CN102681592A - 电压基准电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压基准电路，包括电流镜像电路的供电端与电源连接，其输入端与第一场效应管的漏极连接，其第一输出端与第二场效应管的漏极连接，其第二输出端通过第一电阻与三极管的输入端连接；第一场效应管的栅极与第二场效应管的漏极连接，其源极与第二场效应管的栅极连接，并通过第二电阻与第三场效应管的漏极连接；第二场效应管的源极与地连接；第三场效应管的栅极与其漏极连接，其源极与地连接；第二场效应管的电流密度大于第三场效应管；电流镜像电路输出的第一电流的大小与基准电流的大小满足第一比例关系；三极管与第一电阻构成电压基准电路的输出端，利用较小的芯片面积、较低的功耗获得了较高精度的基准电压。

Description

电压基准电路

技术领域

本发明涉及电路技术，尤其涉及一种电压基准电路。

背景技术

在集成电路系统中，电压基准电路是一个常见且重要的电路模块，它的精度、温度系数、电源电压抑制比等特性都是电路的重要性能指标。

电压基准电路可以通过很多种电路结构来实现，最常见的是带隙基准电路（bandgap电路）。bandgap电路的电路结构也有很多种，图1所示为一种常见的bandgap电路结构，主要由三极管Q1、Q2，电阻R1、R2、R3，以及运算放大器A1构成，各器件之间的连接关系如图1所示。bandgap电路的优点是能提供较精准的基准电压，并且基准电压随温度、电源电压、工艺角等的变化都非常小，使得它可以作为理想的基准电压源，广泛应用于很多高性能系统中。

但是，在bandgap电路中，为提供较为精准的基准电压，往往都要采用运算放大器及多个三极管器件，这使得bandgap电路的面积和功耗都较大。

发明内容

本发明提供一种电压基准电路，用以降低电压基准电路的面积和功耗。

本发明一方面提供一种电压基准电路，包括电流镜像电路、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电阻、第二电阻和三极管；

所述电流镜像电路的供电端与电源连接，所述电流镜像电路的输入端与所述第一场效应管的漏极连接，所述电流镜像电路的第一输出端与所述第二场效应管的漏极连接，所述电流镜像电路的第二输出端通过所述第一电阻与所述三极管的输入端连接，所述三极管的基极和集电极连接；

所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的栅极连接，并通过所述第二电阻与所述第三场效应管的漏极连接；所述第二场效应管的源极与地连接；所述第三场效应管的栅极与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极与所述地连接；所述三极管的输出端与所述地连接；

所述第二场效应管的电流密度大于所述第三场效应管的电流密度；

所述电流镜像电路的第二输出端输出的第一电流的大小与所述输入端输出的基准电流的大小满足预设的第一比例关系；

所述三极管与所述第一电阻构成所述电压基准电路的输出端，用于输出基准电压。

本发明另一方面提供一种电压基准电路，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电流镜像电路、第二电流镜像电路、第一电阻、第二电阻和三极管；

所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极和所述第一电流镜像电路的供电端分别与电源连接；所述第二场效应管的漏极通过所述第一电阻分别与所述第一场效应管的栅极和所述第三场效应管的源极连接，所述第二场效应管的栅极和所述第二场效应管的漏极连接；所述第三场效应管的栅极与所述第一场效应管的漏极连接；

所述第一场效应管的漏极、所述第三场效应管的漏极和所述第一电流镜像电路的输入端分别与所述第二电流镜像电路的第一输出端、所述第二电流镜像电路的输入端和所述第二电流镜像电路的第二输出端连接，所述第二电流镜像电路的供电端与地连接；

所述第一电流镜像电路的输出端通过所述第二电阻与所述三极管的输入端连接，所述三极管的输出端与所述地连接，所述三极管的基极和所述三极管的集电极连接；

所述第二场效应管的电流密度小于所述第一场效应管的电流密度；

所述第二电流镜像电路的第二输出端输入的第一电流的大小与所述第二电流镜像电路的输入端输入的基准电流的大小相等；所述第一电流镜像电路的输出端输出的第二电流的大小与所述第一电流镜像电路的输入端输出的所述第一电流的大小满足预设的第一比例关系；

