CN114489221A - 一种带隙基准电压源电路及带隙基准电压源 - Google Patents

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CN114489221A CN202210026756.8A CN202210026756A CN114489221A CN 114489221 A CN114489221 A CN 114489221A CN 202210026756 A CN202210026756 A CN 202210026756A CN 114489221 A CN114489221 A CN 114489221A
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Abstract

本发明公开一种带隙基准电压源电路及带隙基准电压源，包括：启动电路用于启动基准电压源；偏置电流源电路通过在亚阈值区的场效应晶体管的栅源电压差控制在线性区的场效应晶体管的电阻，并根据工作在线性区的场效应晶体管的漏源电压和电阻得到偏置电流；低阈值源跟随电路通过控制运算放大器的输出阻抗控制环路增益；带隙基准核心电路根据双极型晶体管在负温度系数的基极‑发射极电压和正温度系数的基极‑发射极电压，得到基准电压；曲率补偿电路产生与温度系数呈反比的补偿电流，以对基准电压进行曲率补偿。获得低功耗高性能高精度的带隙基准电压源。

Description

一种带隙基准电压源电路及带隙基准电压源
技术领域
本发明涉及开关电源电路设计技术领域，特别是涉及一种带隙基准电压源电路及带隙基准电压源。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着当前电子电路技术和物联网系统的发展，基准电压源电路应用也越来越广泛。基准电压源电路是物联网系统中集成电路的重要电路之一，为整个系统提供稳定的电流或电压。然而，传统的带隙基准电压源仅对温度特性曲线进行一阶补偿，难以满足现代高精度系统的要求。
为了得到高精度和低温漂的基准电压源，需要进行高阶补偿；而且，传统的基准电压源电路结构中都使用了无源电阻元件和双极结型晶体管BJT，这样的方法极大的增加了集成电路面积，同时过大的面积造成更多的功率损耗和材料的浪费，降低电路性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种带隙基准电压源电路及带隙基准电压源，利用PN结的反向饱和电流随温度敏感变化的特性，通过曲率补偿降低电路输出电压的温度系数，以补偿基准电压；结合低阈值源跟随电路降低运算放大器的输出阻抗，减少环路增益，获得低功耗高性能高精度的带隙基准电压源。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种带隙基准电压源电路，包括：依次连接的启动电路、偏置电流源电路、低阈值源跟随电路、带隙基准核心电路、曲率补偿电路和基准电压输出电路；
所述启动电路，用于上电后启动基准电压源；
所述偏置电流源电路，用于通过工作在亚阈值区的场效应晶体管的栅源电压差控制工作在线性区的场效应晶体管的电阻，并根据工作在线性区的场效应晶体管的漏源电压和电阻得到偏置电流；
所述低阈值源跟随电路，用于接收偏置电流，以通过控制带隙基准核心电路中运算放大器的输出阻抗控制环路增益；
所述带隙基准核心电路，用于接收偏置电流，并根据双极型晶体管在负温度系数的基极-发射极电压和正温度系数的基极-发射极电压，得到基准电压；
所述曲率补偿电路，用于产生与温度系数呈反比的补偿电流，根据补偿电流对基准电压进行曲率补偿；
所述基准电压输出电路，用于输出补偿后的基准电压。
作为可选择的实施方式，所述启动电路包括：第一场效应晶体管M1、第十七场效应晶体管M17、第二十二场效应晶体管M22和第二十四场效应晶体管M24；第一场效应晶体管M1的源极连接电源，第一场效应晶体管M1的漏极连接第十七场效应晶体管M17的源极，第十七场效应晶体管M17的漏极连接第二十四场效应晶体管M24的漏极，第二十四场效应晶体管M24的源极接地，第二十四场效应晶体管M24的栅极连接基准输出电压，第十七场效应晶体管M17的漏极连接第十七场效应晶体管M17的栅极，且连接第二十二场效应晶体管M22的栅极。
作为可选择的实施方式，处于零电流状态时，第二十二场效应晶体管M22的栅极处于高电位，第二十二场效应晶体管M22导通，并产生电流以启动电流镜，输出电压使得第二十四场效应晶体管M24导通，第二十二场效应晶体管M22截止，实现基准电压源的启动。
作为可选择的实施方式，所述偏置电流源电路包括：第二场效应晶体管M2、第三场效应晶体管M3、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8、第二十场效应晶体管M20、第二十一场效应晶体管M21、第二十三场效应晶体管M23、第二十五场效应晶体管M25、第二十六场效应晶体管M26和第二十八场效应晶体管M28；
