CN104460811A - 基准电压温度系数校准电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基准电压温度系数校准电路。所述电路包括：运算放大器，包括输入对管、负载对管、偏置电流源，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端相连；可调电流模块，与所述负载对管并联连接，所述可调电流模块用于产生调整电流，所述调整电流用于对流过所述输入对管的失调电流进行调整，其中，所述调整电流与所述偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关。本发明用以对电路中基准电压的一阶到高阶温度系数进行校准，并且具有通用性。

Description

基准电压温度系数校准电路和方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种基准电压温度系数校准电路和方法。

背景技术

基准电压源是模拟集成电路中极为重要的组成部分，对于模数/数模转换电路、低压降线性稳压器电路、各种传感器(例如：温度传感器，压力传感器等)电路，基准电压的精度决定了这些电路所能达到的最高精度。基准电压源主要分为掩埋齐纳基准电压源、额外离子注入结型场效应晶体管(extra implantation junction Field Effect Transistor，简称：XFET)基准电压源以及带隙基准电压源，带隙基准电压源又分为双极型带隙基准电压源以及亚阈值互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，简称：CMOS)带隙基准电压源。

理想的基准电压源能够提供与电源电压、温度以及工艺无关的电压，而在实际应用中，工艺的离散性等因素会对基准电压的精度造成很大的影响，这时就需要对基准电压进行调整。传统的调整方法一般是针对基准电压源电路中的电阻或者电流进行调整，通过断开、接入某些电阻或者减小或增大某些电流来调整基准电压的值。对基准电压源中电压的调整可以通过调整温度系数(Temperature Coefficient，简称：TC)来实现，温度系数表示基准电压在某个温度变化范围内(最低温度T_L～最高温度T_H)电压变化的比例，温度系数计算公式如表达式(1)所示：

其中，(T_H-T_L)为温度的变化范围，V_REF(max)为在温度变化范围内基准电压的最大值，V_REF(min)为在温度变化范围内基准电压的最小值，V_REF(average)为在温度变化范围内基准电压的平均值，ppm/℃为温度系数的单位。

对于温度系数的调整涉及到对基准电压温度补偿比例的调整，一般与基准电压源的结构有关。现有技术中，对不同的基准电压源需要用不同的调整方法对温度系数进行调整，才能实现对基准电压的校准。例如：对于传统双极型带隙基准电压源来说，PNP管的发射极-基极电压具有负的温度系数，而两个工作在不同电流密度下的PNP管的发射极-基极电压之差具有正的温度系数，所以，理论上这两个电压以不同比例相加就可以得到与温度无关的基准电压。

如图1所示，为现有技术中典型的Banba型基准电压源电路的结构示意图，R₁、R₂、R₃、R₄为大小可调的电阻，P型金属氧化物半导体(P-Mental-Oxide-Semiconductor，简称：PMOS)管P1与PMOS管P2的电流比为1:1，PMOS管P2与PMOS管P3的电流比为1:1，PNP管P4与PNP管P5发射结面积比为1：n，PNP管P4的发射极-基极的电压为V_EB，则基准电压的表达式如式(2)所示：

$V_{\mathrm{REF}}=\frac{R_3}{R_2}(V_{\mathrm{EB}}+\frac{R_1}{R_2}{V}_T\ln n)---\left(2\right)$

