CN104375552A - 一种低温漂cmos带隙基准源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温漂CMOS带隙基准源电路，该电路包含电阻R1A/R1B，三极管Q1/Q2，运放OP1，所述电路还包括有电阻Rcp/Rb、NMOS管电流镜、PMOS管电流镜，及补偿电流产生电路；其中，Rb并接于三极管Q1的基极，电阻Rb接于NMOS管电流镜、PMOS管电流镜之间，并连接于运放OP1；补偿电流产生电路则接于PMOS管电流镜。本发明通过上述电路结构的改进，使通过电阻Rcp的电流可以来调整三极管基极电流，从而调整其温度特性，得到低温漂的基准电压。

Description

一种低温漂CMOS带隙基准源电路

技术领域

本发明属于电源技术领域，特别涉及低温度系数带隙基准电压源。

背景技术

许多电压测量设备需要使用带隙基准源为片内ADC、比较器、buffer、定时器等模块提供基准电压。基准电压随电压和温度的变化直接关系到各个模块的性能稳定性。

带隙基准源的传统实现方式如图1所示。该带隙基准源包含电阻R1A/R1B/R2，三极管Q1/Q2(两者面积之比A_Q2:A_Q1＝M>1)，运放OP1。

由于运放的反馈作用，结点net1和net2电压相等，即

Vbe1＝Vbe2+I2*R2

即

I2＝(Vbe1-Vbe2)/R2＝ΔVbe/R2

其中，Vbe1是三极管Q1的基极射极电压，Vbe2是三极管Q2的基极射极电压，ΔVbe是Vbe1与Vbe2的电压差。那么，

Vbg＝Vbe1+I2*(R2+R1B)＝Vbe1+(1+R1B/R2)*ΔVbe

其中，ΔVbe＝VT*In(M)，VT＝KT/q是温度电压当量，随温度正向变化，M是三极管Q1、Q2的面积之比。

Vbe1＝Vg0-VT*In(EG)-VT*(γ-α)*In(T)

其中，γ，α，R，G均是与温度无关的常数[2]。从上式可以看出，Vbe除了包含温度一阶项VT*In(EG)，还包含高阶项VT*(γ-α)*In(T)。

一般的带隙基准源只考虑Vbe的一阶项，忽略高阶项。这样，只需要调整电阻比值R1B/R2就可以得到与温度一阶不相关的电压Vbg。但是对于高精度系统来说，必须消除温度高阶项的影响。

专利申请200510120849.3提出了一种低温度系数带隙基准参考电压源，该电压源包括PTAT电流产生电路、基准电压启动电路、基准电压合成电路、基极电流抵消电路、第一电流镜像电路，其中该低温度系数带隙基准参考电压源还包括二阶温度补偿电流产生电路，与所述第一电流镜像电路、基准电压合成电路相连，输入PTAT电流、带隙基准电压，通过利用MOS管漏源电流与栅源压差的平方关系，产生二阶补偿电流并输出至基准电压合成电路产生二阶补偿电压，补偿基准电压的二阶温度系数，产生极低温度系数的基准电压。该申请虽然克服了经典带隙基准电压的温度系数偏高的问题，可抵消二阶温度系数的影响，但是结构较复杂，面积较大，成本也较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低温漂CMOS带隙基准源电路，该电路适用于CMOS工艺的低温漂带隙基准源，结构较简单，成本较低。

本发明的另一个目地在于提供一种低温漂CMOS带隙基准源电路，该电路实现容易，能够准确地得到低温漂的基准电压。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种低温漂CMOS带隙基准源电路，该电路包含电阻R1A/R1B，三极管Q1/Q2，运放OP1，其特征在于所述电路还包括有电阻Rcp/Rb、NMOS管电流镜、PMOS管电流镜，及补偿电流产生电路；其中，Rb并接于三极管Q1的基极，电阻Rb接于NMOS管电流镜、PMOS管电流镜之间，并连接于运放OP1；补偿电流产生电路则接于PMOS管电流镜。

本发明通过上述电路结构的改进，使通过电阻Rcp的电流可以来调整三极管基极电流，从而调整其温度特性，得到低温漂的基准电压。

所述三极管Q1/Q2两者面积之比A_Q2:A_Q1＝1。

所述NMOS管电流镜，包括有Mn1/Mn2两个电流镜，所述Mn1/Mn2两个电流镜串接于电阻Rcp。

所述PMOS管电流镜，包括有Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜，且所述Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜串联在一起，Mp1接补偿电流产生电路，Mp3则接电阻Rcp。