第二场效应晶体管M2和第三场效应晶体管M3的源极连接电源，第二场效应晶体管M2的栅极连接第三场效应晶体管M3的栅极、漏极和第八场效应晶体管M8的源极，第二场效应晶体管M2的漏极连接第七场效应晶体管M7的源极，第七场效应晶体管M7的栅极连接第八场效应晶体管M8的栅极、漏极和第二十一场效应晶体管M21的漏极，第七场效应晶体管M7的漏极连接第二十场效应晶体管M20的漏极、栅极和第二十一场效应晶体管M21的栅极，第二十一场效应晶体管M21的源极连接第二十六场效应晶体管M26的漏极，第二十场效应晶体管M20的源极连接第二十三场效应晶体管M23的栅极、漏极和第二十五场效应晶体管M25的栅极，第二十三场效应晶体管M23的源极连接第二十五场效应晶体管M25的漏极和第二十八场效应晶体管M28的栅极，第二十五场效应晶体管M25的源极连接第二十六场效应晶体管M26的栅极和第二十八场效应晶体管M28的漏极，第二十六场效应晶体管M26的源极接地，第二十八场效应晶体管M28的源极接地。
作为可选择的实施方式，所述偏置电流源电路中采用电流镜，将偏置电流经电流镜镜像至带隙基准核心电路中。
作为可选择的实施方式，第二十三场效应晶体管M23工作在饱和区，采用第二十三场效应晶体管M23与第二十五场效应晶体管M25栅极相连到第二十三场效应晶体管M23漏极的方式，保证第二十五场效应晶体管M25工作在线性区，并作为恒定电阻，由第二十五场效应晶体管M25管的漏源电压和电阻产生偏置电流。
作为可选择的实施方式，所述低阈值源跟随电路包括运算放大器，运算放大器包括：第四场效应晶体管M4、第五场效应晶体管M5、第九场效应晶体管M9、第十场效应晶体管M10、第十八场效应晶体管M18、第十九场效应晶体管M19、第二十七场效应晶体管M27、第一电阻R1和第一电容C1；
第四场效应晶体管M4、第五场效应晶体管M5的源极连接电源，第四场效应晶体管M4的栅极连接第五场效应晶体管M5的栅极，第四场效应晶体管M4的漏极连接第九场效应晶体管M9的源极，第五场效应晶体管M5的漏极连接第十场效应晶体管M10的源极，第九场效应晶体管M9的栅极连接第十场效应晶体管M10的栅极，第九场效应晶体管M9的漏极连接第十八场效应晶体管M18的漏极，第十场效应晶体管M10的漏极连接第十九场效应晶体管M19的漏极、第一电阻R1和第一电容C1，第十八场效应晶体管M18的源极连接第十九场效应晶体管M19的源极和第二十七场效应晶体管M27的漏极，第二十七场效应晶体管M27的栅极连接偏置电流源电路中的第二十六场效应晶体管M26的栅极，第二十七场效应晶体管M27的源极接地。
作为可选择的实施方式，所述低阈值源跟随电路还包括：第六场效应晶体管M6、第十一场效应晶体管M11、第十二场效应晶体管M12和第二电阻R2；第六场效应晶体管M6的源极连接第二电阻R2和电源，第六场效应晶体管M6的漏极连接第十一场效应晶体管M11的源极，第十一场效应晶体管M11的栅极连接第十场效应晶体管M10的漏极，第十一场效应晶体管M11的漏极连接第十二场效应晶体管M12的栅极，第十二场效应晶体管M12的源极和漏极连接电源。
作为可选择的实施方式，所述曲率补偿电路包括：第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14、第十五场效应晶体管M15和第三双极型晶体管Q3；
第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14和第十五场效应晶体管M15的源极经第一电阻R1和第一电容C1连接电源，第十三场效应晶体管M13的栅极连接第十四场效应晶体管M14和第十五场效应晶体管M15的栅极，第十三场效应晶体管M13的漏极连接第十九场效应晶体管M19的栅极，第十四场效应晶体管M14的漏极连接第十八场效应晶体管M18的栅极，第十五场效应晶体管M15的漏极连接第三双极型晶体管Q3的发射极，第三双极型晶体管Q3的基极和集电极接地。
作为可选择的实施方式，所述带隙基准核心电路包括：第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和运算放大器AMP；
第三电阻R3连接第八电阻R8，第八电阻R8接地，第四电阻R4连接第一双极型晶体管Q1的发射极，第一双极型晶体管Q1的集电极连接第七电阻R7和第九电阻R9，第五电阻R5连接第二双极型晶体管Q2的发射极，第二双极型晶体管Q2的集电极连接第七电阻R7，第一双极型晶体管Q1的基极连接第六电阻R6，第六电阻R6连接第二双极型晶体管Q2的基极，运算放大器AMP的同相端连接第四电阻R4和第一双极型晶体管Q1的发射极，运算放大器AMP的反相端连接第五电阻R5和第二双极型晶体管Q2的发射极，运算放大器AMP输出端连接M6的栅极。
