power?supply?rejection?ratio），主要是通過由電源穩壓模塊給基準核心模塊供電，減小電源電壓波動對基準核心模塊的影響，增大了基準的電源抑制比。Ning?Zhi-Hua等（Ning?Zhi-Hua,He?Le-Nian,Wang?Yi,et?al.A?Novel?High?PSR?Voltage?Referencewith?Secondary?Temperature?Compensation，IEEE?CONFERENCE?PUBLICATIONS，2010：3200-3203）提出了一種利用負反饋環路產生內部校準電壓來為基準核心電路供電的方案而Yat-Hei?Lam等（Yat-Hei?Lam,Wing-Hung?Ki.，CMOS?Bandgap?References?With?Self-BiasedSymmetrically?Matched?Current-Voltage?Mirror?and?Extension?of?Sub-1-V?Design，IEEEJOURNALS?&?MAGAZINES，2010，18（6）：857-865）則采用一種新的自偏置對稱結構的方法來改善PSRR。

然而這些方案往往僅針對溫漂或PSRR指標之一進行了優化而忽略了另一個指標，無法同時兼顧兩項指標；亦或所設計的基準結構較為復雜，給集成電路的設計增加難度，占用芯片面積過大，性價比不是很理想。

發明內容

本發明的目的在于改善現有帶隙基準電壓源的溫漂和PSRR的性能，提供一種基于負反饋的CMOS帶隙基準電路。

本發明設有帶負反饋的核心基準電壓模塊、電源穩壓模塊、PSRR增強模塊、低溫高階曲率補償模塊和啟動模塊；所述帶負反饋的核心基準電壓模塊產生帶隙基準電壓，其輸出端分別與PSRR增強模塊及低溫高階曲率補償模塊的輸入端相連；所述電源穩壓模塊為其他模塊提供穩壓電源，電源穩壓模塊輸出端作為其它模塊的電源輸入端；所述PSRR增強模塊輸出端與帶負反饋的核心基準電壓模塊、電源穩壓模塊、低溫高階曲率補償模塊和啟動模塊電源輸入端相連；所述低溫高階曲率補償模塊輸出端與帶負反饋的核心基準電壓模塊輸出端相連并輸出最終基準電壓；所述啟動模塊輸出端分別與帶負反饋的核心基準電壓模塊和電源穩壓模塊相連，用于上電時驅動電路擺脫0簡并偏置狀態而進入正常工作狀態。

本發明的技術關鍵為帶負反饋的核心基準電壓模塊和低溫高階曲率補償模塊。