所述三极管与所述第二电阻构成所述电压基准电路的输出端，用于输出基准电压。

上述技术方案中的一种电压基准电路，利用电流镜像电路控制电压基准电路中各支路的电流之间的比例关系，通过选用适当的场效应管，利用场效应管之间的栅源电压差的正温度特性，补偿三极管由于负温度特性而变化的电压，从而在电压基准电路的输出端，获得精准的基准电压；另外，由于该电压基准电路中不需要使用运算放大器，且仅使用了一个三极管，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

上述技术方案中的另一种电压基准电路，利用两个电流镜像电路配合控制电压基准电路中各支路的电流之间的比例关系，通过选用适当的场效应管，利用场效应管之间的栅源电压差的正温度特性，补偿三极管由于负温度特性而变化的电压，从而在电压基准电路的输出端，获得精准的基准电压；另外，由于该电压基准电路中不需要使用运算放大器，且仅使用了一个三极管，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

附图说明

图1为一种常见的bandgap电路结构；

图2A为本发明一种电压基准电路实施例的电路结构示意图；

图2B为本发明一种电压基准电路实施例的具体电路结构示意图；

图3A为本发明另一种电压基准电路实施例的电路结构示意图；

图3B为本发明另一种电压基准电路实施例的具体电路结构示意图。

具体实施方式

图2A为本发明一种电压基准电路实施例的电路结构示意图，图2B为本发明一种电压基准电路实施例的具体电路结构示意图，即图2B为图2A所示的电压基准电路的一种具体的电路结构。

如图2A和图2B所示，该电压基准电路包括电流镜像电路（CurrentMirror）11、第一场效应管12、第二场效应管13、第三场效应管14、第一电阻15、第二电阻16和三极管17。

本发明实施例的电压基准电路中的场效应管为N沟道场效应管。

电流镜像电路11包括供电端、输入端、第一输出端和第二输出端。供电端与电源连接，用于为电压基准电路供电，电流从供电端流入电流镜像电路11，分别从电流镜像电路11的输入端、第一输出端和第二输出端流出，需要说明的是，输入端和输出端仅为对电流镜像电路端口的定义，并不体现电流的流向。

电流镜像电路11的输入端与第一场效应管12的漏极连接，从电流镜像电路11的输入端流入第一场效应管12的电流为基准电流，基准电流经过第二电阻16流入第三场效应管14；电流镜像电路11的第一输出端与第二场效应管13的漏极连接，从电流镜像电路11的第一输出端流入第二场效应管13的电流为第二电流；电流镜像电路11的第二输出端通过第一电阻15与三极管17的输入端连接，从电流镜像电路11的第二输出端流入第一电阻15和三极管17的电流为第一电流。

第一场效应管12包括栅极、源极和漏极，第一场效应管12的漏极与电流镜像电路11的输入端连接；第一场效应管12的栅极与第二场效应管13的漏极连接，第一场效应管12的源极与第二场效应管13的栅极连接，并且第一场效应管12的源极还通过第二电阻16与第三场效应管14的漏极连接。

第二场效应管13包括栅极、源极和漏极，第二场效应管13的漏极分别与电流镜像电路11的第一输出端和第一场效应管12的栅极连接；第二场效应管13的栅极与第一场效应管12的源极连接，并通过第二电阻16与第三场效应管14的漏极连接；第二场效应管13的源极与地连接。

第三场效应管14包括栅极、源极和漏极，第三场效应管14的漏极通过第二电阻16与第一场效应管12的源极和第二场效应管13的栅极连接，并且第三场效应管14的漏极与第三场效应管14的栅极连接；第三场效应管14的源极与地连接。其中，第三场效应管14的栅极和漏极被连接在一起之后，第三场效应管14在本发明实施例中的功用相当于二极管。

