[實用新型]一種二階補償基準電壓產生電路

有效

• 申請號: 201320433449.8
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN203350306U
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 謝生;付友;毛陸虹;張世林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R1/28
• 分類號: G01R1/28;G05F1/567
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本實用新型涉及微電子電路技術領域，特別涉及一種高精度、低溫度系數的BiCMOS(雙極互補金屬氧化物半導體)基準電壓源電路。

背景技術

基準源通常是指在電路中做電壓基準和電流基準的精準、穩定的信號源。隨著集成電路產業的不斷發展，高性能模/數轉換器（ADC）、數/模轉換器（DAC）、電源管理等集成電路芯片設計中，高精度、低溫度系數、高穩定的基準源設計十分關鍵。

典型的CMOS（互補金屬氧化物半導體）帯隙基準源的工作原理是：利用CMOS工藝中寄生雙極晶體管的具有負溫度系數的基極-發射極電壓V_BE和在不同電流密度下具有正溫度系數的基極-發射級電壓的差值ΔV_BE以適當的權值相加，從而達到零溫度系數的目的。衡量電壓基準源的一個重要的指標是溫度系數TC(TemperatureCoefficient)，其表達式為：

TC=(Vmax-VminVaverage×(Tmax-Tmin))×106]]>ppm/℃(其中ppm為百萬分之一)

其中，V_max和V_min分別表示基準電壓最大值和最小值，V_average表示基準電壓平均值，T_max和T_min分別表示溫度最高值和最低值。

典型的一階補償基準源電路結構如圖1所示。其中，運算放大器OTA所形成的反饋環路迫使其正負輸入端的電壓維持相等，假設雙極晶體管Q1、Q2的發射結面積比為N，則Q1、Q2的基極-發射級電壓差為所以流過電阻R₁、R₂兩條支路的電流相等，且均與絕對溫度成正比（PTAT），即由此可以得出基準電壓

Vref=VBE2+R2R1kTqln(N)]]>

其中，V_BE2為晶體管Q2的基極-發射級電壓，k為玻爾茲曼常數，q是電子電量，T為絕對溫度。

由于雙極晶體管的基極-發射級電壓V_BE具有負溫度系數，約為-2mV/℃，而ΔV_BE具有正溫度系數，約為0.085mV/℃。因此，適當地選擇電阻比值R₂/R₁和晶體管Q1、Q2的發射結面積比N，可以使V_ref中溫度的一階項相互抵消，得到一個低溫度系數的基準電壓V_ref，典型一階補償的溫度系數一般在10～50ppm/℃。由此可見，典型帯隙基準源僅對基極-發射級電壓V_BE的一階線性部分進行補償，因而精度有限，無法滿足高精度模擬電路和數模混合電路對基準電壓的要求。