CN101901018B - 电压基准电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压基准电路，包括一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源，只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的零温度系数可调电压基准源。本发明的电压基准电路能实现连续可调的零温漂电压基准源，适合BCD工艺实现。

Description

电压基准电路

技术领域

本发明涉及电源电路，特别涉及一种电压基准电路。 

背景技术

电源管理集成电路离不开电压基准电路，在过去的三十多年，电源集成电路中电压基准依靠能隙电压基准源经久不衰。传统的能隙电压基准源Vbg一般由V_BE+nV_T二部分组成，V_BE是负温度系数双极型晶体管(BJT)的基极与发射极电压，V_T是正温度系数恒定电流源的等效热电压，n为比例系数，n＞1。Vbg受到双极型晶体管的基极与发射极电压V_BE约0.7V的限制，加上n倍的正温度系数恒定电流源的等效热电压V_T，V_T与正温度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管电路中的两个BJT管的基极与发射极电压的差ΔV_BE线性相关，故输出电压基准也可表达为V_BE+n₁ΔV_BE组成，n₁为大于1的常数，输出电压基准值约1.2V，它是一种稳定可靠的不随温度变化的基准电压。在实际电路设计中常把能隙电压基准再通过电阻网络分压或倍压得到各种不同的基准电压。 

通常金属氧化物半导体场效应管(MOS)电路实现传统的零温度系数能隙电压基准电路有二种。 

一种如图1所示，它是由同类型比例BJT管电路20、MOS比例电流镜5、运算放大器18和输出部分第二电阻R2、第八BJT管T8等组成。MOS管比例电流镜部分5由P沟道金属氧化物场效应管(PMOS)第一MOS管 T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3组成，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶K，K是比例常数。它们的源极(S)都接电压源Vdd，它们的栅极(G)都连在一起接运算放大器18输出端，第一MOS管T1管的漏极(D)通过第六BJT管T6的PN结接地，第二MOS管T2管的漏极连接第一电阻R1到第七BJT管T7的PN结正极，第七BJT管T7的PN结负极接地，第三MOS管T3管的漏极连接电压基准Vref输出端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2另一端通过第八BJT管T8的PN结接地。运算放大器18负输入端连接第一MOS管T1的漏极和第六BJT管T6的正极，正输入端连接第二MOS管T2的漏极。同类型比例BJT管电路20由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电阻R1组成，其中有效发射区面积第七BJT管T7是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都连接成PN结构。输出部分的第八BJT管T8也连接成PN结构。该零温度系数能隙电压基准电路是利用运算放大器、MOS比例电流镜结合同类型比例双极型晶体管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差ΔV_BE在第一电阻R1上产生与温度成正比例系数的恒定电流 $\mathrm{Iptat}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}}}{R1}=\frac{V_{\mathrm{BE}6}-V_{\mathrm{BE}7}}{R1},$ V_BE6为第六BJT管T6的基极与发射极电压、V_BE7为第七BJT管T7的基极与发射极电压，该正温度特性电流通过MOS比例电流镜相应的比例K在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2＝K*Iptat*R2，而双极晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压V_BE8是负温度系数电压，当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的电压基准Vref＝K*Iptat*R2+V_BE8，而这电压正好接近半导体的能隙电压约1.2伏。 