其中，V_T＝kT/q，k为波尔兹曼常数，q为电子电荷量，T为绝对温度，根据上述表达式(2)可得，一阶温度系数与R₁、R₂有关，所以通过调整R₂或R₁的值，改变kT/q(即V_T)项的比重，得到对一阶温度系数的调整，实现对基准电压的校准，校准的精度依赖于基准电压源的设计指标。但是，这种对温度系数进行调整的方法具有一定的局限性，一方面，这种调整方法依赖于基准电压源的具体结构和实现方式，不具有通用性，它并不能应用于不包含电阻的基准电压源，例如掩埋齐纳基准电压源、XFET基准电压源和亚阈值CMOS带隙基准电压源，并且由于亚阈值CMOS带隙基准电压源本身较小的电流与器件尺寸，对基准电压的调整也是很难实现的；另一方面，这种调整方法只能实现对一阶温度系数的调整，然而对于带隙基准电压源来说，通常包含10ppm/℃左右的二阶温度系数，或对于要求12bit精度以上的系统来说，需要配置较复杂的高阶温度补偿电路，这种高阶温度补偿电路往往会引入一定的器件失配，造成基准电压的失调。

发明内容

本发明提供一种基准电压温度系数校准电路和方法，用以对电路中基准电压的一阶到高阶温度系数进行校准，并且具有通用性。

本发明提供一种基准电压温度系数校准电路，包括：

运算放大器，包括输入对管、负载对管、偏置电流源，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端相连；

可调电流模块，与所述负载对管并联连接，所述可调电流模块用于产生调整电流，所述调整电流用于对流过所述输入对管的失调电流进行调整，其中，所述调整电流与所述偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关。

本发明还提供一种基准电路校准方法，包括：

提供运算放大器，所述运算放大器包括输入对管、负载对管、偏置电流源，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端相连；

提供可调电流模块，所述可调电流模块与所述负载对管并联连接，所述可调电流模块产生调整电流，所述调整电流对所述输入对管的失调电流进行调整，其中，所述调整电流与所述偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关。

本发明采用包括运算放大器和可调电流模块的电路对基准电压的温度系数进行校准。通过可调电流模块产生可调电流对流经输入对管的失调电流进行调整，由于调整电流与运算放大器中的偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关，所以根据不同的温度阶数调整调整电流来调整流经输入对管的失调电流，实现调整失调电压的一阶到高阶温度系数，从而实现对基准电压的温度系数的校准，且具有通用性。

附图说明

图1为现有技术中典型的Banba型基准电压源电路的结构示意图；

图2为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的结构示意图；

图3为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的另一种结构示意图；

图4为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第一实例的结构示意图；

图5为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第二实例的结构示意图；

图6为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第三实例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图2所示，为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的结构示意图，该电路可以包括运算放大器21和可调电流模块22，运算放大器21的同相输入端为校准之前的基准电压Vin，且校准之前的基准电压Vin处有失调电压Vos，运算放大器21的输出端为对失调电压的温度系数调整得到校准之后的基准电压Vout，Vout＝Vin+Vos，运算放大器21的反相输入端与运算放大器21的输出端相连，运算放大器21可以包括输入对管211、负载对管212、偏置电流源I，其中，输入对管211为管M1和管M2，负载对管212为管M3和管M4，可调电流模块22与负载对管212并联连接。

具体地，如图2所示的结构示意图，管M1与校准之前的基准电压Vin相连，管M2与校准之后的基准电压Vout相连，管M3与管M1串联连接后并与可调电流模块22并联连接，管M4与管M2串联连接后并与可调电流模块22并联连接，管M4与管M2连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，管M3、管M4和可调电流模块22均与电源VDD相连，管M1和管M2均与偏置电流源Is的负极相连，偏置电流源Is的正极与地相连。

如图3所示，为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的另一种结构示意图，与图2不同的是，管M3、管M4和可调电流模块22均与地相连，管M1和管M2均与偏置电流源Is的正极相连，偏置电流源Is的负极与电源VDD相连。

在本实施例中，可调电流模块22用于产生调整电流，该调整电流用于对输入对管211的失调电流进行调整，其中，调整电流与偏置电流源Is的电流和绝对温度的阶数相关。

该实施例的具体工作过程如下：提供运算放大器21，运算放大器21包括输入对管211、负载对管212、偏置电流源Is，运算放大器21的反相输入端与运算放大器21的输出端相连；提供可调电流模块22与负载对管212并联连接，可调电流模块22产生调整电流，调整电流对输入对管211的失调电流进行调整，其中，调整电流与偏置电流源Is的电流和绝对温度的阶数相关。

