CN101763136A - 一种非对称带隙基准电路 - Google Patents

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张小兴
戴宇杰
吕英杰
林鹏程
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Abstract

一种非对称带隙基准电路，其特征在于它包括正温度系数电流生成单元、负温度系数电流生成单元、零温度系数基准电压VREF生成单元、开关管控制单元以及启动电路Start up；本发明的优越性：①使用单边电阻R2作为温度补偿的低压带隙基准电路；②获得的带隙基准电压VREF具有低电源电压动作、极低的温漂以及较好的电源特性；③在运放存在较大失调电压时仍能正常动作；④结构简单，操作方便，可为任何系统提供精确稳定的基准电压。

Description

一种非对称带隙基准电路
(一)技术领域：
本发明涉及一种基准电压补偿电路，尤其是一种非对称带隙基准电路。
(二)背景技术：
在一般系统中，带隙基准电路一般有两种。(1)如图1-a所示，普通带隙基准电路，启动电压高，输出电压不可调；(2)如图1-b所示，普通低压带隙基准电路，启动电压低，输出电压可以为任意值，且以上电路在运放存在较大失调电压时会发生无法启动的问题，如图4所示，这样会限制芯片的成品率。
(三)发明内容：
本发明的目的在于设计一种非对称带隙基准电路，它可以克服现有技术的不足，使获得的带隙基准电压除了低电源电压动作、极低的温漂、较好的电源特性外，还可以在运放存在较大失调电压时仍能正常动作。
本发明的技术方案：一种非对称带隙基准电路，包括电源电压端子VDD，其特征在于它包括正温度系数电流生成单元、负温度系数电流生成单元、零温度系数基准电压VREF生成单元、开关管控制单元以及启动电路Start up；其中，所说的正温度系数电流生成单元的输入端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的负温度系数电流生成单元的输入端端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的零温度系数基准电压VREF生成单元的输入端连接端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的开关管控制单元的输入端连接电源电压端子VDD，其输出端连接在启动电路Start up两端，且零温度系数输出基准电压VREF。
上述所说的正温度系数电流生成单元是由晶体管Q1、晶体管Q2和电阻R1组成，其中晶体管Q1的基极与晶体管Q2的基极连接，并同时接地，其发射极接地，集电极则与开关控制单元的输出端连接；所说的晶体管Q2的发射极接地，集电极则经电阻R1与开关控制单元的输出端连接；且由电阻R1得到正温度系数电流I1.
上述所说的负温度系数电流生成单元由电阻R2构成，且电阻R2并联在电阻R1和晶体管Q2的发射极之间，生成负温度系数电流I2。
上述所说的零温度系数基准电压生成单元是由电阻R3组成，其一端连接开关管控制单元的输出端，另一端接地。
上述所说的开关管控制单元是由放大器AMP、开关管M1、开关管M2、开关管M3组成；其中，放大器AMP的负向输入端VN与开关管M1的漏极以及晶体管Q1的集电极连接，其正向输入端VP与电阻R1远离晶体管Q2的一端、电阻R2的非接地端以及开关管M2的漏极连接，其输出端与开关管M1的栅极、开关管M2的栅极和开关管M3的栅极连接；所说的开关管M1的漏极与晶体管Q1的集电极连接，源极与开关管M2的源极、开关管M3的源极连接，并共同连接电源电压端子VDD，其栅极则与开关管M2的栅极、开关管M3的栅极连接，并共同连接放大器AMP的输出端；所说的开关管M2的漏极连接放大器AMP的正向输入端、电阻R1远离晶体管Q2的一端和电阻R2的非接地端；开关管M3的漏极连接电阻R3的非接地端，且由电阻R3得到零温度系数基准电压VREF。
上述所说的启动电路Start up输入端连接基准电压输出VREF，输出端连接放大器AMP的输出端。
上述所说的VP、VN两点电压相同。
上述所说的正温度系数电流I1和负温度系数电流I2相等。
一种非对称带隙基准电路，其特征在于它可以作为基准电压生成电路应用在需要取得基准电压的系统中。
本发明的工作原理：根据运放的虚短虚断原理，VP＝VN，根据I1＝(Vt*lnn*(I0/I1))/R1，I2＝VBE1/R2，可知正温度系数略有降低，也就是说温度特性略有下降；但是，由于只存在单边电阻，在VP、VN电压较低，即Q1、Q2截止时，两条支路阻抗相差很大，这样，即使运放存在较大失调电压，该结构电路能仍正常动作；总之，该结构通过单边进行电阻补偿的方式，在略微降低温度特性的前提下，使运放存在较大失调电压时仍能正常动作。
本发明的优越性：①使用单边电阻R2作为温度补偿的低压带隙基准电路；②获得的带隙基准电压VREF具有低电源电压动作、极低的温漂以及较好的电源特性；③可以在运放存在较大失调电压时仍能正常动作；④电路结构简单，操作方便，可为任何系统提供精确稳定的基准电压。
(四)附图说明：
图1为现有技术的电路结构图(其中，1-a为普通BandGap电路结构图；图1-b为低电源电压BandGap电路结构图)。
图2为本发明所涉一种非对称带隙基准电路的电路结构示意图。
图3为本发明所涉一种非对称带隙基准电路的特性曲线图(其中，图3-a为温度特性曲线；图3-b为电源特性曲线；图3-c为运放存在较大失调电压时的特性曲线)。
图4为普通低压带隙基准电路在运放存在较大失调电压时的特性曲线。
(五)具体实施方式：
实施例：一种非对称带隙基准电路(见图2)，包括电源电压端子VDD，其特征在于它包括正温度系数电流生成单元、负温度系数电流生成单元、零温度系数基准电压VREF生成单元、开关管控制单元以及启动电路Start up；其中，所说的正温度系数电流生成单元的输入端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的负温度系数电流生成单元的输入端端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的零温度系数基准电压VREF生成单元的输入端连接端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的开关管控制单元的输入端连接电源电压端子VDD，其输出端连接在启动电路Start up两端，且零温度系数输出基准电压VREF。
上述所说的(见图2)正温度系数电流生成单元是由晶体管Q1、晶体管Q2和电阻R1组成，其中晶体管Q1的基极与晶体管Q2的基极连接，并同时接地，其发射极接地，集电极则与开关控制单元的输出端连接；所说的晶体管Q2的发射极接地，集电极则经电阻R1与开关控制单元的输出端连接；且由电阻R1得到正温度系数电流I1；
上述所说的(见图2)负温度系数电流生成单元由电阻R2构成，且电阻R2并联在电阻R1和晶体管Q2的发射极之间，生成负温度系数电流I2；
上述所说的(见图2)零温度系数基准电压生成单元是由电阻R3组成，其一端连接开关管控制单元的输出端，另一端接地；
上述所说的(见图2)开关管控制单元是由放大器AMP、开关管M1、开关管M2、开关管M3组成；其中，放大器AMP的负向输入端VN与开关管M1的漏极以及晶体管Q1的集电极连接，其正向输入端VP与电阻R1远离晶体管Q2的一端、电阻R2的非接地端以及开关管M2的漏极连接，其输出端与开关管M1的栅极、开关管M2的栅极和开关管M3的栅极连接；所说的开关管M1的漏极与晶体管Q1的集电极连接，源极与开关管M2的源极、开关管M3的源极连接，并共同连接电源电压端子VDD，其栅极则与开关管M2的栅极、开关管M3的栅极连接，并共同连接放大器AMP的输出端；所说的开关管M2的漏极连接放大器AMP的正向输入端、电阻R1远离晶体管Q2的一端和电阻R2的非接地端；开关管M3的漏极连接电阻R3的非接地端，且由电阻R3得到零温度系数基准电压VREF；
上述所说的(见图2)启动电路Start up输入端连接基准电压输出VREF，输出端连接放大器AMP的输出端。
上述所说的VP、VN两点电压相同。
上述所说的正温度系数电流I1和负温度系数电流I2相等。
一种非对称带隙基准电路，其特征在于它可以作为基准电压生成电路应用在需要取得基准电压的系统中。
图3-a是本次发明的温度特性曲线，其温漂为(4m/996m)/165deg＝24ppm/deg，仍然很好；
图3-b是本次发明的电源特性曲线，其漂移为(2m/996m)/1.5V＝1.3m/V，也很好；
图3-c是本次发明电路在运放存在较大失调电压时的结果曲线，与图4普通低压带隙基准相比，在同样失调电压时，本发明电路仍能正常动作，而普通低压带隙基准电路则无法正常动作。