三极管17包括发射极、基极和集电极，三极管17的基极和集电极连接，该三极管17在本发明实施例中的功用相当于二极管。

当选用PNP型三极管作为三极管17时，则该三极管17的发射极作为输入端，其集电极即为输出端；当选用NPN型三极管作为三极管17时，则该三极管17的集电极作为输入端，其发射极即为输出端。三极管17的输入端通过第一电阻15与电流镜像电路11的第二输出端连接；三极管17的输出端与地连接。

第一电阻15的两端分别与电流镜像电路11的第二输出端和三极管17的输入端连接；第二电阻16的一端分别与第一场效应管12的源极和第二场效应管13的栅极连接，第二电阻16的另一端分别与第三场效应管14的漏极和第三场效应管14的栅极连接。

具体的工作原理为，通过将第一场效应管12的源极与第二场效应管13的栅极连接，使得第二电阻与第一场效应管12的源极连接的一端相对于地的电压为第二场效应管13的栅源电压；通过将第三场效应管14的栅极和漏极连接，使得第二电阻16与第三场效应管14的漏极连接的一端相对于地的电压为第三场效应管14的栅源电压。因此第二电阻16两端的电压差为第二场效应管13的栅源电压与第三场效应管14的栅源电压之差，从而基准电流的大小由第二场效应管13的栅源电压的大小、第三场效应管14的栅源电压的大小以及第二电阻16的电阻大小决定。

第一场效应管12的栅极与第二场效应管13的漏极连接，在本发明实施例的电压基准电路中构成反馈电路，通过选用适当的第一场效应管12能够使得该电压基准电路工作在合适的静态工作点上，并且能够对电源的噪声起到一定的抑制作用。

三极管17和第一电阻15构成本发明实施例中的电压基准电路的输出端，从该输出端输出的电压为基准电压，也就是说，在本发明实施例的电路中，电流镜像电路11的第二输出端相对于地的电压为基准电压。

设基准电压为V_ref，第一电阻15的电阻大小为R₁，流过第一电阻15的第一电流的大小为I₁，第二电阻16的电阻大小为R₂，流过第二电阻16的基准电流的大小为I_o，第二场效应管13的栅源电压为V_gs2，第三场效应管14的栅源电压为V_gs3，三极管17的发射极与基极之间的电压差为|V_be|，由于PNP型三极管的V_be小于零，NPN型三极管的V_be大于零，故此处取V_be的绝对值进行计算。

本发明实施例的电压基准电路中，第二场效应管13的电流密度大于第三场效应管14的电流密度，具体的，可以包括以下方式。

方式一，通过电流镜像电路11控制第二电流的大小与基准电流的大小相等，并且在选择第二场效应管13和第三场效应管14时，将沟道宽长比W/L较大的场效应管作为第三场效应管14，将W/L较小的场效应管作为第二场效应管13。其中，当分别输入两个场效应管的电流相等时，则W/L较小的场效应管的|V_gs|较大，相应地，该场效应管的电流密度较大。在采用N沟道场效应管的情况下，V_gs2大于V_gs3。

方式二，选用W/L相等的两个场效应管分别作为第二场效应管13和第三场效应管14，并且通过电流镜像电路11控制第二电流的大小大于基准电流的大小，从而使得第二电流输入第二场效应管13，并且基准电流输入第三场效应管14之后，第二场效应管13的电流密度大于第三场效应管14的电流密度。在这样的实现方式下，V_gs2大于V_gs3。

方式三，结合上述两种方式，不仅通过电流镜像电路11控制第二电流的电流大小大于基准电流的大小，而且选用W/L较小的场效应管作为第二场效应管13，选用W/L较大的场效应管作为第三场效应管14。在这样的实现方式下，V_gs2大于V_gs3。

除了需要满足第二场效应管13的电流密度小于第三场效应管14的电流密度以外，电流镜像电路11还需要控制第二输出端输出的第一电流的大小与基准电流的大小满足预设的第一比例关系。该第一比例关系具体为，第一电流与基准电流的第一比例关系为I₁=k₁×I_o。