下面以一个具体实例详细说明本实施例。如图4所示，为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第一实例的结构示意图，在本图中，输入对管211中管M1和管M2为NMOS管，负载对管212中管M3和管M4为PMOS管，NMOS管M1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，校准之前的基准电压Vin处有失调电压Vos，NMOS管M1的源极和NMOS管M2的源极均与偏置电流源Is的负极相连，NMOS管M2的栅极与校准之后的基准电压Vout相连，偏置电流源Is的正极与地相连，PMOS管M3的栅极与PMOS管M4的栅极连接后并与NMOS管M1的漏极相连，PMOS管M3的漏极和NMOS管M1的漏极连接后并与可调电流模块22相连，PMOS管M4的漏极和NMOS管M2的漏极连接后并与可调电流模块22相连，PMOS管M4的漏极和NMOS管M2的漏极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，PMOS管M3的源极、PMOS管M4的源极和可调电流模块22均与电源VDD相连。

在本实例中，NMOS管M1和NMOS管M2工作在亚阈值区域，偏置电流源Is的电流值远大于可调电流模块22中的电流值，PMOS管M3和M4是电流比例为1:1的电流镜管。假设PMOS管M3和M4上的漏源电流分别为I_p3和I_p4，且I_p3＝I_p4，由于调整模块22产生的调整电流与偏置电流源Is的电流和绝对温度T的阶数相关，流过NMOS管M1和NMOS管M2上的失调电流Ios具体为NMOS管M1和NMOS管M2上的漏源电流的差，所以失调电流Ios的表达式为：

I_OS＝I_p3-I_p4+k₁I_s+k₂I_sT+...+k_nI_sT^n-1

       (3)

＝k₁I_s+k₂I_sT+...+k_nI_sT^n-1

设跨导为g_m，则根据电路的基础知识中

$g_m\≈\frac{I_s}{2\mathrm{\η}{V}_T}---\left(4\right)$

可以得出失调电压Vos的表达式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{OS}}=\frac{I_{\mathrm{OS}}}{g_m}\≈\frac{k_1{I}_s+k_2{I}_{s}T+...+k_n{I}_s{T}^{n-1}}{I_s}2\mathrm{\η}{V}_T\\ =(k_1+k_{2}T+...+k_n{T}^{n-1})2\mathrm{\η}{V}_T\end{array}---\left(5\right)$

则校准之后的基准电压Vout的表达式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}+V_{\mathrm{os}}=V_{\mathrm{REF}}+(k_1+k_{2}T+...+k_n{T}^{n-1})2\mathrm{\η}{V}_T\\ =V_{\mathrm{REF}}+\frac{(k_1+k_{2}T+...+k_n{T}^{n-1})}{q}2\mathrm{\ηkT}\\ =V_{\mathrm{REF}}+\frac{2\mathrm{\ηk}}{q}{k}_{1}T+\frac{2\mathrm{\ηk}}{q}{k}_2{T}^2+...+\frac{2\mathrm{\ηk}}{q}{k}_n{T}^n\end{array}---\left(6\right)$

因此，根据上述表达式(6)，可以通过调整k1、k2、…、kn的值对失调电压的温度系数进行调整，来实现对基准电压温度系数的校准。

在本实施例中，可调电流模块产生调整电流，由于调整电流与运算放大器中的偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关，所以根据不同的温度阶数调整调整电流来调整流经输入对管的失调电流，实现调整失调电压的一阶到高阶温度系数，从而实现对基准电压的温度系数的校准，且具有通用性。