作为可选择的实施方式，根据运算放大器AMP的电压钳位作用使得AMP同相端的电压和反相端的电压相同，带隙基准核心电路产生的电压通过电阻升压网络得到基准电压。
作为可选择的实施方式，所述补偿电流通过曲率补偿电路中的第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14、第十五场效应晶体管M15的电流镜分别注入到带隙基准核心电路中运算放大器AMP的同相端和反相端，以对正温度系数电流进行补偿。
第二方面，本发明提供一种带隙基准电压源，包括：第一方面所述的带隙基准电压源电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种新型低功耗高性能高精度的带隙基准电压源电路及带隙基准电压源，各电路中的MOS管都处于弱反型区，可实现带隙基准电压源电路在低供电电压下的低功耗运行。
本发明基于Brokaw基本结构的带隙基准电压源，利用PN结的反向饱和电流随温度敏感变化的原理，在温度较高时进行曲率补偿，有利于降低电路输出电压的温度系数，同时通过低阈值源跟随电路降低运放的输出阻抗减少系统增益，获得低功耗高性能高精度的带隙基准电压源，实现电路的高性能高精度和低温漂特性，保证整体的稳定性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基准电压源电路整体电路框图；
图2为本发明实施例1提供的基准电压源电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提供一种新型的应用于开关电源电路的低功耗高性能高精度的带隙基准电压源电路，包括：依次连接的启动电路、偏置电流源电路、低阈值源跟随电路、带隙基准核心电路、曲率补偿电路和基准电压输出电路；
其中，所述启动电路，用于上电后启动基准电压源；
所述偏置电流源电路，用于通过工作在亚阈值区的场效应晶体管的栅源电压差控制工作在线性区的场效应晶体管的电阻，并根据工作在线性区的场效应晶体管的漏源电压和电阻得到偏置电流；
所述低阈值源跟随电路，用于接收偏置电流，以通过控制带隙基准核心电路中运算放大器的输出阻抗控制环路增益；
所述带隙基准核心电路，用于接收偏置电流，并根据双极型晶体管在负温度系数的基极-发射极电压和正温度系数的基极-发射极电压，得到基准电压；
所述曲率补偿电路，用于产生与温度系数呈反比的补偿电流，根据补偿电流对基准电压进行曲率补偿；
所述基准输出电路，用于输出补偿后的基准电压。
具体地：
由于带隙基准电压源电路存在电源上电时，所有晶体管均传输零电流的特性，所以需要启动电路，通过启动电路，将原本无限期保持关断的晶体管在上电时启动，当电路稳定工作后保持关闭或低功耗状态。
所述启动电路包括：第一场效应晶体管M1、第十七场效应晶体管M17、第二十二场效应晶体管M22和第二十四场效应晶体管M24，用于保证基准电压源的正常启动；
其中，M1的源极连接VDD，M1的漏极连接M17的源极，M17的漏极连接M24的漏极，M24的源极连接GND，从而形成从VDD到GND的支路；M24的栅极连接基准输出电压Vref，M17的漏极连接M17的栅极，并且连接M22的栅极。
当所有支路处于零电流状态时，M22栅极处于高电位，M22导通，并产生电流以启动电流镜，电路进入正常工作状态，输出电压使得M24导通，M22截止。
所述偏置电流源电路，利用特殊的电流源结构，工作在亚阈值区的2个MOS管的栅源电压差控制其它MOS管线性区的电阻，同时采用cascode电流镜结构，改善电路中电源的抑制性能，从而产生稳定的偏置电流；所述偏置电流的目的是：通过电流镜镜像至带隙基准核心电路中，目的是使运算放大器AMP稳定工作在线性范围内，以适应电路工作需要；同时，也为第二十七场效应晶体管M27提供偏置电压，设置静态工作点，保证运算放大器OTA部分在工作时，处于发射结正向偏置，集电结反向偏置的状态。
所述偏置电流源电路包括：第二场效应晶体管M2、第三场效应晶体管M3、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8、第二十场效应晶体管M20、第二十一场效应晶体管M21、第二十三场效应晶体管M23、第二十五场效应晶体管M25、第二十六场效应晶体管M26和第二十八场效应晶体管M28；
其中，M2、M3的源极连接VDD，M2的栅极连接M3的栅极、漏极和M8的源极，M2的漏极连接M7的源极，M7的栅极连接M8的栅极、漏极和M21的漏极，M7的漏极连接M20的漏极、栅极和M21的栅极，M21的源极连接M26的漏极，M20的源极连接M23的栅极、漏极和M25的栅极，M23的源极连接M25的漏极和M28的栅极，M25的源极连接M26的栅极和M28的漏极，M26的源极连接GND，M28的源极连接GND。