根据本发明实施例中的电路结构可知，

V_ref=|V_be|+V_R1，其中，V_R1=R₁×I₁，I₁=k₁×I_o，I_o=（V_gs2-V_gs3）/R₂

因此，V_ref=|V_be|+R₁×k₁×（V_gs2-V_gs3）/R₂，

即V_ref=|V_be|+R₁×k₁×ΔV_gs/R₂

由此可知，本发明实施例中的电压基准电路的基准电压，由三极管17的导通电压|V_be|、第二场效应管13的栅源电压、第三场效应管14的栅源电压、第一电阻和第二电阻的大小，以及第一电流和基准电流的比例关系共同决定。

当工作温度发生变化时，第一电阻和第二电阻的电阻大小的比值不会随之变化，而三极管由于其工作特性，使得其导通电压|V_be|会随着温度的升高而降低，反之同理，即三极管具有负温度特性；场效应管由于其工作特性，同样具有负温度特性，但是由于电流密度不同的场效应管随着温度的变化，其栅源电压变化的幅度不同，具体的，在工作温度升高时，电流密度较小的场效应管，|V_gs|下降的幅度较大，而电流密度较大的场效应管，|V_gs|下降的幅度较小。

本发明所采用的场效应管为N沟道场效应管，第二场效应管13的V_gs2和第三场效应管14的V_gs3均大于零。因此，在第二场效应管13和第三场效应管14各自具有负温度特性的情况下，两场效应管的栅源电压之差ΔV_gs=V_gs2-V_gs3，具有正温度特性，也就是说，随着温度的升高，ΔV_gs是增大的。因此，利用ΔV_gs的正温度特性能够补偿三极管17由于负温度特性而变化的电压。

另外，由于相对于ΔV_gs而言，|V_be|的数值较大，而数值ΔV_gs较小，故为了利用ΔV_gs更有效地起到电压补偿作用，需要选择合适的R₁、R₂和k₁，从而在第一电阻15和三极管17构成的电压基准电路的输出端，获得稳定的基准电压。其中各元器件具体的参数指标，需要根据实际的电路结构决定。

本发明实施例中的电压基准电路，利用电流镜像电路控制电压基准电路中各支路的电流之间的比例关系，通过选用适当的场效应管，利用场效应管之间的栅源电压差的正温度特性，补偿三极管由于负温度特性而变化的电压，从而在电压基准电路的输出端，获得精准的基准电压；另外，由于该电压基准电路中不需要使用运算放大器，且仅使用了一个三极管，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

进一步地，在上述实施例的基础上，该电压基准电路还可以包括，第一电阻的大小与第二电阻的大小满足预设的第二比例关系。

第一电阻与第二电阻的第二比例关系为R₁=k₂×R₂，从而使得参考电压为

V_ref=|V_be|+k₁×k₂×ΔV_gs。

由此可知，本发明实施例中的电压基准电路的基准电压，由三极管17的导通电压|V_be|、第二场效应管13的栅源电压、第三场效应管14的栅源电压、第一电流和基准电流的比例关系，以及第一电阻和第二电阻的比例关系共同决定。

虽然第二场效应管13和第三场效应管14均具有负温度特性，但是ΔV_gs具有正温度特性，并通过选择合适的k₁和k₂，即选择合适的第一电流与基准电流的第一比例关系，以及第一电阻15与第二电阻16的第二比例关系，则能够将三极管17随着工作温度而变化的电压得到补偿，从而尽量保持基准电压的稳定。

本发明实施例中的电压基准电路，通过预设第一电阻与第二电阻之间的比例关系，使得在该电压基准电路中对三极管由于负温度特性产生变化的电压进行补偿时，控制两电阻之间的比例关系、第一电流与基准电流之间的比例关系以及两场效应管之间的栅源电压差即可，在保证基准电压精度的同时，克服了现有技术中电压基准电路的电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