另一种如图2所示，它是由同类型比例双极型晶体管(BJT)电路20、MOS比例电流镜5及正反馈启动电路和输出部分第二电阻R2、第八BJT管T8等组成。MOS管比例电流镜5及正反馈启动电路由PMOS(P沟道金属氧化物场效应管)第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3以及匹配NMOS(N沟道金属氧化物场效应管)第四MOS管、NMOS第五MOS管组成，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶K，K是比例常数。它们的源极(S)都接电压源Vdd，它们的栅极(G)都连在一起接NMOS第五MOS管T5的漏极，并且第二MOS管T2的栅漏极短接，第一MOS管T1管的漏极(D)连接NMOS第四MOS管T4的漏极和栅极，第四MOS管T4、第五MOS管T5的栅极短接形成偏置节点，第一MOS管T1、第二MOS管T2和第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路。第三MOS管T3的漏极连接电压基准Vref输出端和第二电阻R2一端，第二电阻R2另一端通过第八BJT管T8的PN结接地。同类型比例BJT管电路20由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电阻R1组成，其中发射区面积第七BJT管T7是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第一电阻R1一端连接第五MOS管T5的源极，另一端连接到第七BJT管T7的PN结正极，第七BJT管T7的负极接地，第六BJT管T6的PN结正极连接第四MOS管T4的源极，第六BJT管T6的PN结负极接地。该零温度系数能隙电压基准电路是利用正反馈启动电路结构、MOS比例电流镜再结合同类型比例双极晶体管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差ΔV_BE在第一电阻R1上产生与温度成正比例系数的恒定电流 $\mathrm{Iptat}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}}}{R1}=\frac{V_{\mathrm{BE}6}-V_{\mathrm{BE}7}}{R1},$ V_BE6为第六BJT管T6的基极与发射极电压、V_BE7为第七BJT管T7的基极与发 射极电压，该正温度特性电流通过比例电流镜相应的比例在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2＝K*Iptat*R2，而双极型晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压V_BE8是负温度系数电压，当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的电压基准Vref＝K*Iptat*R2+V_BE8，而这电压正好接近半导体的能隙电压约1.2伏。 

以上所述是传统常用的与温度变化无关的能隙电压基准源实现方法，其特点：Vref＝V_BE+n₁ΔV_BE，Vref＝V_BE+nV_T，(其中n₁和n是比例系数，为大于1的常数)。Vref总是要大于BJT管基极与发射极电压V_BE，故它受到BJT管基极与发射极电压V_BE约0.7V的限制，BJT管基极与发射极电压V_BE的负温度系数约为-2mV/℃，正温度系数恒定电流源的等效热电压V_T的正温度系数约0.086mV/℃，正温度系数恒定电流源的等效热电压V_T又与正温度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的基极与发射极电压的差ΔV_BE线性相关，故输出电压基准要达到稳定可靠的不随温度变化的电压，则正负温度系数要相互抵消，只有在固定的能隙电压基准一定范围内输出电压接近零温漂。当工艺一定，管子匹配，图1、图2中的输出电压基准Vref接近能隙电压基准源Vbg，基本就固定在1.2伏附近。Vbg(Bandgap voltage reference)表示能隙电压基准源，用于产生1.2V左右的与温度变化无关的基准电压，当把第二电阻R2加大，则输出电压增加，但其温度特性会偏向正温度系数变化，同理当把第二电阻R2减小，则输出电压降低，但其温度特性会偏向负温度系数变化。 

图3所示是双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下通常采 用的能隙电压基准电路原理图，它由正温度系数恒定电流源电路5、输出电阻Ro和BJT管9组成。正温度系数恒定电流源电路5向上连接电压源Vdd，向下连接电压基准Vref输出端和输出电阻Ro的一端，输出电阻Ro的另一端连接BJT管的PN结正极，BJT管的PN结负极连接地。从图3可推出：电压基准 $\mathrm{Vref}=k*\mathrm{Iptat}*R_0+V_{\mathrm{BE}}=k*\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}}}{R1}*R_0+V_{\mathrm{BE}},$ 当  $k*\frac{\mathrm{Ro}}{R1}*\frac{\∂{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}}}{\∂T}+\frac{{\∂V}_{\mathrm{BE}}}{\∂T}=0$ 时，Vref就是零温度系数的电压基准，其中k为比例常数，Iptat为正温度系数恒定电流，V_BE为BJT管的基极与发射极电压，ΔV_BE为正温度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的基极与发射极电压的差，R1为图1、图2所示电路中的第一电阻，T为温度。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电压基准电路，所述电压基准电路能实现连续可调的零温漂电压基准源，适合BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺实现。 

为解决上述技术问题，本发明的电压基准电路包括： 

一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref＝k1*Iptat+k2*Ictat，其中Iref为流经可调输出电阻的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系 数恒定电流，k1是比例常数，k2是比例常数；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的电阻值的零温度系数可调电压基准源Vref。 

所述负温度系数恒定电流源，可以是，包括NPN第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管，第五电阻，以及偏置电路；所述匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽长完全一致，第九MOS管的源极与第八BJT管的集电极、第五电阻的一端相连到电压源，第九MOS管的漏极连接第八BJT管的基极并向下与第三电阻的一端相连，第三电阻另一端接第四电阻的一端并连接第九MOS管的栅极，第四电阻的另一端与第八BJT管的发射极和第十MOS管的栅极连接，并与偏置电路相连，第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端。 

