CN102854913A - 一种带隙基准电压源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带隙基准电压源电路，属于集成电路领域。该带隙基准电压源电路包括：两个电流通路的电流镜通路，第一电流通路包括依次串联的第一mos管、第二mos管、第一电阻、第一三极管；第二电流通路包括依次串联的第三mos管、第四mos管、第二电阻、第三电阻、第二三极管，第四mos管的源极作为基准电压输出端。该带隙基准电压源电路只有两条电流支路，与现有技术相比，减少了mos管和三极管的使用，有效的减小了带隙基准电压源电路的面积，同时也减小了电流大小及电压源电路的功耗，从而达到降低电路成本及使用成本的效果。

Description

一种带隙基准电压源电路
技术领域
 本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种带隙（bandgap）基准电压源电路。
背景技术
现有技术提供了一种带隙基准电压源电路如图1所示，所述传统带隙基准电压源电路主体部分包括：第一mos管M1、第二mos管M2、第三mos管M3、第四mos管M4、第五mos管M5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3。其中，第一mos管M1、第二mos管M2为增强型nmos管，第三mos管M3、第四mos管M4、第五mos管M5为增强型pmos管。
其中，第三mos管M3的源极接电源VDD，栅极连接第四mos管M4的栅极，漏极接第一mos管M1的漏极；第一mos管M1的栅极和漏极连接并与第二mos管M2的栅极连接，源极和第一三极管Q1的发射极连接；第一三极管Q1的基极和集电极接地；第三mos管M3、第一mos管M1、第一三极管Q1共同构成第一分支电路。
第四mos管M4源极接电源VDD，栅极和漏极相连，漏极和第二mos管M2的漏极及第五mos管M5的栅极相连；第二mos管M2的源极接第一电阻R1的一端；第二三极管Q2的发射极接第一电阻R1的另一端；第二三极管Q2的基极和集电极接地；第四mos管M4、第二mos管M2、第一电阻R1、第二三极管Q2共同构成第二分支电路。
第五mos管M5源极接电源VDD，漏极接第二电阻R2的一端；第三三极管Q3的发射极接第二电阻R2的另一端，第三三极管Q3的基极和集电极接地；第五mos管M5、第二电阻R2、第三三极管Q3共同构成第三分支电路。第五mos管M5的漏极引出电压输出端Vout。
该带隙基准电压源路中第三mos管M3和第四mos管M4形成电流镜，使第一分支电路和第二分支电路的电流相等。这样第一mos管M1的源极和第一三极管Q1的射极相连的节点电压就与第二mos管M2的源相和第一电阻R1相连的节点电压相等。则第一电阻R1两端的电压差就是VBE1－VBE2，其中VBE1为第一三极管Q1的基极与发射极间的电压，VBE2为第二三极管Q2的基极与发射极间的电压，第二三极管Q2的个数是N，而第一三极管Q1的个数是1; 这样流过第一电阻R1上的电流推导过程如下：
第一电阻R1两端的电流表达式是,其中                                                
Figure 968344DEST_PATH_IMAGE001
， 
Figure 62202DEST_PATH_IMAGE002
，VT为第一三极管Q1的热电压，IS为第一三极管Q1的饱和电流，I是流入第一三极管Q1发射极端口的电流，R1为第一电阻R1的阻值，将
Figure 46208DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 779677DEST_PATH_IMAGE003
带入公式
Figure 890853DEST_PATH_IMAGE004
，得到第一电阻R1两端的电流表达式为
Figure 91415DEST_PATH_IMAGE005
。
同理，电压输出端的输出电压
Figure 997054DEST_PATH_IMAGE006
，其中VBE3为第三三极管的基极与集电极之间的电压。R1为第一电阻R1的阻值，R2为第二电阻R2的阻值。因为VBE3为负温度系数，
Figure 280136DEST_PATH_IMAGE007
为正温度系数，合理选取N值和
Figure 663844DEST_PATH_IMAGE008
比值，可以让VOUT的温度系数为零。
随着科学技术的发展，便携式设备越来越普遍，对低功耗、小面积的要求就越来越迫切。
发明内容
本发明为解决现有带隙基准电压源电路面积过大的技术问题，提供一种面积较小的带隙基准电压源电路。
一种带隙基准电压源电路，包括：两个电流通路的电流镜通路，第一电流通路包括依次串联的第一mos管、第二mos管、第一电阻、第一三极管；第二电流通路包括依次串联的第三mos管、第四mos管、第二电阻、第三电阻、第二三极管，第四mos管的源极作为基准电压输出端。
该带隙基准电压源电路只有两条电流支路，与现有技术相比，减少了mos管和三极管的使用，有效的减小了带隙基准电压源电路的面积，同时也减小了电流大小及电压源电路的功耗，从而达到降低电路成本及使用成本的效果。
附图说明
图1是现有技术提供的带隙基准电压源电路示意图。
图2是本发明实施例1提供的带隙基准电压源电路示意图。
图3是本发明实施例2提供的带隙基准电压源电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，为本发明提供的带隙基准电压源电路，包括：第一mos管M1、第二mos管M2、第三mos管M3、第四mos管M4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第二三极管Q2。
依次串联的第一mos管M1、第二mos管M2、第一电阻R1、第一三极管Q1构成第一电流通路；依次串联的第三mos管M3、第四mos管M4、第二电阻R2、第三电阻R3、第二三极管Q2构成第二电流通路；第四mos管M4的源极作为基准电压输出端，第一mos管M1和第三mos管M3构成电流镜。
所述第一电流通路中第一mos管M1的源极接电源端，栅极接所述第三mos管M3的栅极，漏极接第二mos管M2的漏极；所述第二mos管M2的栅极和漏极相连，且栅极与第四mos管M4的栅极相连，源极接所述第一电阻的一端；所述第一三极管Q1的发射极连接所述第一电阻R1的另一端；基极和集电极接地。