可选地，在本实施例中，输入对管211中管M1和管M2可以为NMOS管或NPN管，负载对管212中管M3和管M4可以为PMOS管，再参见图2所示的结构示意图，可调电流模块22可以包括一个以上并联连接的可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n，该可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n可以布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的负极均与电源VDD相连，具体地，输入对管211中管M1和管M2可以为NMOS管，NMOS管M1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，NMOS管M1的源极与偏置电流源Is的负极和NMOS管M2的源极相连，NMOS管M1的漏极与PMOS管M3的漏极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的正极相连，NMOS管M2的漏极与PMOS管M4的漏极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的正极相连，NMOS管M2的栅极与漏极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，PMOS管M3的栅极与PMOS管M4的栅极连接后并与NMOS管M1的漏极相连，PMOS管M3的源极和PMOS管M4的源极均与电源VDD相连，偏置电流源Is的正极与地相连；输入对管211中管M1和管M2可以为NPN管，NPN管M1的基极与校准之前的基准电压Vin相连，NPN管M1的发射极与偏置电流源I的负极和NPN管M2的发射极相连，NPN管M1的集电极与PMOS管M3的漏极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的正极相连，NPN管M2的集电极与PMOS管M4的漏极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的正极相连，NPN管M2的基极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，PMOS管M3的栅极与PMOS管M4的栅极连接后并与NPN管M1的集电极相连，PMOS管M3的源极和PMOS管M4的源极均与电源VDD相连，偏置电流源Is的正极与地相连。

可选地，在本实施例中，输入对管211中管M1和管M2可以为NMOS管或NPN管，负载对管212中管M3和管M4可以为PNP管，再参见图2所示的结构示意图，可调电流模块22可以包括一个以上并联连接的可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n，该可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n可以布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的负极均与电源VDD相连，具体地，输入对管211中管M1和管M2可以为NMOS管，NMOS管M1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，NMOS管M1的源极与偏置电流源Is的负极和NMOS管M2的源极相连，NMOS管M1的漏极与PNP管M3的发射极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的正极相连，NMOS管M2的漏极与PNP管M4的发射极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的正极相连，NMOS管M2的栅极与漏极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，PNP管M3的基极与PNP管M4的基极连接后并与NMOS管M1的漏极相连，PNP管M3的发射极和PNP管M4的发射极均与电源VDD相连，偏置电流源Is的正极与地相连；输入对管211中管M1和管M2可以为NPN管，NPN管M1的基极与校准之前的基准电压Vin相连，NPN管M1的发射极与偏置电流源Is的负极和NPN管M2的发射极相连，NPN管M1的集电极与PNP管M3的集电极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的正极相连，NPN管M2的集电极与PNP管M4的集电极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的正极相连，NPN管M2的基极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，PNP管M3的基极与PNP管M4的基极连接后并与NPN管M1的集电极相连，PNP管M3的发射极和PNP管M4的发射极均与电源VDD相连，偏置电流源Is的正极与地相连。

可选地，在本实施例中，输入对管211中管M1和管M2可以为PMOS管或PNP管，负载对管212中管M3和管M4可以为NMOS管，再参见图3所示的结构示意图，可调电流模块22可以包括一个以上并联连接的可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n，该可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n可以布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的正极均与地相连，具体地，输入对管211中管M1和管M2可以为PMOS管，PMOS管M1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，PMOS管M1的源极与偏置电流源Is的正极和PMOS管M2的源极相连，PMOS管M1的漏极与NMOS管M3的漏极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的负极相连，PMOS管M2的漏极与NMOS管M4的漏极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的负极相连，PMOS管M2的栅极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，NMOS管M3的栅极与NMOS管M4的栅极连接后并与PMOS管M1的漏极相连，NMOS管M3的源极和NMOS管M4的源极均与地相连，偏置电流源Is的负极与电源VDD相连；输入对管211中管M1和管M2可以为PNP管，PNP管M1的基极与校准之前的基准电压Vin相连，PNP管M1的发射极与偏置电流源Is的正极和PNP管M2的发射极相连，PNP管M1的集电极与NMOS管M3的漏极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的负极相连，PNP管M2的集电极与NMOS管M4的漏极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的负极相连，PNP管M2的基极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，NMOS管M3的栅极与NMOS管M4的栅极连接后并与PNP管M1的集电极相连，NMOS管M3的源极和NMOS管M4的源极均与地相连，偏置电流源Is的负极与电源VDD相连。

