CN104977973A - 一种低压低功耗的带隙基准电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低压低功耗的带隙基准电路。该电路包括正温度系数电路、负温度系数电路、比较器和输出电路，其中，所述正温度系数电路包括对置设置的两个三极管，和与一个三极管的集电极相连的正温度电阻；所述负温度系数电路包括串联的第一负温度电阻和第二负温度电阻；该带隙基准电路还包括调节电阻，连接在所述比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间。该电路的输出级不再引入三极管，削减了版图面积，通过在比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间跨接一个调节电阻，实现了与温度系数无关的带隙基准电压源的输出，减小了版图面积。

Description

一种低压低功耗的带隙基准电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及一种低压低功耗的带隙基准电路。

背景技术

随着系统集成技术的飞速发展，基准电压源已成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。基准电压源是超大规模集成电路和电子系统的重要组成部分，可广泛应用于高精度比较器、A/D和D/A转换器、随机动态存储器、闪存以及系统集成芯片中。带隙基准是所有基准电压中最受欢迎的一种，其主要作用是在集成电路中提供稳定的参考电压或参考电流，这就要求带隙基准对电源电压的变化和温度的变化不敏感。

如图1所示，为现有技术中的带隙基准电压电路。该电路包括正温度系数电路、负温度系数电路、放大器(AMP)和输出电路。正温度系数电路具体包括两个NPN三极管Q0和Q1，以及电阻R0，其中Q0和Q1的发射极和基极连接；负温度系数电路包括NPN三极管Q2和电阻R3。输出电路包括三个PMOS管MP1、MP2和MP3，用于将电流转换为电压输出。其中，三极管Q1与Q0的发射极-基极之间的面积比例为K：1，MP1、MP2和MP3的漏极和栅极之间的电压差为1：1：N。放大器的两个输入端分别与三极管Q1与Q0的集电极相连，且输出端分别连接输出电路中MP1和MP2的栅极。

带隙基准电压VBG的表达式为：VBG＝Vbe(q2)+[Vt*ln(K)/R0]*R3，根据此表达式的结果看，Vbe(q2)为具有负温度系数的Q2的基射结电压，Vt为正温度系数电压，Vt＝kT/e，T为温度，k＝1.38×10^-23J/K，e＝1.6×10^-19C。

由上述带隙基准电压VBG的表达式可以看出，要想得到想要的VBG，其温度特性必然改变，导致VBG会随温度的变化而改变，因此，该电路很难实现对带隙基准电压的调节；而且，该电路的输出级引入了三极管，增加了版图面积。

发明内容

本发明的目的是提出一种低压低功耗的带隙基准电路，以改善带隙基准电压难以调节、版图面积增加的问题。

本发明实施例提供了一种低压低功耗的带隙基准电路，包括正温度系数电路、负温度系数电路、比较器和输出电路，

其中，所述正温度系数电路包括对置设置的两个三极管，和与一个三极管的集电极相连正温度电阻；

所述负温度系数电路包括串联的第一负温度电阻和第二负温度电阻；

该带隙基准电路还包括调节电阻，连接在所述比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间。

上述电路中，优选的是：

所述调节电阻和/或正温度电阻的阻值可调。

上述电路中，优选的是：

所述第一负温度电阻和/或第二负温度电阻的阻值可调。

本发明实施例的技术方案，为了满足芯片对于低压低功耗需求而进行了改进，对于静态功耗要求较高的芯片有极其重大的意义。该带隙基准电路中，由于不需要输出级接三极管，改善了由于三极管数目的不匹配带来的版图面积增加的问题。

为了实现零温度系数的带隙基准电压源的输出，在比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间跨接一个调节电阻，通过调整该调节电阻的阻值，实现了与温度系数无关的带隙基准电压源的输出；同时，该调节电阻还可以抵消一部分由于运放失调引起的bandgap电压偏差。

为了得到更大范围的带隙基准源的输出，调节电阻和/或正温度电阻的阻值可调，负温度电阻的阻值可调，可以通过调节不同的电阻来粗细调整最终的温度系数以及输出电压值。

附图说明

图1为现有带隙基准电路的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种带隙基准电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图2为本发明实施例提供的一种带隙基准电路的电路图，该低压低功耗的带隙基准电路，包括正温度系数电路、负温度系数电路、比较器和输出电路。