进一步地，在上述各实施例的基础上，该电压基准电路中所选用的第一场效应管12、第二场效应管13和第三场效应管14为N沟道绝缘栅型场效应管。

在本发明实施例的电压基准电路的电路结构中，N沟道绝缘栅型场效应管基于其工作特性，更适用于该电压基准电路。

本发明实施例中的电压基准电路，选用N沟道绝缘栅型场效应管作为第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管，基于该电压基准电路的电路结构更有利于获得较高精度的基准电压，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，芯片面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

图3A为本发明另一种电压基准电路实施例的电路结构示意图，图3B为本发明另一种电压基准电路实施例的具体电路结构示意图，即图3B为图3A所示的电压基准电路的一种具体的电路结构。

如图3A和图3B所示，该电压基准电路包括第一场效应管11、第二场效应管12、第三场效应管13、第一电流镜像电路14、第二电流镜像电路15、第一电阻16、第二电阻17和三极管18。

本发明实施例的电压基准电路中的场效应管为P沟道场效应管。

第一场效应管11包括栅极、源极和漏极，第一场效应管11的源极与电源连接；第一场效应管11的栅极分别与第一电阻16和第三场效应管13的源极连接；第一场效应管11的漏极分别第二电流镜像电路15的第一输出端和第三场效应管13的栅极连接。

第二场效应管12包括栅极、源极和漏极，第二场效应管12的源极与电源连接；第二场效应管12的栅极与第二场效应管12的漏极连接；第二场效应管12的漏极分别与第二场效应管12的栅极和第一电阻16连接。

第三场效应管13包括栅极、源极和漏极，第三场效应管13的源极分别与第一电阻16和第一场效应管11的栅极连接；第三场效应管13的栅极与第一场效应管11的漏极和第二电流镜像电路15的第一输出端连接；第三场效应管13的漏极与第二电流镜像电路15的输入端连接。

第一电阻16的一端分别与第二场效应管12的漏极和第二场效应管12的栅极连接；第一电阻16的另一端分别与第三场效应管13的源极和第一场效应管11的栅极连接。

第二电流镜像电路15包括供电端、输入端、第一输出端和第二输出端。第二电流镜像电路15的供电端与地连接；第二电流镜像电路15的输入端与第三场效应管13的漏极连接，流入该输入端的电流为基准电流；第二电流镜像电路15的第一输出端分别与第一场效应管11的漏极和第三场效应管13的栅极连接，流入该第一输出端的电流为第三电流；第二电流镜像电路15的第二输出端与第一电流镜像电路14的输入端连接，流入该第二输出端的电流为第一电流。当该电压基准电路正常工作时，基准电流、第三电流和第一电流分别从第二电流镜像电路15的输入端、第一输出端和第二输出端流入，并从第二电流镜像电路15的供电端流出，需要说明的是，输入端和输出端仅为对电流镜像电路端口的定义，并不体现电流的流向。

第一电流镜像电路14包括供电端、输入端和输出端。第一电流镜像电路14的供电端与电源连接，用于为电压基准电路供电；第一电流镜像电路14的输入端与第二电流镜像电路15的第二输出端连接，流出该第一电流镜像电路14的输入端，并流入第二电流镜像电路15的第二输出端的电流为第一电流；第一电流镜像电路14的输出端通过第二电阻17与三极管18的输入端连接，流出该输出端的电流为第二电流。电流从第一电流镜像电路14的供电端流入，分别从输入端和输出端流出，需要说明的是，输入端和输出端仅为对电流镜像电路端口的定义，并不体现电流的流向。

第二电阻17的两端分别与第一电流镜像电路14的输出端和三极管18的输入端连接。

三极管18包括发射极、基极和集电极，三极管18的基极和集电极连接，该三极管18在本发明实施例中的功用相当于二极管。

当选用PNP型三极管作为三极管18时，则该三极管18的发射极作为输入端，其集电极即为输出端；当选用NPN型三极管作为三极管18时，则该三极管18的集电极作为输入端，其发射极即为输出端。三极管18的输入端通过第二电阻17与第一电流镜像电路14的输出端连接；三极管18的输出端与地连接。