可选地，在本实施例中，输入对管211中管M1和管M2可以为PMOS管或PNP管，负载对管212中管M3和管M4可以为NPN管，再参见图3所示的结构示意图，可调电流模块22可以包括一个以上并联连接的可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n，该可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n可以布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的正极均与地相连，具体地，输入对管211中管M1和管M2可以为PMOS管，PMOS管M1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，PMOS管M1的源极与偏置电流源Is的正极和PMOS管M2的源极相连，PMOS管M1的漏极与NPN管M3的集电极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的负极相连，PMOS管M2的漏极与NPN管M4的集电极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的负极相连，PMOS管M2的栅极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，NPN管M3的基极与NPN管M4的基极连接后并与PMOS管M1的漏极相连，NPN管M3的发射极和NPN管M4的发射极均与地相连，偏置电流源Is的负极与电源VDD相连；输入对管211中管M1和管M2可以为PNP管，PNP管M1的基极与校准之前的基准电压Vin相连，PNP管M1的发射极与偏置电流源Is的正极和PNP管M2的发射极相连，PNP管M1的集电极与NPN管M3的集电极连接后并与可调电流源I₁₁、…、I_1n的负极相连，PNP管M2的集电极与NNP管M4的集电极连接后并与可调电流源I₂₁、…、I_2n的负极相连，PNP管M2的基极与集电极连接后并与校准之后的基准电压Vout相连，NPN管M3的基极与NPN管M4的基极连接后并与PNP管M1的集电极相连，NPN管M3的发射极和NPN管M4的发射极均与地相连，偏置电流源Is的负极与电源VDD相连。

可选地，在本实施例中，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n还可以布置在负载对管212中其中一个管(例如图2中的管M3或管M4)的一侧并与该管并联连接，具体地连接关系可参照上述输入对管211中管M1和管M2为NMOS管或NPN管、负载对管212中管M3和管M1为PMOS管或PNP管，或者输入对管211中管M1和管M2为PMOS管或PNP管、负载对管212中管M3和管M1为NMOS管或NPN管时，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接时的连接关系，在此不再赘述。

可选地，在本实施例中，偏置电流源Is的电流值为可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的电流值的十倍以上，也就说偏置电流源Is的电流值远大于可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n的电流值。根据前述表达式(6)可以知道，可调电流模块22可以通过调整可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n上调整电流的调整比例调整k₁、k₂、…、k_n的值，使对应的不同阶数的失调电压的温度系数得到调整，从而实现对失调电压的一阶到高阶温度系数的调整。

可选地，在本实施例中，输入对管211为NMOS管或PMOS管，输入对管211工作在亚阈值区域，这是因为对失调电压温度系数调整时，输入对管211上的漏极电流为：

$I_D=\frac{W}{L}{I}_0\exp \left(\frac{V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}}}{\mathrm{\η}{V}_T}\right)---\left(7\right)$

其中，I_D是MOS管漏极电流，W/L是NMOS管N1的宽长比，I₀是本征电流，V_gs是NMOS管N1的栅源电压，V_th是阈值电压。

根据上述表达式(7)可知，漏极电流与栅极电压是指数的关系，而对于MOS管来说，漏极电流与栅极电压是在亚阈值区域内呈指数变化的，因此在输入对管211为NMOS管或PMOS管时，输入对管211工作在亚阈值区域。