其中，上述正温度系数电路包括对置设置的两个三极管Q0和Q1，和与一个三极管Q1的集电极相连正温度电阻R0；

上述负温度系数电路包括串联的第一负温度电阻R2和第二负温度电阻R3；

该带隙基准电路还包括调节电阻R1，连接在比较器AMP的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间。

具体的，正温度系数电路具体包括对置设置的两个NPN三极管，即第零三极管Q0和第一三极管Q1，和与一个三极管Q1的集电极相连的正温度电阻R0。Q0和Q1的基极和发射极相连，Q0的集电极和输出电路相连，Q1的集电极通过R0和输出电路中相连。其中，Q1与Q0的发射极-基极之间的面积比例为K：1。

负温度系数电路包括串联的第一负温度电阻R2和第二负温度电阻R3。R3未与R2连接的一端和Q1的发射极相连，R2未与R3连接的一端和输出电路的连接点为电压输出端。

比较器AMP的两个输入端分别与三极管Q1与Q0的集电极相连，且输出端分别连接输出电路中PMOS管MP1和MP2的栅极。

输出电路包括三个PMOS管MP1、MP2和MP3，用于将电流转换为电压输出。MP1、MP2和MP3并联，即MP1、MP2和MP3的栅极相连，源极相连，且漏极分别连接正温度系数电路中的三极管Q0的集电极、正温度电阻R0远离三极管Q1的一端和负温度系数电路中的第一负温度电阻R2未与R3连接的一端。其中，MP1、MP2和MP3的漏极和栅极之间的电压差为1：1：N。

上述电路中，调节电阻R1和/或正温度电阻R0，其阻值优选可调，通过调节R1与R0的值可以对温度系数进行粗调。

上述电路中，优选的，第一负温度电阻R2和/或第二负温度电阻R3的阻值可调。通过调节R2与R3的值可以对温度系数进行细调。

本发明实施例的技术方案，为了满足芯片对于低压低功耗需求而进行了改进，对于静态功耗要求较高的芯片有极其重大的意义。该带隙基准电路中，由于不需要输出级接三极管，改善了由于三极管数目的不匹配带来的版图面积增加的问题。为了实现零温度系数的带隙基准电压源的输出，在比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间跨接一个调节电阻，通过调整该调节电阻的阻值，实现了与温度系数无关的带隙基准电压源的输出；同时，该调节电阻还可以抵消一部分由于运放失调引起的bandgap电压偏差。为了得到更大范围的带隙基准源的输出，可以通过调节不同的电阻来粗细调整最终的温度系数以及输出电压值，实现零温度系数的带隙基准电压源的微调整。

上述电路结构的输出电压VBG的表达式为：

VBG＝{[N*R2+(N+1)*R3]/[R1+(N+1)*R3]}*{Vbe(q0)+[N*(R1*R2+R1*R3+R2*R3)]/[R0*[N*R2+(N+1)*R3]]*Vt*lnK}

其中，Vbe(q0)为Q0的基射结电压，具有负温度系数，Vt＝KT/q，具有正温度系数，q为电子电荷(1.6*10E-19库仑)，K为玻尔兹曼常量，T为温度。

根据此表达式可以看出，输出电压VBG的温度特性与R0以及R1强相关，与R2以及R3弱相关，可以通过调节不同的电阻来粗细调整最终的温度系数以及输出电压值。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种低压低功耗的带隙基准电路，包括正温度系数电路、负温度系数电路、比较器和输出电路，其特征在于：

所述正温度系数电路包括对置设置的两个三极管，和与一个三极管的集电极相连正温度电阻；

所述负温度系数电路包括串联的第一负温度电阻和第二负温度电阻；

该带隙基准电路还包括调节电阻，连接在所述比较器的一个输入端与两个负温度电阻的连接点之间。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述调节电阻和/或正温度电阻的阻值可调。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述第一负温度电阻和/或第二负温度电阻的阻值可调。