MOS管M23工作在饱和区，采用M23与M25栅极相连到M23漏端的方式，保证M25工作在线性区，并作为恒定电阻，由M25管的漏源电压和导通电阻决定偏置电流的大小。
此外，需保证除M23管外的其他晶体管都处在亚阈值区，从而实现偏置电流具有较低的温漂系数。
所述低阈值源跟随电路，是电压串联负反馈放大电路，具有高输入阻抗、低输出阻抗以及电压放大倍数近似为1的特性。
所述低阈值源跟随电路包括：第四场效应晶体管M4、第五场效应晶体管M5、第九场效应晶体管M9、第十场效应晶体管M10、第十八场效应晶体管M18、第十九场效应晶体管M19、第二十七场效应晶体管M27、第一电阻R1和第一电容C1，此为运算放大器OTA部分；
其中，M4、M5的源极连接VDD，M4的栅极连接M5的栅极，M4的漏极连接M9的源极，M5的漏极连接M10的源极，M9的栅极连接M10的栅极，M9的漏极连接M18的漏极，M10的漏极连接M19的漏极、电阻R1和电容C1，M18的源极连接M19的源极、M27的漏极，M27的栅极连接M26的栅极，M27的源极连接GND。
所述低阈值源跟随电路还包括：第六场效应晶体管M6、第十一场效应晶体管M11、第十二场效应晶体管M12和第二电阻R2；
其中，M6的源极连接电阻R2和VDD，M6的漏极连接M11的源极，M11的栅极连接M10的漏极，M11的漏极连接M12的栅极，M12的源极连接VDD，M12的漏极连接VDD。
在本实施例中，引入电阻R1，在保护MOS管的同时降低功耗。
在本实施例中，低阈值源跟随电路对带隙基准核心电路的增益贡献约为1，可以减少环路增益，降低失调电压对输出精度的影响；同时，采用低阈值耗尽型MOS管，使得各管源极和漏极之间的压降接近为0，有效降低电路稳定时的电源电压差，当输入电压非常接近电源电压或地时，也能保持相当低的环路增益。
由于晶体管压降的存在以及工艺的偏差等问题，运算放大器AMP正负输入端，即A点和B点处不可避免的存在失调电压；通过低阈值源跟随器不仅可以通过反馈降低失调电压对输出精度的影响，而且耗尽型低阈值晶体管可以使电路工作在低压系统中。
当偏置电流源电路提供稳定的偏置电流时，经过M6、M11和M12的输出电压，正常跟随其输入电压的同时，降低输出阻抗，M6的栅极接运算放大器AMP的输出级，有效的降低了A点和B点失调对基准输出的影响；也就是降低带隙基准核心电路中运算放大器AMP的输出阻抗来控制环路增益，解决了由失调电压造成的输出电压精度低的问题，以获得低功耗高性能高精度的带隙基准电压源；同时采用低阈值耗尽型MOS管，有效降低电源电压和基准电压间的压差，使电路工作在低压系统中。
所述带隙基准核心电路，通过将双极型晶体管具有负温度系数的基极-发射极电压与正温度系数(PTAT)的基极-发射极电压以相应的权重相加，从而得到低温度系数的基准电压。
所述带隙基准核心电路包括：第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和运算放大器AMP；
其中，R3连接R8，R8连接GND，R4连接Q1的发射极，Q1的集电极连接R7和R9，R5连接Q2的发射极，Q2的集电极连接R7，Q1的基极连接R6，R6连接Q2的基极，AMP的同相端连接R4和Q1的发射极，AMP的反相端连接R5和Q2的发射极，AMP输出端连接M6的栅极。
在本实施例中，AMP的输出端与Q1和Q2的基极相连，为Q1和Q2提供基极电流。
在本实施例中，利用AMP的电压钳位作用使得VA＝VB，VA是AMP同相端的电压，VB是AMP反相端的电压，带隙基准核心电路产生的电压通过第三电阻R3和第八电阻R8的升压得到基准输出电压Vref。
在本实施例中，通过调节电阻R4、R5、R6、R7的比值得到理想低温度系数的基准输出电压，然后通过分压网络可得到多个低温度系数的基准电压值，以为外部电路提供参考电压。
所述分压网络为基准电压输出电路中的第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12。
所述曲率补偿电路，利用PN结反向饱和电流随温度敏感变化的原理，在高温段产生与基准电压正温度系数呈相反趋势的补偿电流，把补偿电流通过电流镜镜像至带隙基准核心电路中，对传统的一阶补偿的带隙基准电压源进行曲率补偿，实现基准电压源在较宽的温度范围内的高精度输出。
所述曲率补偿电路包括：第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14、第十五场效应晶体管M15和第三双极型晶体管Q3；
