[發明專利]一種適用于圖像傳感器的基準電壓源電路結構

有效

• 申請號: 201811374462.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109491433B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 芮松鵬;蔡化;陳飛;高菊
• 申請（專利權）人: 成都微光集電科技有限公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;張磊

本發明公開了一種適用于圖像傳感器的基準電壓源電路結構，基于雙阱CMOS工藝下的常規一階帶隙基準源的結構，采用電流鏡對節點X和節點Y進行鉗位，去掉了常規電路中產生PTAT電壓使用的電阻，采用NMOS管柱狀結構進行替換，同時去掉輸出支路的BJT，由產生PTAT電流的其中一個BJT復用，以此達到提供負溫電壓的目的。本發明可進一步提高芯片系統內部參考電壓的噪聲與PSRR特性，盡可能降低或消除在成像系統中，由于參考電壓電流引入的噪聲。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器設計及應用技術領域，更具體地，涉及一種適用于CMOS圖像傳感器的低噪聲高PSRR基準電壓源的電路結構。

背景技術

CMOS圖像傳感器(CIS)芯片在近年來不斷得到發展，已逐漸取代CCD并廣泛應用于各類便攜式成像電子設備、安防監控設備和車載電子等。對于高性能需求和低功耗與小尺寸的設計目的，芯片中的噪聲與抗干擾性成為設計者最關心的問題之一。

在CIS芯片系統中的諸多電路模塊，都需要相應的參考電壓和偏置電流來保證工況的穩定正常。由于實際使用中，外部電源存在很多噪聲，不能直接應用到系統內部作為基準電壓使用。因此，一般都需要設計一個專用的基準電壓源，來為內部各個功能電路模塊(例如ADC，DAC，TS，CP等)提供不同的參考電壓與偏置電流，保證系統正常工作。并且，這些電壓與電流要具有穩定，低噪聲，抗干擾強即較高的PSRR(電源抑制比)等特性；同時，這種基準電壓源輸出的電壓應具有低溫度系數并且可以實現修調。在實際應用中，這種電壓源多為由BJT來產生PTAT(與溫度成正比)電流，通過電流鏡像和電阻與另一個具有負溫度系數電壓來產生一個與溫度變化近似無關的輸出電壓。

請參考圖1，圖1是一種常規一階帶隙基準電壓源的結構示意圖。如圖1所示，常規結構一般的工作原理為，通過使一個電阻R1正負端壓差為兩個PN結電壓相減，進而產生與溫度成正比的PTAT電流，然后通過電流鏡像到另一條輸出支路。在該支路上，PTAT電流流過一個電阻R2，產生PTAT電壓，再與一個PN結電壓產生的與溫度成反比的CTAT電壓疊加，最終輸出與溫度近似無關的電壓。然而，在輸出支路中，一方面電阻阻值隨溫度會有一定變化，同時也會產生一定的熱噪聲；另一方面，在實際電路中，一般將PNP型的BJT基極和集電極連接作為PN結使用，使得該器件一般尺寸較大，并且在輸出支路只用來提供一個負溫度特性電壓。

正如前文所述，對于產品使用更高的性能需求下，芯片內部的各個參考電壓電流信號需要更高的可靠性，即低的噪聲以及高的抗干擾能力。噪聲以及PSRR特性逐漸成為影響產品成像質量的主導因素，易受干擾的基準源最直接的影響就是給最終成像帶來各種條紋或者一些隨機噪聲。

因此，為了改善這一問題，提出一種在不影響其他性能參數情況下，實現低噪聲與高PSRR特性的基準電源電路，可作為CIS芯片內部的專用電壓源來提供各個參考電壓與電流。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種適用于圖像傳感器的基準電壓源電路結構，其至少含有一種改進的輸出支路電路和PTAT電流產生支路。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種輸出支路，包括由相連的兩個NMOS管NMC1和NMC2構成的一柱狀結構，所述柱狀結構用于替代輸出支路的電阻；其中，所述NMOS管NMC1的柵極和漏極相接，用于流經PTAT電流；所述NMOS管NMC2的柵極接NMOS管NMC1的柵極，源極接一BJT器件Q3的發射極，漏極接NMOS管NMC1的源極；所述BJT器件Q3的基極和集電極相接，并接電源負極，所述BJT器件Q3用于產生CTAT電壓；所述NMOS管NMC1的源極與NMOS管NMC2的漏極共同接輸出電壓。

本發明還提供了一種適用于圖像傳感器的基準電壓源電路結構，包含上述的輸出支路，以及PTAT電流產生支路，所述PTAT電流產生支路包括：