CN107515639B - 一种低温漂的电源电压产生电路 - Google Patents

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

一种低温漂的电源电压产生电路，属于模拟集成电路设计领域。本发明将基准电压VREF作为第一三极管Q1的基极输入，在第一三极管Q1的发射极上利用电阻压降和BE结电压之和等效输入的基准电压VREF，通过第一三极管Q1和第一电阻R1与第七三极管Q7和第二电阻R2进行电平位移得到两倍的近似零温漂的基准电压2VREF作为电源电压输出；通过第二三极管Q2、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十二三极管Q12、第十三三极管Q13和第十四三极管Q14形成的两级互补共集电路结构增大了电源电压的负载能力，且占用芯片面积小，降低了生产成本。

Description

一种低温漂的电源电压产生电路
技术领域
本发明属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种电源电压产生电路。
背景技术
半导体器件特性如双极晶体管的BE结电压，受温度影响很大，当温度升高时，BE结电压减小。为了提高电路节点的带载能力，通常需要采用缓冲器。而结构最为简单的缓冲器方案是利用共集结构提升电路节点带载能力。为了消除共集电路带来的BE结电压差问题，目前采用两级互补共集电路实现输出缓冲，即电路中某个结点电压会分别加减BE结电压之后，再向外部供电。但由于BE结电压存在的偏差，导致这样得到的电压会具有BE结电压对温度的依赖性，当温度变化时，该电压也会发生改变。温度系数用于度量在温度变化下电路维持预定输出电压的能力，温度系数越小，在相同的温度变化下，电压的变化量越小。当温度变化时，低温度系数的电源电压为电路提供稳定的偏置。
另外一种电源电压产生方式为LDO模块。虽然其输出稳定，精度高，但是结构复杂，需要考虑环路稳定性的问题，并且功率管占据的芯片面积很大。
发明内容
针对上述不足之处，本发明提供一种低温漂的电源电压产生电路，将基准电压的低温度、工艺依赖性转移到特定电源轨来获得稳定的内建电源。
本发明的技术方案是：
一种低温漂的电源电压产生电路，包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十一三极管Q11、第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和负载电流源ILOAD，
其中所述第三三极管Q3和第四三极管Q4构成电流镜结构，镜像比为1:1；
所述电源电压产生电路的输入端连接偏置电压；
第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极连接基准电压VREF，第一三极管Q1的集电极连接第三三极管Q3的集电极和第六三极管Q6的基极，其发射极通过第一电阻R1后接地；
第四三极管Q4的基极连接第三三极管Q3和第五三极管Q5的基极以及第六三极管Q6的发射极，其集电极连接第七三极管Q7的基极和集电极以及第八三极管Q8和第九三极管Q9的基极；
第二电阻R2接在第二三极管Q2的发射极和第七三极管Q7的发射极之间；
第三电阻R3接在第三三极管Q3的发射极和输入端之间；
第四电阻R4接在第四三极管Q4的发射极和输入端之间；
第五电阻R5接在第五三极管Q5的发射极和输入端之间；
第十一三极管Q11的基极连接第十三极管Q10的基极和集电极以及第八三极管Q8的集电极，其集电极连接第九三极管Q9的发射极和第十四三极管Q14的基极，第九三极管Q9的集电极接输入端；
第十二三极管Q12的基极连接第五三极管Q5的集电极和第八三极管Q8的发射极，其集电极连接输入端，其发射极连接第十三三极管Q13的基极和第十四三极管Q14的发射极；
第十三三极管Q13的集电极连接输入端，其发射极作为所述电源电压产生电路的输出端输出所述电源电压并通过负载电流源ILOAD后接地；
第二三极管Q2、第六三极管Q6和第十四三极管Q14的集电极接地，第十三极管Q10和第十一三极管Q11的发射极接地；
所述第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等；
所述第一三极管Q1、第七三极管Q7、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十一三极管Q11、第十二三极管Q12和第十三三极管Q13为NPN型三极管，第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第八三极管Q8和第十四三极管Q14为PNP型三极管。
本发明的有益效果为：本发明通过电源电压产生电路产生一个2倍基准的近似零温漂的电源电压；电路中通过两级共集电路增大了电源电压的负载能力；本发明占用芯片面积小，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种低温漂的电源电压产生电路的结构示意图。
图2为第七三极管Q7基极与X节点的电压随温度的漂移曲线图。
图3为产生的电源电压VOUT随温度的漂移曲线。
图4为电路的负载仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
本发明将基准电压VREF作为第一三极管Q1的基极输入，在第一三极管Q1的发射极上利用电阻压降和BE结电压之和等效输入的基准电压VREF，通过电平位移得到两倍的基准电压2VREF。注意保持双极晶体管的偏置电流尽量相同，减小双极晶体管基极和发射极之间的PN结的温漂系数差异。