所述负温度系数恒定电流源，还可以是，包括PNP第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，NMOS第九MOS管，PMOS第十MOS管，第五电阻以及偏置电路；第四电阻的一端、PNP第八BJT管的发射极、第五电阻的一端连到电压源，第四电阻的另一端接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接NMOS第九MOS管的漏极和PNP第八BJT管的基极，第四电阻的另一端并与NMOS第九MOS管的栅极相连，NMOS第九MOS管的源极与PNP第八BJT管的集电极、PMOS第十MOS管的栅极以及偏置电路相连，PMOS管第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接可调输出电阻并作为电压基准Vref输出端。 

本发明的电压基准电路电路，利用双极型晶体管基极与发射极电压 V_BE及一组电路实现温度系数为负值的恒定输出电流Ictat和利用同类型比例BJT的两个BJT管的基极与发射极电压的差ΔV_BE及一组电路形成温度系数为正值的恒定输出电流Iptat，二者通过一定比例叠加得到一个只与电阻温度系数有关的恒定输出电流源Iref，再通过可调输出电阻从而产生一个正比于电阻值的零温度系数可调基准电压源Vref，由于可调输出电阻连续可调，所以基准电压也连续可调，不管实际电压偏大还是偏小，温度系数都接近零，可灵活应用于双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下的所有基准电压电路设计。 

附图说明

图1是传统的能隙电压基准源实现电路一； 

图2是传统的能隙电压基准源实现电路二； 

图3是传统的能隙电压基准源原理图； 

图4是本发明的电压基准电路原理图； 

图5是本发明使用正反馈电路结构的电压基准电路； 

图6是本发明使用运放电路结构的电压基准电路； 

图7是本发明使用正反馈电路结构和负温度系数恒定电流源的偏置电路为电阻的电压基准电路； 

图8是本发明使用正反馈电路结构和同类型比例BJT管电路为PNP的电压基准电路； 

图9是本发明使用正反馈电路结构和负温度系数恒定电流源变形的电压基准电路； 

图10是本发明使用运放结构和负温度系数恒定电流源变形的电压基准电路。 

具体实施方式

本发明的电压基准电路的电路原理如图4所示，它包括一正温度系数恒定电流源10，一负温度系数恒定电流源11，一可调输出电阻Ro；所述正温度系数恒定电流源10与负温度系数恒定电流源11并联，向上连接电压源Vdd，向下连接电压基准源Vref输出端和可调输出电阻Ro的一端，可调输出电阻Ro的另一端连接地；所述二不同温度系数恒定电流源按照一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref＝k1*Iptat+k2*Ictat，其中Iref为流经可调输出电阻Ro的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，k1与k2是比例常数，k1与k2满足等式 $k1*\frac{\∂\mathrm{Iptat}}{\∂T}+k2*\frac{\∂\mathrm{Ictat}}{\∂T}=0;$ 所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述可调输出电阻Ro产生一个正比于可调输出电阻Ro的电阻值的零温度系数可调电压基准源Vref。 

Vref＝(k1*Iptat+k2*Ictat)*Ro， 

当 $k1*\frac{\∂\mathrm{Iptat}}{\∂T}*\mathrm{Ro}+k1*\frac{\∂\mathrm{Ro}}{\∂T}*\mathrm{Iptat}+k2*\frac{\∂\mathrm{Ictat}}{\∂T}*\mathrm{Ro}+k2*\frac{\∂\mathrm{Ro}}{\∂T}*\mathrm{Ictat}=0$ 时，Vref就是零温度系数的电压基准。T为温度。 