可选地，在本实施例中，可调电流模块22还可以包括开关，通过开关控制可调电流源的接通或断开。

可选地，在本实施例中，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n与开关是一对一的关系，具体地，输入对管211中管M1和管M2为NMOS管或NPN管、负载对管212中管M3和管M1为PMOS管或PNP管，开关的一端和与此开关对应的可调电流源的正极相连，管M3和管M1串联连接后与开关的另一端并联相连，和/或管M4和管M2串联连接后与开关的另一端并联相连；开关的一端与电源VDD相连，开关的另一端和与此开关对应的可调电流源的负极相连。输入对管211中管M1和管M2为PMOS管或PNP管、负载对管212中管M3和管M1为NMOS管或NPN管，开关的一端和与此开关对应的可调电流源的负极相连，管M3和管M1串联连接后与开关的另一端相连，和/或管M4和管M2串联连接后与开关的另一端相连；开关的一端与地相连，开关的另一端和与此开关对应的可调电流源的正极相连。

可选地，在本实施例中，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n与开关还可以不是一对一的关系，若输入对管211中管M1和管M2为MOS管则失调电流是MOS管M1和MOS管M2的漏极源极电流差，若输入对管211中管M1和管M2为PNP管或NPN管，则失调电流是PNP管M1和PNP管M2或NPN管M1和NPN管M2的集电极发射极电流差，根据前述表达式(6)可以知道，可调电流模块22可以通过调整可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n上调整电流的调整比例和控制开关的接通断开调整k₁、k₂、…、k_n的值，使对应的不同阶数的失调电压的温度系数得到调整，从而实现对失调电压的一阶到高阶温度系数的调整，所以在对失调电压的某一阶的温度系数进行调整时，若此阶温度系数对应的可调电流源布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，则对应此阶温度系数的可调电流源上可以对应有一个或一个以上开关，也可以对应没有开关；同样，若此阶温度系数对应的可调电流源布置在负载对管212中其中一个管(例如图2中的管M3或管M4)的一侧并与该管并联连接，则该可调电流源上可以对应有一个或一个以上开关，也可以对应没有开关。例如：假设可调电流源I₁₁和I₁₂分别布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接且对应失调电压的一阶温度系数，设可调电流源I₁₁上对应有开关S1，那么，若可调电流源I₁₂上对应有开关S2，则可以通过调整开关S1和S2的连接断开以及调整可调电流源I₁₁和I₁₂上电流的调整比例调整失调电压的一阶温度系数，若可调电流源I₁₂上对应没有开关，则可认为可调电流源I₁₂上对应一个一直处于接通状态的开关，可以通过调整开关S1的接通断开以及调整可调电流源I₁₁和I₁₂上电流的调整比例调整失调电压的一阶温度系数；设可调电流源I₁₁上对应没有开关，那么，若可调电流源I₁₂上对应有开关S2，则可认为可调电流源I₁₁上对应一个一直处于接通状态的开关，可以通过调整开关S2的接通断开以及调整可调电流源I₁₁和I₁₂上电流的调整比例调整失调电压的一阶温度系数，但是，若可调电流源I₁₂上也对应没有开关，则相当于可调电流源I₁₁上对应一个一直处于接通状态的开关，可调电流源I₁₂上也对应一个一直处于接通状态的开关，可以通过调整可调电流源I₁₁和I₁₂上电流的调整比例调整失调电压的一阶温度系数。