其中，M13、M14和M15的源极经过R1和C1连接VDD，M13的栅极连接M14和M15的栅极，M13的漏极连接M19的栅极，M14的漏极连接M18的栅极，M15的漏极连接Q3的发射极，Q3的基极和集电极连接GND。
在本实施例中，由双极型晶体管Q3的基极集电极短接产生Ic，用于提供的补偿电流，晶体管的宽长比M13:M14:M15＝1:4:1，所以I1＝Ic，I2＝4Ic；补偿电流I1和I2通过M13、M14和M15的电流镜结构分别注入到A和B点，对正温度系数PTAT电流进行补偿，提升了基准输出电压的精度和性能。
所述基准电压输出电路包括：第十六场效应晶体管M16、第四双极型晶体管Q4、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12；第十六场效应晶体管M16的漏极连接第十电阻R10，第十电阻R10连接第十一电阻R11，第十一电阻R11连接第十二电阻R12，第十二电阻R1连接第四双极型晶体管Q4的发射极，第四双极型晶体管Q4的基极和集电极连接GND，第十六场效应晶体管M16的源极经过R1和C1连接VDD，第十六场效应晶体管M16的栅极连接M15的栅极。
在本实施例中，元电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12均采用同一种高阻多晶硅材料，消除电阻温度变化对带隙基准电压的影响。
在本实施例中，上述各电路中的MOS管都处于弱反型区，可实现带隙基准电压源电路在低供电电压下的低功耗运行，基于Brokaw基本结构的带隙基准电压源，利用PN结的反向饱和电流随温度敏感变化的原理，在温度较高时进行曲率补偿，有利于降低电路输出电压的温度系数，同时通过低阈值源跟随电路降低运放的输出阻抗减少系统增益，从而实现电路的高性能高精度和低温漂特性。
在更多实施例中，还提供一种带隙基准电压源，包括实施例1所述的带隙基准电压源电路。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种带隙基准电压源电路，其特征在于，包括：依次连接的启动电路、偏置电流源电路、低阈值源跟随电路、带隙基准核心电路、曲率补偿电路和基准电压输出电路；
所述启动电路，用于上电后启动基准电压源；
所述偏置电流源电路，用于通过工作在亚阈值区的场效应晶体管的栅源电压差控制工作在线性区的场效应晶体管的电阻，并根据工作在线性区的场效应晶体管的漏源电压和电阻得到偏置电流；
所述低阈值源跟随电路，用于接收偏置电流，以通过控制带隙基准核心电路中运算放大器的输出阻抗控制环路增益；
所述带隙基准核心电路，用于接收偏置电流，并根据双极型晶体管在负温度系数的基极-发射极电压和正温度系数的基极-发射极电压，得到基准电压；
所述曲率补偿电路，用于产生与温度系数呈反比的补偿电流，根据补偿电流对基准电压进行曲率补偿；
所述基准电压输出电路，用于输出补偿后的基准电压。
2.如权利要求1所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述启动电路包括：第一场效应晶体管M1、第十七场效应晶体管M17、第二十二场效应晶体管M22和第二十四场效应晶体管M24；第一场效应晶体管M1的源极连接电源，第一场效应晶体管M1的漏极连接第十七场效应晶体管M17的源极，第十七场效应晶体管M17的漏极连接第二十四场效应晶体管M24的漏极，第二十四场效应晶体管M24的源极接地，第二十四场效应晶体管M24的栅极连接基准输出电压，第十七场效应晶体管M17的漏极连接第十七场效应晶体管M17的栅极，且连接第二十二场效应晶体管M22的栅极。
3.如权利要求2所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，处于零电流状态时，第二十二场效应晶体管M22的栅极处于高电位，第二十二场效应晶体管M22导通，并产生电流以启动电流镜，输出电压使得第二十四场效应晶体管M24导通，第二十二场效应晶体管M22截止，实现基准电压源的启动。
4.如权利要求1所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述偏置电流源电路包括：第二场效应晶体管M2、第三场效应晶体管M3、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8、第二十场效应晶体管M20、第二十一场效应晶体管M21、第二十三场效应晶体管M23、第二十五场效应晶体管M25、第二十六场效应晶体管M26和第二十八场效应晶体管M28；