本发明的电压基准电路的实施例一电路如图5所示，是双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下一种新颖可调的零温漂电压基准电路，它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。正温度系数恒定电流源10采用图2的正反馈启动电路结构，包 括同类型比例BJT管电路20、MOS比例电流镜5及正反馈启动电路；所述MOS比例电流镜5及正反馈启动电路包括PMOS第一MOS管T1、PMOS第二MOS管T2、PMOS第三MOS管T3，以及匹配NMOS第四MOS管T4、NMOS第五MOS管T5，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶k1，k1为比例常数，它们的源极都接电压源Vdd，它们的栅极都连接第五MOS管T5的漏极，并且第二MOS管T2的栅漏极短接，第一MOS管T1的漏极连接第四MOS管T4的漏极和栅极，第四MOS管T4、第五MOS管T5的宽长比例为1∶1，第四MOS管T4、第五MOS管T5的栅极短接形成偏置，第一MOS管T1、第二MOS管T2和第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路结构，第三MOS管T3的漏极连接所述可调输出电阻Ro作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路20包括NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7和第一电阻R1，其中第七BJT管T7的有效发射区面积是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第一电阻R1一端向上连接第五MOS管T5的源极，另一端连接到第七BJT管T7的集电极和基极，第七BJT管T7的发射极接地，第六BJT管T6的集电极和基极连接第四MOS管T4的源极，第六BJT管T6的发射极接地。负温度系数恒定电流源11包括NPN第八BJT管T8及分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，精密匹配PMOS第九MOS管T9、PMOS第十MOS管T10，PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽长完全一致，第五电阻R5以及偏置电路NMOS第十一MOS管T11，匹配PMOS第九MOS管T9的源极与NPN第八BJT管T8的集电极、第五电阻R5的一端相连到电压源Vdd，第九MOS管T9的漏极连接第八BJT管T8的基极并向下与第三电阻R3的一端相连，第三 电阻R3另一端接第四电阻R4的一端并连接第九MOS管T9的栅极，第四电阻R4的另一端与第八BJT管T8的发射极和第十MOS管T10的栅极连接，并与偏置电路第十一MOS管T11的漏极相连，第十一MOS管T11的源极接地，栅极接偏置电压Vbias，第十MOS管T10的源极接第五电阻R5的另一端，漏极接可调输出电阻Ro并作为电压基准Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端接地。 

本发明的电压基准电路的实施例二电路如图6所示，它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。图6与图5的区别在正温度系数恒定电流源10，图5采用图2的正反馈启动电路结构，图6采用图1的运算放大器结构。该正温度系数恒定电流源10包括同类型比例BJT管电路20、MOS管比例电流镜5、运算放大器18。MOS管比例电流镜5包括PMOS第一MOS管T1、PMOS第二MOS管T2、PMOS第三MOS管T3，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶k1，k1为常数，它们的源极都接电压源Vdd，它们的栅极都连在一起接运算放大器18输出端，第一MOS管T1的漏极连接同类型比例BJT管电路NPN第六BJT管T6的集电极和基极，第六BJT管T6的发射极接地，第二MOS管T2的漏极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接NPN第七BJT管T7的集电极和基极，第七BJT管T7的发射极接地，第三MOS管T3的漏极连接电压基准源Vref输出端。运算放大器18负输入端连接第一MOS管T1的漏极和第六BJT管T6的集电极和基极，正输入端连接第二MOS管T2的漏极和第一电阻R1的一端。同类型比例BJT管电路20包括NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7和第一电阻 R1，其中第七BJT管T7的有效发射极面积是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都是基极和集电极短接连接成二极管PN结构。负温度系数恒定电流源11由NPN第八BJT管T8，分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，精密匹配PMOS第九MOS管T9、PMOS第十MOS管T10、第五电阻R5以及偏置电路NMOS第十一MOS管T11；匹配PMOS管第九MOS管T9的源极与NPN管第八BJT管T8的集电极、第五电阻R5的一端相连到电压源Vdd，第九MOS管T9的漏极连接NPN第八BJT管T8的基极，并向下与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接第四电阻R4的一端及第九MOS管T9的栅极，第四电阻R4的另一端与NPN第八BJT管T8的发射极和匹配PMOS第十MOS管T10的栅极相连接，并与偏置电路第十一MOS管T11的漏极相连，第十一MOS管T11的源极接地，栅极接偏置电压Vbias，第十MOS管T10的源极接第五电阻R5的另一端，第十MOS管T10的漏极接可调输出电阻Ro并作为电压基准Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端接地。 