如图5所示，为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第二实例的结构示意图，在本实例中，输入对管211中管M1和管M2具体为NMOS管N1和NMOS管N2，负载对管212中管M3和管M4具体为PMOS管P1和PMOS管P2，可调电流模块22布置在负载对管212的两侧并与负载对管212并联连接，可调电流模块22中包括可调电流源和开关，可调电流源I₁₁、I₂₁、…、I_1n、I_2n具体为可调电流源I₁₁、可调电流源I₁₂、可调电流源I₂₁和可调电流源I₂₂，可调电流源与开关一一对应，具体为可调电流源I₁₁与开关SW1对应、可调电流源I₁₂与开关SW2对应、可调电流源I₂₁与开关SW3对应和可调电流源I₂₂与开关SW4对应，可调电流源I₁₁、可调电流源I₁₂、可调电流源I₂₁和可调电流源I₂₂的负极均与电源VDD相连，开关SW1的一端与可调电流源I₁₁的正极相连，开关SW2与可调电流源I₁₂的正极相连，开关SW3与可调电流源I₂₁的正极相连，开关SW4与可调电流源I₂₂的正极相连，NMOS管N1的栅极与校准之前的基准电压Vin相连，校准之前的基准电压Vin处有失调电压Vos，NMOS管N1的源极与偏置电流源I_s的负极相连，NMOS管N1的漏极与PMOS管P1的漏极连接后并与可调电流模块22中的开关SW2、开关SW4的另一端相连，NMOS管N2的栅极与漏极连接后并与校准之后的基准电压Vout，NMOS管N2的源极与偏置电流源I_s的负极相连，NMOS管N2的漏极与PMOS管P2的漏极连接后并与可调电流模块22中的开关SW1开关、SW3的另一端相连，PMOS管P1的栅极与PMOS管P2的栅极连接后并与NMOS管N1的漏极相连，PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极均与电源VDD相连，偏置电流源I_s的正极与地相连。

在上述实例中，NMOS管N1和NMOS管N2工作在亚阈值区域，偏置电流源I_s的电流值远大于可调电流源I₂₁、可调电流源I₂₂、可调电流源I₃₁和可调电流源I₃₂的电流值，PMOS管P1和P2是电流比例为1:1的电流镜管。

用A、B、C、D分别表示开关SW1、SW2、SW3、SW4的接通和断开，则假设开关SW1接通时，A＝1，断开时A＝0；开关SW2接通时，B＝1，断开时B＝0；开关SW3接通时，C＝1，断开时C＝0；开关SW4接通时，D＝1，断开时D＝0。假设失调电流为Ios，负载对管212中PMOS管P1和PMOS管P2的漏源电流分别为I_p1和I_p2，因为此处失调电流为流过输入对管211中NMOS管N1和NMOS管N2的漏源电流差，且I_p1＝I_p2，则失调电流Ios的表达式为：

I_OS＝I_p2+AI₁₁+CI₂₁-(I_p1+BI₁₂+DI₂₂)＝AI₁₁-BI₁₂+CI₂₁-DI₂₂  (8)

由Ios得出的失调电压Vos的表达式为：

$V_{\mathrm{OS}}=\frac{I_{\mathrm{OS}}}{g_m}\≈\frac{{\mathrm{AI}}_{11}-{\mathrm{BI}}_{12}+{\mathrm{CI}}_{21}-{\mathrm{DI}}_{22}}{I_s}2\mathrm{\η}{V}_T---\left(9\right)$

对失调电压Vos的温度系数的调整具体可以为：令I₁₁＝I₁₂＝xI_s，x为调整电流源I₁₁和可调电流源I₁₂的调整电流的调整比例，则2ηV_T项的系数为(A-B)x，通过控制开关SW1、开关SW2的接通断开以及调整可调电流源I₁₁和可调电流源I₁₂的调整比例x的值来改变(A-B)x的值，从而可以调整失调电压Vos的一阶温度系数；同样地，令I₂₁＝I₂₂＝y I_sT/T0，其中，y为某温度T0下的可调电流源I₂₁和可调电流源I₂₂的调整电流的调整比例，则2ηV_T项系数为(C-D)yT/T0，通过控制开关SW3、开关SW4的接通断开以及调整可调电流源I₂₁和可调电流源I₂₂的调整比例y的值来改变(C-D)yT/T0的值，实现对Vos的二阶温度系数的调整。