第二场效应晶体管M2和第三场效应晶体管M3的源极连接电源，第二场效应晶体管M2的栅极连接第三场效应晶体管M3的栅极、漏极和第八场效应晶体管M8的源极，第二场效应晶体管M2的漏极连接第七场效应晶体管M7的源极，第七场效应晶体管M7的栅极连接第八场效应晶体管M8的栅极、漏极和第二十一场效应晶体管M21的漏极，第七场效应晶体管M7的漏极连接第二十场效应晶体管M20的漏极、栅极和第二十一场效应晶体管M21的栅极，第二十一场效应晶体管M21的源极连接第二十六场效应晶体管M26的漏极，第二十场效应晶体管M20的源极连接第二十三场效应晶体管M23的栅极、漏极和第二十五场效应晶体管M25的栅极，第二十三场效应晶体管M23的源极连接第二十五场效应晶体管M25的漏极和第二十八场效应晶体管M28的栅极，第二十五场效应晶体管M25的源极连接第二十六场效应晶体管M26的栅极和第二十八场效应晶体管M28的漏极，第二十六场效应晶体管M26的源极接地，第二十八场效应晶体管M28的源极接地。
5.如权利要求4所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述偏置电流源电路中采用电流镜，将偏置电流经电流镜镜像至带隙基准核心电路中；
或，第二十三场效应晶体管M23工作在饱和区，采用第二十三场效应晶体管M23与第二十五场效应晶体管M25栅极相连到第二十三场效应晶体管M23漏极的方式，保证第二十五场效应晶体管M25工作在线性区，并作为恒定电阻，由第二十五场效应晶体管M25管的漏源电压和电阻产生偏置电流。
6.如权利要求1所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述低阈值源跟随电路包括运算放大器，运算放大器包括：第四场效应晶体管M4、第五场效应晶体管M5、第九场效应晶体管M9、第十场效应晶体管M10、第十八场效应晶体管M18、第十九场效应晶体管M19、第二十七场效应晶体管M27、第一电阻R1和第一电容C1；
第四场效应晶体管M4、第五场效应晶体管M5的源极连接电源，第四场效应晶体管M4的栅极连接第五场效应晶体管M5的栅极，第四场效应晶体管M4的漏极连接第九场效应晶体管M9的源极，第五场效应晶体管M5的漏极连接第十场效应晶体管M10的源极，第九场效应晶体管M9的栅极连接第十场效应晶体管M10的栅极，第九场效应晶体管M9的漏极连接第十八场效应晶体管M18的漏极，第十场效应晶体管M10的漏极连接第十九场效应晶体管M19的漏极、第一电阻R1和第一电容C1，第十八场效应晶体管M18的源极连接第十九场效应晶体管M19的源极和第二十七场效应晶体管M27的漏极，第二十七场效应晶体管M27的栅极连接偏置电流源电路中的第二十六场效应晶体管M26的栅极，第二十七场效应晶体管M27的源极接地。
7.如权利要求6所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述低阈值源跟随电路还包括：第六场效应晶体管M6、第十一场效应晶体管M11、第十二场效应晶体管M12和第二电阻R2；第六场效应晶体管M6的源极连接第二电阻R2和电源，第六场效应晶体管M6的漏极连接第十一场效应晶体管M11的源极，第十一场效应晶体管M11的栅极连接第十场效应晶体管M10的漏极，第十一场效应晶体管M11的漏极连接第十二场效应晶体管M12的栅极，第十二场效应晶体管M12的源极和漏极连接电源；
或，所述曲率补偿电路包括：第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14、第十五场效应晶体管M15和第三双极型晶体管Q3；
第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14和第十五场效应晶体管M15的源极经第一电阻R1和第一电容C1连接电源，第十三场效应晶体管M13的栅极连接第十四场效应晶体管M14和第十五场效应晶体管M15的栅极，第十三场效应晶体管M13的漏极连接第十九场效应晶体管M19的栅极，第十四场效应晶体管M14的漏极连接第十八场效应晶体管M18的栅极，第十五场效应晶体管M15的漏极连接第三双极型晶体管Q3的发射极，第三双极型晶体管Q3的基极和集电极接地。
8.如权利要求1所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，所述带隙基准核心电路包括：第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和运算放大器AMP；
第三电阻R3连接第八电阻R8，第八电阻R8接地，第四电阻R4连接第一双极型晶体管Q1的发射极，第一双极型晶体管Q1的集电极连接第七电阻R7和第九电阻R9，第五电阻R5连接第二双极型晶体管Q2的发射极，第二双极型晶体管Q2的集电极连接第七电阻R7，第一双极型晶体管Q1的基极连接第六电阻R6，第六电阻R6连接第二双极型晶体管Q2的基极，运算放大器AMP的同相端连接第四电阻R4和第一双极型晶体管Q1的发射极，运算放大器AMP的反相端连接第五电阻R5和第二双极型晶体管Q2的发射极，运算放大器AMP输出端连接M6的栅极。