Claims (9)

1.一种非对称带隙基准电路，包括电源电压端子VDD，其特征在于它包括正温度系数电流生成单元、负温度系数电流生成单元、零温度系数基准电压VREF生成单元、开关管控制单元以及启动电路Start up；其中，所说的正温度系数电流生成单元的输入端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的负温度系数电流生成单元的输入端端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的零温度系数基准电压VREF生成单元的输入端连接端连接开关管控制单元的输出端，其输出端接地；所说的开关管控制单元的输入端连接电源电压端子VDD，其输出端连接在启动电路Start up两端，且零温度系数输出基准电压VREF。
2.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于所说的正温度系数电流生成单元是由晶体管Q1、晶体管Q2和电阻R1组成，其中晶体管Q1的基极与晶体管Q2的基极连接，并同时接地，其发射极接地，集电极则与开关控制单元的输出端连接；所说的晶体管Q2的发射极接地，集电极则经电阻R1与开关控制单元的输出端连接；且由电阻R1得到正温度系数电流I1。
3.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于的负温度系数电流生成单元由电阻R2构成，且电阻R2并联在电阻R1和晶体管Q2的发射极之间，生成负温度系数电流I2。
4.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于的零温度系数基准电压生成单元是由电阻R3组成，其一端连接开关管控制单元的输出端，另一端接地。
5.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于所说的开关管控制单元是由放大器AMP、开关管M1、开关管M2、开关管M3组成；其中，放大器AMP的负向输入端VN与开关管M1的漏极以及晶体管Q1的集电极连接，其正向输入端VP与电阻R1远离晶体管Q2的一端、电阻R2的非接地端以及开关管M2的漏极连接，其输出端与开关管M1的栅极、开关管M2的栅极和开关管M3的栅极连接；所说的开关管M1的漏极与晶体管Q1的集电极连接，源极与开关管M2的源极、开关管M3的源极连接，并共同连接电源电压端子VDD，其栅极则与开关管M2的栅极、开关管M3的栅极连接，并共同连接放大器AMP的输出端；所说的开关管M2的漏极连接放大器AMP的正向输入端、电阻R1远离晶体管Q2的一端和电阻R2的非接地端；开关管M3的漏极连接电阻R3的非接地端，且由电阻R3得到零温度系数基准电压VREF。
6.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于所说的启动电路Start up输入端连接基准电压输出VREF，输出端连接放大器AMP的输出端。
7.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于所说的VP、VN两点电压相同。
8.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于所说的正温度系数电流I1和负温度系数电流I2相等。
9.根据权利要求1中所述一种非对称带隙基准电路，其特征在于它可以作为基准电压生成电路应用在需要取得基准电压的系统中。
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