[發明專利]一種低壓、低功耗基準電路及其校準方法

在審

• 申請號: 202010890384.4
• 申請日: 2020-08-29
• 公開（公告）號: CN111966159A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 許建超;孫添平;戴貴榮;戴慶田
• 申請（專利權）人: 深圳市愛協生科技有限公司
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發明公開了一種低壓、低功耗基準電路及其校準方法，屬于基準電路技術領域，包括PTAT產生電路與VCC相接，PTAT產生電路與MP2相接，MP2一端與VCC相接，另一端與VREF、電阻R2和電阻R3并聯，電阻R2與接地的BJT管Q1的基極和集電極相接，電阻R3接地，該結構可以輸出小于1V的零溫度系數基準電壓，同時該結構可以工作在更低的電源電壓下，最低可以接近于一個Vbe，大約0.6V，消除了最低工作電源電壓受零溫基準電壓的限制，同時還給出了輸出電壓的溫度系數和電壓絕對值的校準方法和相應的流程。

技術領域

本發明涉及基準電路技術領域，特別涉及一種低壓、低功耗基準電路及其校準方法。

背景技術

基準電壓和基準電流，幾乎是所有芯片必需的模塊，其作用非常關鍵。電路總是基于一些參考而工作(電壓參考，即基準電壓；電流參考，即基準電流；時鐘參考，通常是晶振)。在用電池供電的一些設備中，總是希望低功耗、小面積、盡可能低的工作電壓，因此對各個模塊的設計均提出了較高的要求。而基準電壓和基準電流產生模塊的特殊性，通常設計為上電就工作，并且不能關閉，所以對低功耗、低電壓的要求更為苛刻。在這些低功耗芯片設計中，采用工作在亞閾值區的MOS管實現的基準電路，得到了廣泛的使用。

如圖1和2所示，如圖1所示?，F有技術，基于亞閾值區MOS管實現的低功耗基準電路，一般先產生與絕對溫度成正比的電流，稱為PTAT電流，然后復制PTAT電流并流過串聯的電阻R2和BJT管Q1，產生零溫度系數基準電壓VREF。

產生VREF的原理可以用如下公式解釋：

其中N為電路中NMOS電流鏡(此圖未畫出)的比例系數(通常取4)；

其中N為電路中NMOS電流鏡(此圖未畫出)的比例系數(通常取4)，這里假設MP1與MP2按照1:1的鏡像比。

在該表達式中，第一項Vbe，是BJT管的Vbe電壓，可以寫為：

Vbe＝Vg0-αT

其中Vg0稱為禁帶電壓，是一個與硅材料有關的物理常數，大約為1.2V，與PVT無關。α為Vbe的溫度系數，大約為-2mV/℃。

第二項為正溫度系數項，與絕對溫度成正比，稱為PTAT項。通過調整比值可以調整正溫度系數的大小；特別地，當時，第二項的正溫度系數大約為+2mV/℃，剛好抵消Vbe的負溫度系數。經過溫度補償后，VREF的表達式為：

VREF＝V_g0-αT+αT≈1.2V

如果產生零溫度系數基準電壓，那么基準電壓就必然是1.2V左右，否則就不是零溫度系數。如果基準輸出為1.2V，那么最小電源電壓至少還要增加一個PMOS管的過驅動電壓Vod(大約0.2V)，也就是1.4V。如果我們希望做到1V以下的最小工作電源電壓，同時希望可以輸出小于1V的任意的零溫度系數基準電壓，現有架構肯定是不行的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低壓、低功耗基準電路及其校準方法，消除了最低工作電源電壓受零溫基準電壓的限制，該結構可以輸出小于1V的零溫度系數基準電壓，并且該結構可以工作在更低的電源電壓下，同時輸出電壓的溫度系數和電壓絕對值的校準方法和相應的流程，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種低壓、低功耗基準電路，包括PTAT產生電路與VCC相接，PTAT產生電路與MP2相接，MP2一端與VCC相接，另一端與VREF、電阻R2和電阻R3并聯，電阻R2與接地的BJT管Q1的基極和集電極相接，電阻R3接地。

進一步地，PTAT產生電路包括電阻R1和電流鏡，對輸出節點列電流守恒方程：

求解得到：