具体的工作原理为，通过将第二场效应管12的栅极和漏极连接，使得第一电阻16与第二场效应管12的漏极连接的一端相对于地的电压为第二场效应管12的栅源电压；通过将第一场效应管11的栅极与第三场效应管13的源极连接，使得第一电阻与第三场效应管13的源极连接的一端相对于地的电压为第一场效应管11的栅源电压。因此，第一电阻16两端的电压差为第二场效应管12的栅源电压与第一场效应管11的栅源电压之差，从而流入第二电流镜像电路15的输入端的基准电流的大小由第一场效应管11的栅源电压的大小、第二场效应管12的栅源电压的大小以及第一电阻的大小决定。

第三场效应管13的栅极与第一场效应管11的漏极连接，在本发明实施例的电压基准电路中构成反馈电路，通过选用适当的第三场效应管13能够使该电压基准电路工作在合适的静态工作点上，并且能够对电源的噪声起到一定的抑制作用。

三极管18和第二电阻17构成本发明实施例中的电压基准电路的输出端，从该输出端输出的电压为基准电压，也就是说，在本发明实施例的电路中，第一电流镜像电路14的输出端相对于地的电压为基准电压。

设基准电压为V_ref，第二电阻17的电阻大小为R₂，流过第二电阻17的第二电流的大小为I₂，第一电阻16的电阻大小为R₁，流过第一电阻16的基准电流的大小为I_o，第二场效应管12的栅源电压为V_gs2，第一场效应管11的栅源电压为V_gs1，三极管18的发射极与基极之间的电压差为|V_be|，由于PNP型三极管的V_be小于零，NPN型三极管的V_be大于零，故此处取V_be的绝对值进行计算。

本发明实施例的电压基准电路中，第二场效应管12的电流密度小于第一场效应管11的电流密度，具体的，可以包括以下方式。

方式一、通过电流镜像电路15控制第三电流的大小与基准电流的大小相等，并且在选择第一场效应管11和第二场效应管12时，将W/L较大的场效应管作为第二场效应管12，将W/L较小的场效应管作为第一场效应管11。由于本实施例的电压基准电路中的场效应管为P沟道场效应管，其栅源电压小于零，因此当分别输入两个场效应管的电流相等时，W/L较大的场效应管的|V_gs|较小，但是V_gs较大，相应地，该场效应管的电流较小，在这样的情况下，V_gs2大于V_gs1。

方式二，选用W/L相等的两个场效应管分别作为第二场效应管12和第一场效应管11，并且通过第二电流镜像电路15控制第三电流的大小大于基准电流的大小，从而使得第一电流流过第一场效应管11，并且基准电流流过第二场效应管之后，第二场效应管12的电流密度小于第一场效应管11的电流密度，在这样的实现方式下，V_gs2大于V_gs1。

方式三，结合上述两种方式，不仅通过第二电流镜像电路15控制第三电流的大小大于基准电流的大小，而且选用W/L较大的场效应管作为第二场效应管12，选用W/L较小的场效应管作为第一场效应管11。在这样的实现方式下，V_gs2大于V_gs1。

除了需要满足第二场效应管12的电流密度小于第一场效应管11的电流密度以外，第二电流镜像电路15还需要控制其第二输出端所输入的第一电流的大小与其输入端所输入的基准电流相等，即I₁=I_o；并且利用第一电流镜像电路14控制其输出端输出的第二电流的大小与其输入端所输出的第一电流的大小满足预设的第一比例关系，即I₂=k₁×I₁。也就是说，该第二电流的大小与基准电流满足预设的第一比例关系，I₂=k₁×I_o。

根据本发明实施例中的电路结构可知，

V_ref=|V_be|+V_R2，其中，V_R2=R₂×I₂，I₂=k₁×I_o，I_o=（V_gs2-V_gs1）/R₁

因此，V_ref=|V_be|+R₂×k₁×（V_gs2-V_gs1）/R₁，

即V_ref=|V_be|+R₂×k₁×ΔV_gs/R₁

由此可知，本发明实施例中的电压基准电路的基准电压，由三极管18的导通电压|V_be|、第二场效应管12的栅源电压、第一场效应管11的栅源电压、第一电阻和第二电阻的大小，以及第二电流和基准电流的比例关系共同决定。