本发明的电压基准电路的实施例三如图8所示，图8所示电路是由图5改变而来，它们的差异在正温度系数恒定电流源10，图5中的同类型比例BJT管电路20包括基极和集电极短接的NPN第六BJT管T6、NPN第七BJT管T7，而图8中的同类型比例BJT管电路20的包括基极和集电极短接地的PNP第六BJT管T6、PNP第七BJT管T7，第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极、集电极同地短接，PNP第六BJT管T6的发射极接第四MOS管T4的源极，PNP第七BJT管T7的发射极接第一电阻R1的另一端，第七BJT管T7的有效发射极面积是第六BJT管T6的N倍(N＞1)。 

本发明的电压基准电路的实施例四电路如图9所示，图9所示电路实例是图5的变形电路。它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。正温度系数恒定电流源10采用图2的正反馈启动电路结构，它包括同类型比例BJT管电路20、MOS管比例电流镜5及正反馈启动电路。MOS比例电流镜5及正反馈启动电路包括PMOS(P沟道金属氧化物场效应管)第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶k1，它们的源极都接电压源Vdd，它们的栅极都连在一起连接NMOS第五MOS管T5的漏极，并且第五MOS管T2的栅漏极短接，第一MOS管T1的漏极连接NMOS第四MOS管T4的漏极和栅极，匹配NMOS第四MOS管T4、NMOS第五MOS管T5的栅极短接形成偏置，第一MOS管T1、第二MOS管T2和第四MOS管T4、第五MOS管T5组成正反馈启动电路结构。第三MOS管T3的漏极连接到电压基准源Vref输出端。同类型比例BJT管电路20包括PNP第六BJT管T6、PNP第七BJT管T7和第一电阻R1，其中第七BJT管T7的有效发射极面积是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7基极和集电极分别短接到地，第一电阻R1一端向上连接第五MOS管T5的源极，另一端连接到PNP第七BJT管T7的发射极，PNP第六BJT管T6的发射极连接第四MOS管T4的源极。负温度系数恒定电流源11包括PNP第八BJT管T8，分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4，NMOS第九MOS管T9，PMOS第十MOS管T10，第五电阻R5以及偏置电路第十一MOS管T11。第四电阻R4的一端、PNP第八BJT管T8的发射极、第五电阻R5的一端连到电压源Vdd，第四电阻R4的另一端接 第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接NMOS第九MOS管T9的漏极和PNP第八BJT管T8的基极，第四电阻R4的另一端并与NMOS第九MOS管T9的栅极相连，NMOS第九MOS管T9的源极与PNP第八BJT管T8的集电极以及PMOS第十MOS管T10的栅极相连，并与偏置电路NMOS第八MOS管T11的漏极相连，NMOS第十一MOS管T11的源极接地，第十一MOS管T11的栅极接偏置电压Vbias，PMOS第十MOS管T10的源极接第五电阻R5的另一端，第十MOS管T10的漏极接可调输出电阻Ro并作为电压基准源Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端接地。 

本发明的电压基准电路的实施例五电路如图10所示，图10所示电路是图6的另一种变形电路。它包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro。它与图9的差异在正温度系数恒定电流源10，图9采用了正反馈启动电路结构，图10采用了运算放大器结构，原理同，略。 

在图5、图6、图8、图9所示的电路中，负温度系数恒定电流源11的偏置电路可以选用NMOS管或PMOS管，只是所给偏置电压不同，也可以用适当的电阻，如图7所示，负温度系数恒定电流源电路部分11的偏置电路是第六电阻R6。对于图5、图6、图7的NPN第七BJT管T7和第一电阻R1的位置可互换，不影响电路性能，第七BJT管T7的集电极和基极接第五MOS管T5的源极，第七BJT管T7的发射极接第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端接地。各电路中正温度系数恒定电流源中的同类型比例BJT管电路中的第六BJT管、第七BJT管和第一电阻，只是要求第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地之间，第六BJT管 的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间即可，第六BJT管、第七BJT管可以是NPN管，也可以是PNP管。 