如图1所示为本发明提供的一种低温漂的电源电压产生电路的结构示意图，包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十一三极管Q11、第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和负载电流源ILOAD，所述电源电压产生电路的输入端连接偏置电压，第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极连接基准电压VREF，第一三极管Q1的集电极连接第三三极管Q3的集电极和第六三极管Q6的基极，其发射极通过第一电阻R1后接地；第四三极管Q4的基极连接第三三极管Q3和第五三极管Q5的基极以及第六三极管Q6的发射极，其集电极连接第七三极管Q7的基极和集电极以及第八三极管Q8和第九三极管Q9的基极；第二电阻R2接在第二三极管Q2的发射极和第七三极管Q7的发射极之间；第三电阻R3接在第三三极管Q3的发射极和输入端之间；第四电阻R4接在第四三极管Q4的发射极和输入端之间；第五电阻R5接在第五三极管Q5的发射极和输入端之间；第十一三极管Q11的基极连接第十三极管Q10的基极和集电极以及第八三极管Q8的集电极，其集电极连接第九三极管Q9的发射极和第十四三极管Q14的基极，第九三极管Q9的集电极接输入端；第十二三极管Q12的基极连接第五三极管Q5的集电极和第八三极管Q8的发射极，其集电极连接输入端，其发射极连接第十三三极管Q13的基极和第十四三极管Q14的发射极；第十三三极管Q13的集电极连接输入端，其发射极作为所述电源电压产生电路的输出端输出所述电源电压并通过负载电流源ILOAD后接地；第二三极管Q2、第六三极管Q6和第十四三极管Q14的集电极接地，第十三极管Q10和第十一三极管Q11的发射极接地；所述第一三极管Q1、第七三极管Q7、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十一三极管Q11、第十二三极管Q12和第十三三极管Q13为NPN型三极管，第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第八三极管Q8和第十四三极管Q14为PNP型三极管。
其中第三三极管Q3分别与第四三极管Q4和第五三极管Q5构成电流镜结构，镜像比都为1:1，用于产生镜像电流；第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5作为反馈电阻，用于改善电流匹配性，使得镜像电流匹配得更好，产生三股相同的电流；第六三极管Q6作为减小双极晶体管的放大倍数β影响的基本镜像电流源；本实施例中第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，第一三极管Q1和第一电阻R1与第七三极管Q7和第二电阻R2用于产生等效的基准电压；第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十三极管Q10和第十一三极管Q11用于补偿基极电流；第二三极管Q2、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十二三极管Q12、第十三三极管Q13和第十四三极管Q14形成两级互补共集电路结构。下面具体分析本发明的工作原理。
将一个基准电压VREF输入图1所示的电源电压产生电路中。第六三极管Q6形成了一个基本镜像电流源结构，用于减小双极晶体管的放大倍数β的影响，使得流过第一电阻R1和第二电阻R2的电流几乎相等。
其中IC1和IC4分别是第一三极管Q1和第四三极管Q4管的集电极电流。第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5使得第一三极管Q1的集电极电流IC1，第四三极管Q4管的集电极电流IC4和第五三极管Q5管的集电极电流IC5的匹配性更好。
忽略基极电流，由图1可得：
VREF＝VBE1+R1×IC1 (2)
因为第一三极管Q1和第七三极管Q7的偏置电流相等，因此第一三极管Q1和第七三极管Q7的BE结电压相等，由于R2＝R1，则Q7基极与X点的电压差：
VB7-VX＝VBE7+R2×IC4＝VREF (3)
第四三极管Q4管的集电极电流IC4有一部分电流用来提供第八三极管Q8和第九三极管Q9的基极电流。图1中第八三极管Q8和第九三极管Q9分别采用了PNP和NPN两种晶体管，从而使得第八三极管Q8和第九三极管Q9的基极电流近似可以平衡，则IC4＝IC7保证电路的精度。
进一步得到：
VB7＝2VREF+VEB2 (4)
图2中是第七三极管Q7基极和X点即第二三极管的发射极点的电压随温度变化曲线，我们可以看到，两点电压都具有负温系数，这是受到第二三极管Q2的EB结负温影响。图3是第七三极管Q7基极和X点两点电压差随温度的变化曲线，具有零温系数。
由图1得到VOUT的表达式：
VOUT＝2VREF+VEB2+VEB8-VBE12-VBE13
＝2VREF+VEB2-VBE9+VEB14-VBE13 (5)
如果第二三极管Q2、第八三极管Q8的EB结负温度系数和第十二三极管Q12、第十三三极管Q13的BE结负温度系数相抵消，则输出电压VOUT即可看成零温系数的电压。但实际上，PNP管的EB结和NPN管的BE结负温系数不同，并且由于第二三极管Q2、第八三极管Q8、第十二三极管Q12和第十三三极管Q13的偏置电流也不同，导致第二三极管Q2、第八三极管Q8的EB结负温度系数和第十二三极管Q12、第十三三极管Q13的BE结负温度系数不能相抵消，因此，最后得到的输出电压VOUT会有温度漂移，但是漂移不大，漂移曲线如图3所示。
根据图1，第十二三极管Q12和第十三三极管Q13用来放大电流，第十二三极管Q12的基极电流通过两级放大提供电源负载ILOAD。
