[發(fā)明專利]一種消除失調(diào)電壓影響的帶隙基準(zhǔn)電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010624828.X
• 申請(qǐng)日: 2020-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN111625041A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢棟良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫中科微電子工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G05F1/46
• 分類號(hào): G05F1/46;G05F1/62;G05F1/56
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體公開了一種消除失調(diào)電壓影響的帶隙基準(zhǔn)電路，包括具有PMOS和NMOS輸入差動(dòng)對(duì)的折疊式共源共柵運(yùn)放、選擇器、偏置電路和雙極帶隙輸出電路；其中，選擇器由兩相不交疊時(shí)鐘控制，使得共源共柵運(yùn)放能夠在失調(diào)存儲(chǔ)和差動(dòng)放大兩種工作模式之間來回切換。失調(diào)存儲(chǔ)模式下，斷開共源共柵運(yùn)放與帶隙輸出電路之間的連接，并通過反饋將失調(diào)電壓存儲(chǔ)在NMOS差動(dòng)對(duì)上；差動(dòng)放大模式下，恢復(fù)共源共柵運(yùn)放與帶隙輸出電路之間的連接，由于PMOS差動(dòng)對(duì)上的失調(diào)與存儲(chǔ)在NMOS差動(dòng)對(duì)上的失調(diào)相減抵消，因此共源共柵運(yùn)放僅對(duì)來自帶隙輸出電路的信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大，基準(zhǔn)不受失調(diào)電壓的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種消除失調(diào)電壓影響的帶隙基準(zhǔn)電路。

背景技術(shù)

帶隙基準(zhǔn)是一種輸出電壓不隨溫度和供電電壓變化的電路，廣泛應(yīng)用于模擬集成電路和混合信號(hào)集成電路，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器、鎖相環(huán)、存儲(chǔ)器等。帶隙基準(zhǔn)作為提供參考電壓的模塊，其電壓精度往往決定了整個(gè)電路的精度。隨著人們對(duì)電路精度的不斷追求，高精度帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)成為集成電路設(shè)計(jì)人員越來越關(guān)注的課題。

帶隙基準(zhǔn)的工作原理是將正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)的兩個(gè)電壓進(jìn)行權(quán)重相加，得到零溫度系數(shù)的輸出電壓。正溫度系數(shù)電壓通常選擇熱電勢V_T，負(fù)溫度系數(shù)電壓選擇三極管的基極-發(fā)射極電壓V_BE。由于二者不是與溫度呈理想的線性關(guān)系，帶隙基準(zhǔn)的溫度曲線具有有限的曲率。二階溫度補(bǔ)償技術(shù)和電阻溫度補(bǔ)償技術(shù)能夠有效地校準(zhǔn)曲率，提高帶隙基準(zhǔn)的精度。電流鏡失配也會(huì)影響帶隙基準(zhǔn)的精度，可以通過使用長溝道晶體管和共源共柵電流鏡加以解決。此外，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓V_OS也會(huì)在帶隙基準(zhǔn)V_REF中引入誤差，具體如式(1)所示：

V_REF＝V_BE+(R₂/R₁)(V_Tlnn-V_OS)(1)

可以看出，失調(diào)電壓V_OS被放大了R₂/R₁倍，極大地影響了帶隙基準(zhǔn)的精度。因此，消除運(yùn)放失調(diào)電壓影響是設(shè)計(jì)高精度帶隙基準(zhǔn)的關(guān)鍵。

T.Oshita等人在IEEETransactions on Very Large Scale IntegrationSystems，2019：發(fā)表的“High-Volume Testing and DC Offset Trimming Technique ofOn-DieBandgap Voltage Reference for SOCs and Microprocessors”論文中，采用了修調(diào)技術(shù)來消除帶隙基準(zhǔn)電路中的直流失調(diào)。將基準(zhǔn)電壓送入一階Σ-Δ調(diào)制器轉(zhuǎn)化為數(shù)字代碼，再將該代碼和目標(biāo)電壓代碼一起送入數(shù)字比較器，產(chǎn)生修調(diào)代碼，從而控制嵌入在基準(zhǔn)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將基準(zhǔn)電壓修調(diào)到目標(biāo)電壓。該修調(diào)技術(shù)能夠消除包括運(yùn)放失調(diào)、電流鏡失配、三極管不匹配在內(nèi)的所有直流失調(diào)，但芯片面積和功耗都非常大。

H.D.Roh等人在2010 International SoC Design Conference，2010：發(fā)表的“AllMOS Transistors Bandgap Reference Using Chopper Stabilization Technique”論文中，采用了斬波穩(wěn)定技術(shù)來改善帶隙基準(zhǔn)的精度。將運(yùn)放的輸入信號(hào)調(diào)制到高頻，與低頻失調(diào)一起送入運(yùn)放進(jìn)行放大，再將放大后的輸入信號(hào)調(diào)制回到低頻，同時(shí)放大后的失調(diào)被調(diào)制到高頻，最后經(jīng)過低通濾波僅保留放大后的輸入信號(hào)和紋波。斬波穩(wěn)定技術(shù)能夠有效的消除運(yùn)放的失調(diào)，但該方法導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓的紋波非常大，需要加上大面積的濾波電路，甚至需要大容量的片外濾波電容。

發(fā)明內(nèi)容