所述第二电流通路中第三mos管M3的源极接电源端，栅极和漏极连接；漏极连接所述第四mos管M4的漏极；所述第四mos管M4的源极接所述第二电阻R2的一端；所述第三电阻R3的一端连接第二电阻R2的另一端；所述第二三极管Q2的发射极连接所述第三电阻R3的另一端；所述第二三极管Q2的基极和集电极接地；所述第二三极管Q2的基极和集电极接地。
半导体双极型三极管又称晶体三极管，通常简称晶体管或三极管，它是一种电流控制电流的半导体器件，可用来对微弱信号进行放大和作无触点开关。它具有结构牢固、寿命长、体积校、耗电省等一系列独特优点，故在各个领域得到广泛应用。作为优选方案，所述第一三极管Q1和第二三极管均为均为PNP双极型三极管。
作为优选方案，所述第一mos管M1、第三mos管M3为增强型pmos管；第二mos管M2、第四mos管M4为增强型nmos管。
图3为带隙基准电压源电路实施例2的示意图，实施例2对实施例1的第二三极管Q2的具体结构进行了描述。所述第二三极管Q2由N个三极管并联构成。作为优选方案，所述N取8。第二三极管Q2的选取8个三极管，便于和第一三极管布图排布成矩形，节省电路面积。
本实施例2中第一mos管M1和第三mos管M3形成电流镜，第一电流通路和第二电流通路电流相等，且第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等。则第一电阻R1和第一三极管Q1连接处的第一节点电压与第二电阻R2和第三电阻R3连接处的第二节点电压相等。第三电阻R1两端的电压差为VBE1－VBE2，其中VBE1为第一三极管基极与发射极之间的电压，VBE2为第二三极管基极与发射极之间的电压，第二三极管Q2的个数为N，第一三极管Q1的个数为1。这样流过第三电阻R3上的电流推导过程如下：
第三电阻R3两端的电流表达式是,其中，
Figure 828481DEST_PATH_IMAGE003
,VT为第一三极管Q1的热电压， IS为第一三极管Q1的饱和电流，I是流入第一三极管Q1发射极端口的电流，R3为第三电阻R3的阻值，将
Figure 15880DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 191034DEST_PATH_IMAGE003
带入公式，得到第三电阻R3两端的电流表达式为
Figure 696151DEST_PATH_IMAGE011
。
从而基准电压输出端电压
Figure 687240DEST_PATH_IMAGE012
，其中R2为第二电阻R2的阻值。简化为
Figure 651654DEST_PATH_IMAGE013
，其中VBE2为负温度系数，为正温度系数，合理选取N值和
Figure 750988DEST_PATH_IMAGE015
的比值，使输出电压VOUT的温度系数为零。
该带隙基准电压源电路只有两条电流支路，与现有技术相比，减少了mos管和三极管的使用，有效的减小了带隙基准电压源电路的面积，同时也减小了电流大小及电压源电路的功耗，从而达到降低电路成本及使用成本的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带隙基准电压源电路，其特征在于，包括：两个电流通路的电流镜通路，第一电流通路包括依次串联的第一mos管、第二mos管、第一电阻、第一三极管；第二电流通路包括依次串联的第三mos管、第四mos管、第二电阻、第三电阻、第二三极管，所述第四mos管的源极作为基准电压输出端。
2.如权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第一电流通路中第一mos管的源极接电源端，栅极接所述第三mos管的栅极，漏极接第二mos管的漏极；所述第二mos管的栅极和漏极相连，且栅极与第四mos管的栅极相连，源极接所述第一电阻的一端；所述第一三极管的发射极连接所述第一电阻的另一端；基极和集电极接地。
3.如权利要求2所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第二电流通路中第三mos管的源极接电源端，栅极和漏极连接；漏极连接所述第四mos管的漏极；所述第四mos管的源极接所述第二电阻的一端；所述第三电阻的一端连接第二电阻的另一端；所述第二三极管的发射极连接所述第三电阻的另一端；所述第二三极管的基极和集电极接地，所述第四mos管的源极作为基准电压输出端。
4.如权利要求1至3任一项所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第二三极管由N个三极管并联构成。
5.如权利要求4所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述N取8。
6.如权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管均为双极型PNP三极管。
7.如权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第一mos管、第三mos管为增强型pmos管；所述第二mos管、第四mos管为增强型nmos管。
8.如权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻阻值相等。
9.如权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述输出基准电压可表示为：                                                
Figure 318556DEST_PATH_IMAGE001
；其中，VOUT为输出基准电压，VBE2为第二三极管基极与发射极之间的电压，VT为第一三极管Q1的热电压，N为第二二极管的个数，R1为第一电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值，其中VBE2为负温度系数，
Figure 833238DEST_PATH_IMAGE002
为正温度系数。
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