根据上述关系，可以得出校准之后的基准电压Vout的表达式为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}+V_{\mathrm{os}}=V_{\mathrm{os}}=V_{\mathrm{REF}}+\frac{2\mathrm{\ηk}(A-B)x}{q}T+\frac{2\mathrm{\ηk}(C-D)y}{q{T}_0}{T}^2---\left(10\right)$

在表达式(10)中，Vout的一阶温度系数为二阶温度系数为通过上述的具体过程调整对应的可调电流源的调整电流的调整比例和开关的接通断开就可以实现对一阶温度系数和二阶温度系数的调整，实现对基准电压温度系数的校准。

可选地，在上述实例中，可以改变并联连接的可调电流源的个数，通过调整可调电流源的调整电流的调整比例以及控制与可变电流源对应的开关的接通和断开，实现对失调电压Vos的一阶到高阶温度系数的调整，从而实现对基准电压温度系数的校准。

如图6所示，为本发明基准电压温度系数校准电路实施例的第三实例的结构示意图，与图5中不同的是，输入对管211为PMOS管P1和P2，负载对管为NMOS管N1和N2，可调电流源I₁₁、可调电流源I₁₂、可调电流源I₂₁和可调电流源I₂₂的正极均与地相连，开关SW1的一端与可调电流源I₁₁的负极相连，开关SW2与可调电流源I₁₂的负极相连，开关SW3与可调电流源I₂₁的负极相连，开关SW4与可调电流源I₂₂的负极相连，PMOS管P1的栅极与校准之前的基准电压Vin，PMOS管P1的源极与偏置电流I_s的正极相连，PMOS管P1的漏极与NMOS管N1的漏极连接后并与可调电流模块22中的开关SW2、开关SW4的另一端相连，PMOS管P2的栅极与漏极连接后并与校准之后的基准电压Vout，PMOS管P2的源极与偏置电流I_s的正极相连，PMOS管P2的漏极与NMOS管N2的漏极连接后并与可调电流模块22中的开关SW1、开关SW3的另一端相连，NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的栅极连接后并与PMOS管P1的漏极相连，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极均与地相连，偏置电流I_s的负极与电源VDD相连。

按照图5中的计算方法，可以得到图6中的失调电压Vos和校准之后的基准电压Vout的表达式与图5中失调电压Vos和校准之后的基准电压Vout的表达式一致，因此可以通过同样的调整过程对失调电压Vos进行调整，得到对基准电压温度系数的校准，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基准电压温度系数校准电路，其特征在于，包括：

运算放大器，包括输入对管、负载对管、偏置电流源，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端相连；

可调电流模块，与所述负载对管并联连接，所述可调电流模块用于产生调整电流，所述调整电流用于对流过所述输入对管的失调电流进行调整，其中，所述调整电流与所述偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可调电流模块包括一个以上并联连接的可调电流源。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可调电流模块还包括开关，通过所述开关控制所述可调电流源的接通或断开。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入对管为NMOS管或NPN管，所述负载对管为PMOS管或PNP管；或者

所述输入对管为PMOS管或PNP管，所述负载对管为NMOS管或NPN管。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入对管为NMOS管或PMOS管，所述输入对管工作在亚阈值区域。

6.一种基准电路校准方法，其特征在于，包括：

提供运算放大器，所述运算放大器包括输入对管、负载对管、偏置电流源，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端相连；

提供可调电流模块，所述可调电流模块与所述负载对管并联连接，所述可调电流模块产生调整电流，所述调整电流对所述输入对管的失调电流进行调整，其中，所述调整电流与所述偏置电流源的电流和绝对温度的阶数相关。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调电流模块包括一个以上并联连接的可调电流源。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可调电流模块还包括开关，通过所述开关控制所述可调电流源的接通或断开。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述输入对管为NMOS管或NPN管，所述负载对管为PMOS管或PNP管；或者

所述输入对管为PMOS管或PNP管，所述负载对管为NMOS管或NPN管。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述输入对管为NMOS管或PMOS管，所述输入对管工作在亚阈值区域。