[發(fā)明專利]一種電壓基準(zhǔn)源電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710620610.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN109308091B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚洪舟;張?chǎng)?/a>;曾衍瀚;黃思帆;陳翔;張浩;廖裕興;陳榮軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究院;中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F3/26
• 分類號(hào): G05F3/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明提供一種電壓基準(zhǔn)源電路，該電路包括啟動(dòng)單元、電流產(chǎn)生單元和輸出反饋單元；所述啟動(dòng)電路單元在電路啟動(dòng)階段為電流產(chǎn)生單元和輸出反饋單元提供啟動(dòng)電壓與電流；電流產(chǎn)生電路單元，為輸出反饋單元產(chǎn)生一個(gè)偏置電流，同時(shí)使產(chǎn)生的電流盡量小，從而降低整個(gè)電路的功耗，并且通過輸出反饋單元的負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娏鳟a(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)與電源電壓無關(guān)的電流；輸出反饋單元，產(chǎn)生輸出基準(zhǔn)電壓和實(shí)現(xiàn)輸出零溫度系數(shù)，該電路低功耗、低溫度系數(shù)、較低的工作電壓及輸出電壓、較好的高頻PSRR和面積小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基準(zhǔn)源電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電壓基準(zhǔn)源電路。

背景技術(shù)

基準(zhǔn)源電路廣泛應(yīng)用于模擬和混合電路中，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，電壓調(diào)諧器，電壓表，電流表的測(cè)試儀器以及偏置電路。其特點(diǎn)是輸出的基準(zhǔn)信號(hào)穩(wěn)定，與電源電壓、溫度以及工藝的變化無關(guān)。在SOC(system on chip)芯片中，基準(zhǔn)源電路是必不可少的一部分，其溫度穩(wěn)定性以及抗干擾性等性能的好壞影響著整個(gè)電路系統(tǒng)的精度及電路系統(tǒng)的性能。

基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)性能指標(biāo)：功耗、溫度系數(shù)、工作電壓范圍以及電源抑制比。為了能夠滿足現(xiàn)在對(duì)電源管理芯片低功耗的要求，基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)要盡量降低其工作電流，從而減少其功耗，使電池工作壽命變得更長(zhǎng)久。溫度系數(shù)越低即基準(zhǔn)源電路的輸出電壓受溫度影響越小，電壓越穩(wěn)定。較大的工作范圍可使基準(zhǔn)源電路更容易達(dá)到目標(biāo)的輸出電壓值。

對(duì)于傳統(tǒng)的基準(zhǔn)源電路通常是利用兩個(gè)不同溫度系數(shù)的電流模塊來實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)的電壓輸出。設(shè)計(jì)者要設(shè)計(jì)一個(gè)正溫度系數(shù)電流(電流隨溫度的增加而增加)和一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電流(電流隨溫度的減少而減少)然后將這兩個(gè)電流模塊相疊加，從而減少溫度對(duì)電流再經(jīng)過電阻最后可得到低溫度系數(shù)的電壓輸出。

如圖1所示是一個(gè)傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源電路結(jié)構(gòu)。通過運(yùn)算放大器OP的負(fù)反饋?zhàn)饔茫沟霉?jié)點(diǎn)電壓V_A＝V_B，從而使得流過M₁和M₂的電流相等，即I₁＝I₂＝I，在電阻R₁上的電壓降等于Q₁和Q₂的基-射電壓差為ΔV_BE＝V_TlnN，N是Q₁和Q₂發(fā)射區(qū)面積之比。在這個(gè)電路結(jié)構(gòu)中，基準(zhǔn)輸出電壓是雙極型晶體管Q₃的基極-發(fā)射極電壓V_BE3和電阻R₂上的電壓降之和，所以有V_REF的表達(dá)式如下：

式中的第二項(xiàng)與絕對(duì)溫度成正比，用于補(bǔ)償V_BE3的負(fù)溫度系數(shù)。通過選擇合適的R₁和R₂之比，基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)在某一特定溫度下可以達(dá)到零，在該值附近基準(zhǔn)電壓隨溫度的變化很小。

但這種結(jié)構(gòu)存在一定的不足。首先，該電路的輸出電壓為1.2V左右，不適用于低壓的場(chǎng)合，其次，該電路使用到三極管和電阻，電路的面積比較大。另一方面，這種電路需要較大的靜態(tài)電路，從而導(dǎo)致電路的功耗較大，通常也在幾百uW級(jí)別，這對(duì)于低工作電壓、低功耗的應(yīng)用是致命的弱點(diǎn)。因此為了滿足低工作電壓與低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合，一些新的電壓基準(zhǔn)源被提了出來。CMOS電壓基準(zhǔn)源就是應(yīng)用于低工作電壓、低功耗領(lǐng)域的基準(zhǔn)源。本發(fā)明是利用工作在亞閾值區(qū)和工作在飽和區(qū)的CMOS管相結(jié)合，以及襯底效應(yīng)相互抵消技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款極低功耗、低溫度系數(shù)和低輸出電壓的電壓基準(zhǔn)源電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種低功耗、低溫度系數(shù)、較低的工作電壓及輸出電壓的電壓基準(zhǔn)源電路。

為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：