图5到图10都是从图4原理图衍生而来，它们都包括正温度系数恒定电流源10、负温度系数恒定电流源11及可调输出电阻Ro三大部分。各自区别在于采用不同的正温度系数恒定电流源10、不同的负温度系数恒定电流源11组合，虽然电路不尽相同，但最终实现的功能是一样的。图5、图6和图7中第六BJT管T6、第七BJT管T7、第八BJT管T8由于都是同类型的比例NPN管，它们电路的温度系数调节是线性相同的，图8由于正温度系数电流源10产生ΔV_BE是PNP管，故其参数略有不同。图9和图10所示电路负温度系数恒定电流源11的第九MOS管T9、第十MOS管T10是不同类型的，故其栅源电压Vgs不同，不能抵消，所以温度系数调节比较复杂。总之这些电路都是先通过电路设计把正温度系数恒定电流源和负温度系数恒定电流源按特定比例叠加，实现只与电阻温度系数相关的恒定电流源，通过可调输出电阻Ro实现可调的零温度系数的电压基准源，由于可调输出电阻Ro连续可调，所以基准电压也连续可调，可灵活应用于双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下的所有基准电压电路设计。当去掉可调输出电阻Ro时，可直接作为只与电阻温度系数相关的恒定电流基准源用。 

图5到图8中的负温度系数恒定电流源的负温度系数电流k2*Ictat由第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第八BJT管T8的基极与射极电压V_BE8决定， $K2*\mathrm{Ictat}=\frac{R4}{(R3+R4)R5}*V_{\mathrm{BE}8};$ 图5、图6、图7和图8电路参数特定比例关系满足条件： 

$\frac{{\∂V}_T}{\∂T}*\frac{k1}{R1}\ln \left(N\right)*\mathrm{Ro}+\frac{{\∂V}_{\mathrm{BE}8}}{\∂T}\frac{R_4}{(R_3+R_4)R_5}*\mathrm{Ro}=0;$

其中R1为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为可调输出电阻，第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶k1，同类型比例BJT管电路第六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1∶N，N＞1，V_BE8为NPN第八BJT管的基极射极电压，V_T为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。 

图9、图10中的负温度系数恒定电流源的负温度系数电流k2*Ictat由第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第八BJT管T8的的基极与射极电压V_BE8、第九MOS管T9栅源电压Vgs9及第十MOS管T10栅源电压Vgs10决定， $K2*\mathrm{Ictat}=\frac{R4}{(R3+R4)R5}*V_{\mathrm{BE}8}+\frac{\mathrm{Vgs}9-\mathrm{Vgs}10}{R5};$ 图9、图10电路参数特定比例关系满足条件： 

$\frac{{\∂V}_T}{\∂T}*\frac{k1}{R1}\ln \left(N\right)*\mathrm{Ro}+\frac{{\∂V}_{\mathrm{BE}8}}{\∂T}\frac{R_4}{(R_3+R_4)R_5}*\mathrm{Ro}+\left(\frac{\∂\mathrm{Vgs}9}{\∂T}\frac{\∂\mathrm{Vgs}10}{\∂T}\right)*\frac{1}{R5}*\mathrm{Ro}=0$

其中R1为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为可调输出电阻，第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶k1，同类型比例BJT管电路第六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1∶N，N＞1，V_BE8为PNP第八BJT管的基极射极电压，V_gs9为NMOS第九MOS管栅源电压，V_gs10为PMOS第十MOS管栅源电压，V_T为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。 

Claims (7)

1.一种电压基准电路，其特征在于，包括：

一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref＝k1*Iptat+k2*Ictat，其中Iref为流经可调输出电阻的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，k1是比例常数，k2是比例常数；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的电阻值的零温度系数可调电压基准源Vref；

所述负温度系数恒定电流源，包括NPN第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管，第五电阻，以及偏置电路；所述匹配PMOS第九MOS管、PMOS第十MOS管的宽长完全一致，第九MOS管的源极与第八BJT管的集电极、第五电阻的一端相连到电压源，第九MOS管的漏极连接第八BJT管的基极并向下与第三电阻的一端相连，第三电阻另一端接第四电阻的一端并连接第九MOS管的栅极，第四电阻的另一端与第八BJT管的发射极和第十MOS管的栅极连接，并与偏置电路相连，第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端。

2.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜及正反馈启动电路；所述MOS管比例电流镜及正反馈启动电路包括PMOS第一MOS管、PMOS第二MOS管、PMOS第三MOS管、NMOS第四MOS管、NMOS第五MOS管，其中第一MOS管、第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶1∶k1，k1为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连接第五MOS管的漏极，并且第二MOS管的栅漏极短接，第一MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极和栅极，第四MOS管、第五MOS管的栅极相连，第一MOS管、第二MOS管和第四MOS管、第五MOS管组成正反馈启动电路结构，其中第四MOS管与第五MOS管的宽长比例为1∶1，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地之间，第六BJT管的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间。