本发明通过电路结构的改进，使通过电阻Rcp的电流可以来调整三极管基极电流，从而调整其温度特性，得到低温漂的基准电压。而且该电路适用于CMOS工艺的低温漂带隙基准源，结构较简单，成本较低。

附图说明

图1是现有技术的电路图。

图2是本发明所实施的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

请参照图2所示，本发明提出的带隙基准源包含电阻R1A/R1B/Rcp/Rb，三极管Q1/Q2(两者面积之比A_Q2:A_Q1＝1)，运放OP1，NMOS管电流镜Mn1/Mn2，PMOS管电流镜Mp1/Mp2/Mp3，补偿电流产生电路。所述NMOS管电流镜，包括有Mn1/Mn2两个电流镜，所述Mn1/Mn2两个电流镜串接于电阻Rcp。

所述PMOS管电流镜，包括有Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜，且所述Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜串联在一起，Mp1接补偿电流产生电路，Mp3则接电阻Rcp。

图中，由于运放的反馈作用，结点net1和net2电压相等，即

Vbe1+Irb*Rb＝Vbe2+Icp*Rcp

由于三极管Q1和Q2的面积和射极电流相等，即Vbe1＝Vbe2，所以

Irb＝Icp*Rcp/Rb

Irb与Icp成比例关系。通过Icp来调整三极管基极电流Irb的温度特性。

那么，

$\mathrm{Vbg}=\mathrm{Vbe}1+\mathrm{Irb}*\mathrm{Rb}+\mathrm{Irb}*\mathrm{\β}*R1A=\mathrm{Vbe}1+\mathrm{Icp}*\mathrm{Rcp}*(1+\mathrm{\β}*\frac{R1A}{\mathrm{Rb}})$

电流Icp由补偿电流产生电路输出，

$\mathrm{Icp}=\frac{\mathrm{\ΔVbe}}{\mathrm{Rcp}1}+\frac{F\left(T\right)}{\mathrm{Rcp}2}$

其中，F(T)是与VT*In(T)成比例的电压，该电压的产生在原理上是可行的[3]那么，

$\mathrm{Vbg}=\mathrm{Vbe}1+(\frac{\mathrm{\ΔVbe}}{\mathrm{Rcp}1}+\frac{F\left(T\right)}{\mathrm{Rcp}2})\mathrm{Rcp}(1+\mathrm{\β}*\frac{R1A}{\mathrm{Rb}})$

由于β＞＞1，R1A＞＞Rb，

$\mathrm{Vbg}\≈\mathrm{Vbe}1+(\frac{\mathrm{\ΔVbe}}{\mathrm{Rcp}1}+\frac{F\left(T\right)}{\mathrm{Rcp}2})*\mathrm{\β}*\mathrm{Rcp}*\frac{R1A}{\mathrm{Rb}}$

从上式可以看出，通过调整电阻比例，可以分别抵消Vbe1中的温度一阶项和高阶项，从而获得低温漂的基准电压。

总之，本发明通过电阻Rcp的电流可以来调整三极管基极电流，从而调整其温度特性，得到低温漂的基准电压。而且该电路适用于CMOS工艺的低温漂带隙基准源，结构较简单，成本较低。

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 (4)

1.一种低温漂CMOS带隙基准源电路，该电路包含电阻R1A/R1B，三极管Q1/Q2，运放OP1，其特征在于所述电路还包括有电阻Rcp/Rb、NMOS管电流镜、PMOS管电流镜，及补偿电流产生电路；其中，Rb并接于三极管Q1的基极，电阻Rb接于NMOS管电流镜、PMOS管电流镜之间，并连接于运放OP1；补偿电流产生电路则接于PMOS管电流镜。

2.如权利要求1所述的低温漂CMOS带隙基准源电路，其特征在于所述三极管Q1/Q2两者面积之比A_Q2:A_Q1＝1。

3.如权利要求1所述的低温漂CMOS带隙基准源电路，其特征在于所述NMOS管电流镜，包括有Mn1/Mn2两个电流镜，所述Mn1/Mn2两个电流镜串接于电阻Rcp。

4.如权利要求1所述的低温漂CMOS带隙基准源电路，其特征在于所述PMOS管电流镜，包括有Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜，且所述Mp1/Mp2/Mp3三个电流镜串联在一起，Mp1接补偿电流产生电路，Mp3则接电阻Rcp。