当工作温度发生变化时，第一电阻和第二电阻的电阻大小的比值不会随之变化，而三极管由于其工作特性，使得其导通电压|V_be|会随着温度的升高而降低，反之同理，即三极管具有负温度特性；场效应管由于其工作特性，同样具有负温度特性，但是由于电流密度不同的场效应管随着温度的变化，其栅源电压变化的幅度不同，具体的，在工作温度升高时，电流密度较小的场效应管，其|V_gs|下降的幅度较大，而电流密度较大的场效应管，其|V_gs|下降的幅度较小。

在本发明实施例的电压基准电路中，在第二场效应管12的V_gs2和第一场效应管11的V_gs1均小于零，当工作温度升高时，|V_gs2|和|V_gs1的绝对值是分别下降的，并且|V_gs2|下降的幅度更大，相应地，V_gs2和V_gs1均是增大的，并且V_gs2增大的幅度更大。因此，在第二场效应管12和第一场效应管11各自具有负温度特性的情况下，两场效应管的栅源电压之差ΔV_gs=V_gs2-V_gs1，具有正温度特性，也就是说，随着温度的升高，ΔV_gs是增大的。因此，利用ΔV_gs的正温度特性能够补偿三极管17由于负温度特性而变化的电压。

另外，由于相对于ΔV_gs而言，|V_be|的数值较大，而数值ΔV_gs较小，故为了利用ΔV_gs更有效地起到电压补偿作用，需要选择合适的R₁、R₂和k₁，从而在第二电阻17和三极管18构成的电压基准电路的输出端，获得稳定的基准电压。其中各元器件具体的参数指标，需要根据实际的电路结构决定。

本发明实施例中的电压基准电路，利用两个电流镜像电路配合控制电压基准电路中各支路的电流之间的比例关系，通过选用适当的场效应管，利用场效应管之间的栅源电压差的正温度特性，补偿三极管由于负温度特性而变化的电压，从而在电压基准电路的输出端，获得精准的基准电压；另外，由于该电压基准电路中不需要使用运算放大器，且仅使用了一个三极管，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

进一步地，在上述实施例的基础上，该电压基准电路还可以包括，第二电阻的大小与所述第一电阻的大小满足预设的第二比例关系。

第二电阻与第一电阻的第二比例关系为R₂=k₂×R₁，从而使得参考电压为

V_ref=|V_be|+k₁×k₂×ΔV_gs。

由此可知，本发明实施例中的电压基准电路的基准电压，由三极管18的导通电压|V_be|、第二场效应管12的栅源电压、第一场效应管11的栅源电压、第二电流和基准电流的比例关系，以及第二电阻和第一电阻的比例关系共同决定。

虽然第二场效应管12和第一场效应管11均具有负温度特性，但是ΔV_gs具有正温度特性，并通过选择合适的k₁和k₂，即选择合适的第二电流与基准电流的第一比例关系，以及第二电阻17与第一电阻16的第二比例关系，则能够将三极管18随着工作温度而变化的电压得到补偿，从而尽量保持基准电压的稳定。

本发明实施例中的电压基准电路，通过预设第二电阻与第一电阻之间的比例关系，使得在该电压基准电路中对三极管由于负温度特性产生变化的电压进行补偿时，控制两电阻之间的比例关系、第二电流与基准电流之间的比例关系以及两场效应管之间的栅源电压差即可，在保证基准电压精度的同时，克服了现有技术中电压基准电路的电路面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

