CN113342119B - 一种多阶曲率补偿基准电压源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基准电压源电路技术领域，公开了一种多阶曲率补偿基准电压源电路，包括电流偏置部分和电压基准部分，电流偏置部分，包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16。本发明引入多阶曲率补偿，调节波形形状，从而有效解决了传统一阶零温度系数带隙基准的温度曲线在全温度范围内曲率不能满足要求的问题，具有优秀的使用价值。

Description

一种多阶曲率补偿基准电压源电路

技术领域

本发明涉及基准电压源电路技术领域，具体为一种多阶曲率补偿基准电压源电路。

背景技术

集成电路系统中经常需要使用精密基准电压源，基准电压源的精度决定了系统输出电压的精度。电源系统多由功率器件组成，工作时不可避免会发热，有时电源系统还需要能在冬季室外低温环境良好工作，这就要求精密基准电压源具有良好的温度系数。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题没有得到解决：目前，传统一阶零温度系数带隙基准的温度曲线，在全温度范围内多呈抛物线形，有时并不能满足实际要求，这就需要设计多阶带隙基准进行曲率校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多阶曲率补偿基准电压源电路，解决背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多阶曲率补偿基准电压源电路，包括电流偏置部分和电压基准部分，

电流偏置部分，包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16，电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23，电流镜I2、I3、I4、I5；

电压基准部分，包括三极管Q0、Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电流镜I1和I6，放大器EA；

Q5的基极、Q7的基极、Q13的基极、Q10的基极、Q1的发射极、Q2的发射极、I6的一端互连；

Q5的发射极、Q6的发射极与I2的一端相连；

Q6的集电极接R7的一端，R7的另一端与R8的一端、R22的一端、R23的一端、R4的一端、R5的一端互联；

Q6的基极与R14的一端、R13的一端相连；

I3的另一端与Q7的发射极、Q8的发射极相连，Q7的集电极与R8的另一端相连；

Q8的基极与R9的一端、R10的一端相连；

R13的另一端与R12的一端、Q9的基极相连；

R12的另一端与R11的一端、Q12的基极相连；

R11的另一端与R9的另一端、Q11的基极相连；

Q12的发射极、Q13的发射极、与I4的另一端相连；

Q13的集电极接R22的另一端，Q9的发射极、Q10的发射极与I5的另一端相连；

Q9的集电极与R23的另一端相连；

Q14的基极与R17的一端、R18的一端相连；

R17的另一端、Q15的基极与R16的一端相连；

R16的另一端与Q14的集电极、R15的另一端相连；

Q15的发射极接R20的一端，R20的另一端与R21的一端、R19的一端相连；

R19的另一端与Q16的发射极相连；

I1的另一端与Q3的基极、R6的一端相连；

R6的另一端与Q4的发射极相连；

Q3的发射极与R1的一端、R2的一端相连；

R1的另一端接EA的同向输入端、Q2的集电极，R2的另一端接EA的反向输入端、Q1的集电极，Q0的发射极接R4的另一端；

Q4的集电极、Q5的集电极、Q8的集电极、Q10的集电极、Q12的集电极、Q11的发射极、Q14的发射极、R5的另一端、R10的另一端、R18的另一端、R21的另一端、I6的另一端接GND；

I2的另一端、I1的一端、I3的一端、I4的一端、I5的一端、Q3的集电极、Q16的集电极、R15的一端接电源VCC；

R14的另一端与R3的一端、EA的输出、Q2的基极、Q4的基极、Q16的基极互联接VREF；

Q11的集电极、Q15的集电极、Q1的基极、Q0的基极、Q0的集电极、R3的另一端互联接A点。

与现有技术相比，本发明提供了一种多阶曲率补偿基准电压源电路，具备以下有益效果：

该一种多阶曲率补偿基准电压源电路，通过调节多阶补偿系统I2、I3、I4、I5电流镜的大小，电阻R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18的比例，得出不同温度下的曲率补偿，这样可以在环境温度及工作温度改变时，减小基准电压波动，相较于现有技术，本申请引入多阶曲率补偿，调节波形形状，从而有效解决了传统一阶零温度系数带隙基准的温度曲线在全温度范围内曲率不能满足要求的问题，具有优秀的使用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的电路原理图；

图2为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的未经过调节的一阶带隙基准温度曲线示意图；

图3为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的经过调节的多阶曲率补偿后带隙基准温度曲线示意图；

图4为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q6集电极电流经R7流入R5的电流曲线，细调高温曲率补偿示意图；

图5为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q7集电极电流经R8流入R5的电流曲线，细调低温温曲率补偿示意图；

图6为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q9集电极电流经R23流入R5的电流曲线，粗调高温曲率补偿示意图；