3.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜、一运算放大器；所述MOS比例电流镜包括PMOS第一MOS管、PMOS第二MOS管、PMOS第三MOS管，其中第一MOS管、第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶1∶k1，k1为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连在一起接所述运算放大器输出端，第一MOS管的漏极接所述运算放大器负输入端，第二MOS管的漏极接所述运算放大器正输入端，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于所述运算放大器正输入端和地之间，第六BJT管的PN结串接于所述运算放大器负输入端和地之间。

4.根据权利要求1、2、3任一项所述的电压基准电路，其特征在于，电路参数特定比例关系满足条件：

$\frac{{\∂V}_T}{\∂T}*\frac{k1}{R1}\ln \left(N\right)*\mathrm{Ro}+\frac{{\∂V}_{\mathrm{BE}8}}{\∂T}\frac{R_4}{(R_3+R_4)R_5}*\mathrm{Ro}=0;$

其中R1为第一电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Ro为可调输出电阻，第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶k1，同类型比例BJT管电路第六BJT管有效发射区面积与第七BJT管有效发射区面积的比例为1∶N，N＞1，V_BE8为NPN第八BJT管的基极射极电压，V_T为正温度系数恒定电流源的等效热电压，T为温度。

5.一种电压基准电路，其特征在于，包括：

一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温度系数恒定电流源与负温度系数恒定电流源并联，向上连接电压源，向下连接电压基准源输出端和可调输出电阻的一端；所述二不同温度系数恒定电流源按一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref＝k1*Iptat+k2*Ictat，其中Iref为流经可调输出电阻的恒定输出电流源，Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，k1是比例常数，k2是比例常数；所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源Iref通过所述可调输出电阻产生一个正比于可调输出电阻的电阻值的零温度系数可调电压基准源Vref；

所述负温度系数恒定电流源，包括PNP第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻，NMOS第九MOS管，PMOS第十MOS管，第五电阻以及偏置电路；第四电阻的一端、PNP第八BJT管的发射极、第五电阻的一端连到电压源，第四电阻的另一端接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接NMOS第九MOS管的漏极和PNP第八BJT管的基极，第四电阻的另一端并与NMOS第九MOS管的栅极相连，NMOS第九MOS管的源极与PNP第八BJT管的集电极、PMOS第十MOS管的栅极以及偏置电路相连，PMOS管第十MOS管的源极接第五电阻的另一端，漏极接可调输出电阻并作为电压基准Vref输出端。

6.根据权利要求5所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜及正反馈启动电路；所述MOS管比例电流镜及正反馈启动电路包括PMOS第一MOS管、PMOS第二MOS管、PMOS第三MOS管、NMOS第四MOS管、NMOS第五MOS管，其中第一MOS管、第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶1∶k1，k1为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连接第五MOS管的漏极，并且第二MOS管的栅漏极短接，第一MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极和栅极，第四MOS管、第五MOS管的栅极相连，第一MOS管、第二MOS管和第四MOS管、第五MOS管组成正反馈启动电路结构，其中第四MOS管与第五MOS管的宽长比例为1∶1，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于第五MOS管的源极和地之间，第六BJT管的PN结串接于第四MOS管的源极和地之间。

7.根据权利要求5所述的电压基准电路，其特征在于，所述正温度系数恒定电流源，包括同类型比例BJT管电路、MOS管比例电流镜、一运算放大器；所述MOS比例电流镜包括PMOS第一MOS管、PMOS第二MOS管、PMOS第三MOS管，其中第一MOS管、第二MOS管与第三MOS管的宽长比例为1∶1∶k1，k1为比例常数，它们的源极都接电压源，它们的栅极都连在一起接所述运算放大器输出端，第一MOS管的漏极接所述运算放大器负输入端，第二MOS管的漏极接所述运算放大器正输入端，第三MOS管的漏极连接所述可调输出电阻作为电压基准源Vref输出端；所述同类型比例BJT管电路包括第六BJT管、第七BJT管和第一电阻，第一电阻同第七BJT管的PN结串接于所述运算放大器正输入端和地之间，第六BJT管的PN结串接于所述运算放大器负输入端和地之间。

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