[發明專利]一種帶高階補償電路的基準源電路結構

有效

• 申請號: 201911312751.6
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110989758B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 王紅義;王競成;張海峰;劉沛;張國和
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;北京智芯微電子科技有限公司
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 孟大帥

本發明公開了一種帶高階補償電路的基準源電路結構，包括：pnp型三極管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，p型MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，n型MOS管M9，M10，電阻R1、R2、R3，以及單端輸出運放A1；p型MOS管M1、M2、M3，單端輸出運放A1，電阻R1，以及pnp型三極管Q1、Q2、Q3、Q4構成正溫度系數電流產生電路，用于產生包含一階項和高階項的電流；其中，Q1并聯在Q2上，Q3并聯在Q4；p型MOS管M5、M6、M7、M8、M9、M10，電阻R3，以及pnp型三極管Q5構成零溫度系數電流產生電路，用于為Q3提供電流偏置；p型MOS管M4，電阻R2，以及pnp型三極管Q5構成輸出支路，用于輸出基準電壓。本發明的結構設計簡便且溫度系數較低。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計技術領域，特別涉及一種帶高階補償電路的基準源電路結構。

背景技術

基準被廣泛的應用在各種電子產品中，如藍牙、智能電表、無線傳感器等，是最基本的模擬電路之一。然而芯片工作的溫度往往不是恒定的，隨著溫度的變化，基準電壓往往也會改變，會影響整體電路的性能。

溫度系數成為基準設計的一個重要指標，常用T_C表示，其公式為：其中，ΔT代表基準源工作的溫度范圍，V_max是該溫度范圍內基準最大電壓，V_min是該溫度范圍內基準最小電壓，V_ref表示該溫度溫度范圍內基準源的平均電壓；基準溫度系數常用單位為ppm/℃。

傳統一階補償的基準電路溫度系數一般大于10ppm/℃，如圖1所示。隨著電子產品的不斷發展，這些傳統的一階補償的基準源已經滿足不了無線傳感器、高精度數模轉換器等應用的要求，因此需要對基準源進行高階補償，以降低其溫度系數。

為了獲得更好的溫度系數，1980年，David P等人對三極管的溫度特性進行了精確分析，提出了三極管的溫度系數由一階溫度項和高階溫度項組成，如圖2所示。對三極管溫度系數的分析為基準的溫度系數補償提出了理論依據，并從理論上提出了補償三極管溫度系數的方法，但是并沒有提出相應的電路。2006年，Sen-Wen Hsiao等人提出利用不同溫度系數電阻實現三極管的二階溫度溫度項補償，對VBE(T)進行泰勒展開，兩個具有不同溫度系數的電阻的比值，同樣可以將其對于溫度T進行泰勒展開，得到關于溫度T的高階項，而抵消掉VBE(T)中的高階項，實現高階溫度補償的目的，但是該方法不能保證完全抵消掉高階項，這篇文章設計的基準源溫度系數達到10ppm/℃，不能滿足例如高精度數模轉換器的要求。2016年，北京大學信息技術研究所Ruocheng Wang等人提出了一種利用mos管亞閾值區特性，對三極管高階溫度系數進行補償的方法，該方法能較好的補償三極管的高階項，最小溫度系數達到1.67ppm/℃，但是設計方法較為復雜，且沒有實際流片結果支持。

綜上，亟需一種設計簡單，且具有較低溫度系數(小于2ppm/℃)的基準電路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶高階補償電路的基準源電路結構，以解決現有補償電路中存在的電路結構復雜和溫度系數不夠低的技術問題。本發明的結構設計簡便且溫度系數較低。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種帶高階補償電路的基準源電路結構，包括：pnp型三極管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，p型MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，M9，M10，電阻R1、R2、R3，以及單端輸出運放A1；

p型MOS管M1、M2、M3，單端輸出運放A1，電阻R1，以及pnp型三極管Q1、Q2、 Q3、Q4構成正溫度系數電流產生電路，用于產生包含一階項和高階項的電流；其中，Q1并聯在Q2上，Q3并聯在Q4；

p型MOS管M5、M6、M7、M8、M9、M10，電阻R3，以及pnp型三極管Q5構成零溫度系數電流產生電路，用于為Q3提供電流偏置；