图7为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q13集电极电流经R22流入R5的电流曲线，粗调低温曲率补偿示意图；

图8为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q15集电极下拉电流曲线，分流流过R3的电流，做低温曲率二次补偿示意图；

图9为本发明一种多阶曲率补偿基准电压源电路的Q11集电极下拉电流曲线，分流流过R3的电流，做高温曲率二次补偿示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种多阶曲率补偿基准电压源电路，包括电流偏置部分和电压基准部分，

电流偏置部分，包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16，电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23，电流镜I2、I3、I4、I5；

电压基准部分，包括三极管Q0、Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电流镜I1和I6，放大器EA；

Q5的基极、Q7的基极、Q13的基极、Q10的基极、Q1的发射极、Q2的发射极、I6的一端互连；

Q5的发射极、Q6的发射极与I2的一端相连；

Q6的集电极接R7的一端，R7的另一端与R8的一端、R22的一端、R23的一端、R4的一端、R5的一端互联；

Q6的基极与R14的一端、R13的一端相连；

I3的另一端与Q7的发射极、Q8的发射极相连，Q7的集电极与R8的另一端相连；

Q8的基极与R9的一端、R10的一端相连；

R13的另一端与R12的一端、Q9的基极相连；

R12的另一端与R11的一端、Q12的基极相连；

R11的另一端与R9的另一端、Q11的基极相连；

Q12的发射极、Q13的发射极、与I4的另一端相连；

Q13的集电极接R22的另一端，Q9的发射极、Q10的发射极与I5的另一端相连；

Q9的集电极与R23的另一端相连；

Q14的基极与R17的一端、R18的一端相连；

R17的另一端、Q15的基极与R16的一端相连；

R16的另一端与Q14的集电极、R15的另一端相连；

Q15的发射极接R20的一端，R20的另一端与R21的一端、R19的一端相连；

R19的另一端与Q16的发射极相连；

I1的另一端与Q3的基极、R6的一端相连；

R6的另一端与Q4的发射极相连；

Q3的发射极与R1的一端、R2的一端相连；

R1的另一端接EA的同向输入端、Q2的集电极，R2的另一端接EA的反向输入端、Q1的集电极，Q0的发射极接R4的另一端。

本实施例中，Q4的集电极、Q5的集电极、Q8的集电极、Q10的集电极、Q12的集电极、Q11的发射极、Q14的发射极、R5的另一端、R10的另一端、R18的另一端、R21的另一端、I6的另一端接GND。

本实施例中，I2的另一端、I1的一端、I3的一端、I4的一端、I5的一端、Q3的集电极、Q16的集电极、R15的一端接电源VCC。

本实施例中，R14的另一端与R3的一端、EA的输出、Q2的基极、Q4的基极、Q16的基极互联接VREF。

本实施例中，Q11的集电极、Q15的集电极、Q1的基极、Q0的基极、Q0的集电极、R3的另一端互联接A点。

工作原理：本发明电路如图1所示，电路VCC供电后，电流镜I1，R6，Q4，Q3让整个电路正常启动工作，R1:R2为n1：n2，流入Q1和Q2的电流比也就是n2：n1，Q1和Q2的发射极面积比为n3：n4，忽略多阶曲率补偿，那么计算得出基准电压公式为：

VREF＝VT*ln{(n1*n3)/(n4*n2)}*(R3+R4+R5)/R3+VBE0，其中VT为热电压是正温度系数，VBE0为三极管Q0的基极发射极电压差是负温度系数，调节电阻和三极管的比例可以将正负温度系数相抵得到零温漂基准。图2为未加入多阶曲率补偿的基准VREF输出曲线，图3是在图2的基础上加入电流偏置部分即多阶曲率补偿电路后基准VREF输出曲线；

如果没有电流偏置部分的多阶曲率补偿电路的作用，此零温漂基准的波形如图2所示，在全温度范围内基准电压曲线呈抛物线形，波动较大；

Q6集电极电流经R7流入R5定义为ICQ6，Q5，Q7，Q13，Q10的基极电压相等，定义为V，则V＝VREF-VBE2，Q6的基极电压定义为VB6，VB6＝VREF*{(R13+R12+R11+R9+R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}，当VB6＜V时，即VREF*{(R13+R12+R11+R9+R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}＜VREF-VBE2，得出VREF*{(R14)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}-VBE2＞0时，ICQ6会有电流，VBE2是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VBE比较，同时将电流镜I2设置合适的值，ICQ6≤I2，此时ICQ6在高温时会有电流如图4，流入R5会抬高基准，进行曲率补偿；