ILOAD＝β13β12IB12 (6)
其中β12和β13分别是第十二三极管Q12和第十三三极管Q13的放大倍数，IB12为第十二三极管Q12的基极电流。采用上述方案可以产生一个2倍基准的近似零温漂的电源电压，经仿真得到温度系数是187ppm/℃。本发明提供的电源电压产生电路通过两级共集电路增大了电源电压的负载能力。仿真图形如图4所示，当负载增加到16mA时，电压下降到4.5V。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低温漂的电源电压产生电路，其特征在于，包括第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第七三极管(Q7)、第八三极管(Q8)、第九三极管(Q9)、第十三极管(Q10)、第十一三极管(Q11)、第十二三极管(Q12)、第十三三极管(Q13)、第十四三极管(Q14)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和负载电流源(ILOAD)，
其中所述第三三极管(Q3)和第四三极管(Q4)构成电流镜结构，镜像比为1:1；
所述电源电压产生电路的输入端连接偏置电压；
第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)的基极连接基准电压(VREF)，第一三极管(Q1)的集电极连接第三三极管(Q3)的集电极和第六三极管(Q6)的基极，其发射极通过第一电阻(R1)后接地；
第四三极管(Q4)的基极连接第三三极管(Q3)和第五三极管(Q5)的基极以及第六三极管(Q6)的发射极，其集电极连接第七三极管(Q7)的基极和集电极以及第八三极管(Q8)和第九三极管(Q9)的基极；
第二电阻(R2)接在第二三极管(Q2)的发射极和第七三极管(Q7)的发射极之间；
第三电阻(R3)接在第三三极管(Q3)的发射极和输入端之间；
第四电阻(R4)接在第四三极管(Q4)的发射极和输入端之间；
第五电阻(R5)接在第五三极管(Q5)的发射极和输入端之间；
第十一三极管(Q11)的基极连接第十三极管(Q10)的基极和集电极以及第八三极管(Q8)的集电极，其集电极连接第九三极管(Q9)的发射极和第十四三极管(Q14)的基极，第九三极管(Q9)的集电极接输入端；
第十二三极管(Q12)的基极连接第五三极管(Q5)的集电极和第八三极管(Q8)的发射极，其集电极连接输入端，其发射极连接第十三三极管(Q13)的基极和第十四三极管(Q14)的发射极；
第十三三极管(Q13)的集电极连接输入端，其发射极作为所述电源电压产生电路的输出端输出所述电源电压并通过负载电流源(ILOAD)后接地；
第二三极管(Q2)、第六三极管(Q6)和第十四三极管(Q14)的集电极接地，第十三极管(Q10)和第十一三极管(Q11)的发射极接地；
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的阻值相等；
所述第一三极管(Q1)、第七三极管(Q7)、第九三极管(Q9)、第十三极管(Q10)、第十一三极管(Q11)、第十二三极管(Q12)和第十三三极管(Q13)为NPN型三极管，第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第八三极管(Q8)和第十四三极管(Q14)为PNP型三极管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108874013A (zh) * 2018-07-25 2018-11-23 南京微盟电子有限公司 一种对电源不敏感的零温漂电流源电路
CN115877908B (zh) * 2023-03-02 2023-04-28 盈力半导体(上海)有限公司 一种带隙电压基准电路及其二阶非线性校正电路和芯片

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102520757A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 南京邮电大学 一种灌电流和拉电流产生电路
CN203012572U (zh) * 2013-01-06 2013-06-19 成都芯源系统有限公司 电压基准源电路
CN203386100U (zh) * 2013-08-30 2014-01-08 厦门意行半导体科技有限公司 一种带隙基准电路

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2734420B2 (ja) * 1995-08-30 1998-03-30 日本電気株式会社 定電圧源回路
KR101072611B1 (ko) * 2003-05-23 2011-10-11 페어차일드코리아반도체 주식회사 온도에 독립적인 전류전원 회로

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102520757A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 南京邮电大学 一种灌电流和拉电流产生电路
CN203012572U (zh) * 2013-01-06 2013-06-19 成都芯源系统有限公司 电压基准源电路
CN203386100U (zh) * 2013-08-30 2014-01-08 厦门意行半导体科技有限公司 一种带隙基准电路

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