进一步地，在上述各实施例的基础上，该电压基准电路中所选用的第一场效应管11、第二场效应管12和第三场效应管13为P沟道绝缘栅型场效应管。

在本发明实施例的电压基准电路的电路结构中，P沟道绝缘栅型场效应管基于其工作特性，更适用于该电压基准电路。

本发明实施例中的电压基准电路，选用P沟道绝缘栅型场效应管作为第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管，基于该电压基准电路的电路结构更有利于获得较高精度的基准电压，克服了现有技术中电压基准电路在保证基准电压精度的同时，芯片面积和功耗较大的问题，达到了利用较小的芯片面积、较低的功耗实现较高的精度的基准电压。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种电压基准电路，其特征在于，包括：电流镜像电路、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电阻、第二电阻和三极管；

所述电流镜像电路的供电端与电源连接，所述电流镜像电路的输入端与所述第一场效应管的漏极连接，所述电流镜像电路的第一输出端与所述第二场效应管的漏极连接，所述电流镜像电路的第二输出端通过所述第一电阻与所述三极管的输入端连接，所述三极管的基极和集电极连接；

所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的栅极连接，并通过所述第二电阻与所述第三场效应管的漏极连接；所述第二场效应管的源极与地连接；所述第三场效应管的栅极与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极与所述地连接；所述三极管的输出端与所述地连接；

所述第二场效应管的电流密度大于所述第三场效应管的电流密度；

所述电流镜像电路的第二输出端输出的第一电流的大小与所述输入端输出的基准电流的大小满足预设的第一比例关系；

所述三极管与所述第一电阻构成所述电压基准电路的输出端，用于输出基准电压。

2.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征在于，所述第二场效应管的电流密度大于所述第三场效应管的电流密度包括：

所述第二场效应管的沟道宽长比小于所述第三场效应管的沟道宽长比；

和/或输入所述第二场效应管的第二电流的大小，大于输入所述第三场效应管的所述基准电流的大小。

3.根据权利要求2所述的电压基准电路，其特征在于，所述第一电阻的大小与所述第二电阻的大小满足预设的第二比例关系。

4.根据权利要求1、2或3所述的电压基准电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管为N沟道绝缘栅型场效应管。

5.一种电压基准电路，其特征在于，包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电流镜像电路、第二电流镜像电路、第一电阻、第二电阻和三极管；

所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极和所述第一电流镜像电路的供电端分别与电源连接；所述第二场效应管的漏极通过所述第一电阻分别与所述第一场效应管的栅极和所述第三场效应管的源极连接，所述第二场效应管的栅极和所述第二场效应管的漏极连接；所述第三场效应管的栅极与所述第一场效应管的漏极连接；

所述第一场效应管的漏极、所述第三场效应管的漏极和所述第一电流镜像电路的输入端分别与所述第二电流镜像电路的第一输出端、所述第二电流镜像电路的输入端和所述第二电流镜像电路的第二输出端连接，所述第二电流镜像电路的供电端与地连接；

所述第一电流镜像电路的输出端通过所述第二电阻与所述三极管的输入端连接，所述三极管的输出端与所述地连接，所述三极管的基极和所述三极管的集电极连接；

所述第二场效应管的电流密度小于所述第一场效应管的电流密度；

所述第二电流镜像电路的第二输出端输入的第一电流的大小与所述第二电流镜像电路的输入端输入的基准电流的大小相等；所述第一电流镜像电路的输出端输出的第二电流的大小与所述第一电流镜像电路的输入端输出的所述第一电流的大小满足预设的第一比例关系；

所述三极管与所述第二电阻构成所述电压基准电路的输出端，用于输出基准电压。

6.根据权利要求5所述的电压基准电路，其特征在于，所述第二场效应管的电流密度小于所述第一场效应管的电流密度包括：

所述第二场效应管的沟道宽长比大于所述第一场效应管的沟道宽长比；

和/或输入所述第二场效应管的所述基准电流的大小，小于输入所述第一场效应管的第三电流的大小。

7.根据权利要求6所述的电压基准电路，其特征在于，所述第二电阻的大小与所述第一电阻的大小满足预设的第二比例关系。

8.根据权利要求5、6或7所述的电压基准电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管为P沟道绝缘栅型场效应管。

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