同理Q7集电极电流经R8流入R5定义为ICQ7，当VREF-VBE2＜VREF*{(R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}时，即VREF*{(R9+R11+R12+R13+R14)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}-VBE2＜0时，ICQ7会有电流，VBE2是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VBE比较，同时将电流镜I3设置合适的值，ICQ7≤I3，此时ICQ7在低温时会有电流如图5，流入R5会抬高基准，进行曲率补偿；

同理Q9的集电极电流经R23流入R5定义为ICQ9，当VREF*{(R9+R12+R11+R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}＜VREF-VBE2时，即VREF*{(R14+R13)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}-VBE2＞0时，ICQ9会有电流，VBE2是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VBE比较，同时将电流镜I5设置合适的值，ICQ9≤I5，此时ICQ9在高温时会有电流如图6，流入R5会抬高基准，进行曲率补偿；

同理Q13集电极电流经R22流入R5定义为ICQ13，当VREF-VBE2＜VREF*{(R9+R11+R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}时，即VREF*{(R14+R13+R12)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}-VBE2＜0时，ICQ13会有电流，VBE2是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VBE比较，同时将电流镜I4设置合适的值，ICQ13≤I4，此时ICQ13在低温时会有电流如图7，流入R5会抬高基准，进行曲率补偿；

Q11的集电极电流定义为ICQ11，VBE11为Q11的基极与集电极电压差，当VREF*{(R9+R10)/(R14+R13+R12+R11+R9+R10)}＞VBE11时，ICQ11会有电流，VBE11是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VBE比较，此时ICQ11在高温时会有电流如图9，分流R3的电流会降低基准，进行高温二次曲率补偿；

Q15的集电极电流定义为ICQ15，Q15的基极电压定义为VB15，Q14的基极发射极压差定义为VBE14，则VB15＝VBE14*{(R17+R18)/R18}，当VB15大于VREF时，即VBE14*{(R17+R18)/R18}＞VREF，ICQ15会有电流，VBE14是负温度系数，VREF是0温度系数，所以根据不同工艺设置合适的电阻比例与VREF比较，此时ICQ15在低温时会有电流如图8，分流R3的电流会降低基准，进行低温二次曲率补偿；

在加入电流偏置部分进行多阶曲率补偿后，基准在高低温-40-150℃变化只有0.3mV左右，达到了超低温漂1ppm/℃的标准，达到了世界领先水平。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种多阶曲率补偿基准电压源电路，包括电流偏置部分和电压基准部分，其特征在于：

电流偏置部分，包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16，电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23，电流镜I2、I3、I4、I5；

电压基准部分，包括三极管Q0、Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电流镜I1和I6，放大器EA；

Q5的基极、Q7的基极、Q13的基极、Q10的基极、Q1的发射极、Q2的发射极、I6的一端互连；

Q5的发射极、Q6的发射极与I2的一端相连；

Q6的集电极接R7的一端，R7的另一端与R8的一端、R22的一端、R23的一端、R4的一端、R5的一端互联；

Q6的基极与R14的一端、R13的一端相连；

I3的另一端与Q7的发射极、Q8的发射极相连，Q7的集电极与R8的另一端相连；

Q8的基极与R9的一端、R10的一端相连；

R13的另一端与R12的一端、Q9的基极相连；

R12的另一端与R11的一端、Q12的基极相连；

R11的另一端与R9的另一端、Q11的基极相连；

Q12的发射极、Q13的发射极、与I4的另一端相连；

Q13的集电极接R22的另一端，Q9的发射极、Q10的发射极与I5的另一端相连；

Q9的集电极与R23的另一端相连；

Q14的基极与R17的一端、R18的一端相连；

R17的另一端、Q15的基极与R16的一端相连；

R16的另一端与Q14的集电极、R15的另一端相连；

Q15的发射极接R20的一端，R20的另一端与R21的一端、R19的一端相连；

R19的另一端与Q16的发射极相连；

I1的另一端与Q3的基极、R6的一端相连；

R6的另一端与Q4的发射极相连；

Q3的发射极与R1的一端、R2的一端相连；

R1的另一端接EA的同向输入端、Q2的集电极，R2的另一端接EA的反向输入端、Q1的集电极，Q0的发射极接R4的另一端；

Q4的集电极、Q5的集电极、Q8的集电极、Q10的集电极、Q12的集电极、Q11的发射极、Q14的发射极、R5的另一端、R10的另一端、R18的另一端、R21的另一端、I6的另一端接GND；

I2的另一端、I1的一端、I3的一端、I4的一端、I5的一端、Q3的集电极、Q16的集电极、R15的一端接电源VCC；

R14的另一端与R3的一端、EA的输出、Q2的基极、Q4的基极、Q16的基极互联接VREF；

Q11的集电极、Q15的集电极、Q1的基极、Q0的基极、Q0的集电极、R3的另一端互联接A点。

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