9.如权利要求8所述的一种带隙基准电压源电路，其特征在于，根据运算放大器AMP的电压钳位作用使得AMP同相端的电压和反相端的电压相同，带隙基准核心电路产生的电压通过电阻升压网络得到基准电压；
或，所述补偿电流通过曲率补偿电路中的第十三场效应晶体管M13、第十四场效应晶体管M14、第十五场效应晶体管M15的电流镜分别注入到带隙基准核心电路中运算放大器AMP的同相端和反相端，以对正温度系数电流进行补偿。
10.一种带隙基准电压源，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的带隙基准电压源电路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116107370A (zh) * 2022-07-22 2023-05-12 湘潭大学 一种高精度低温漂带隙基准电路
CN117472140A (zh) * 2023-12-21 2024-01-30 西安航天民芯科技有限公司 一种带隙基准电路
CN118051088A (zh) * 2024-04-16 2024-05-17 成都电科星拓科技有限公司 一种电压电流复用带隙基准源

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101470459A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 中国科学院微电子研究所 低压低功耗的cmos电压基准参考电路
US20100073070A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Hong Kong Applied Science & Technology Research Intitute Company Limited Low Voltage High-Output-Driving CMOS Voltage Reference With Temperature Compensation
CN102393786A (zh) * 2011-10-28 2012-03-28 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 高阶温度补偿cmos带隙基准电压源
CN102981545A (zh) * 2012-12-03 2013-03-20 东南大学 一种高阶曲率补偿的带隙基准电压电路
CN109343639A (zh) * 2018-11-01 2019-02-15 西安电子科技大学 一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101470459A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 中国科学院微电子研究所 低压低功耗的cmos电压基准参考电路
US20100073070A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Hong Kong Applied Science & Technology Research Intitute Company Limited Low Voltage High-Output-Driving CMOS Voltage Reference With Temperature Compensation
CN102393786A (zh) * 2011-10-28 2012-03-28 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 高阶温度补偿cmos带隙基准电压源
CN102981545A (zh) * 2012-12-03 2013-03-20 东南大学 一种高阶曲率补偿的带隙基准电压电路
CN109343639A (zh) * 2018-11-01 2019-02-15 西安电子科技大学 一种低温漂带隙基准电压电路、方法及其芯片

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116107370A (zh) * 2022-07-22 2023-05-12 湘潭大学 一种高精度低温漂带隙基准电路
CN117472140A (zh) * 2023-12-21 2024-01-30 西安航天民芯科技有限公司 一种带隙基准电路
CN117472140B (zh) * 2023-12-21 2024-03-08 西安航天民芯科技有限公司 一种带隙基准电路
CN118051088A (zh) * 2024-04-16 2024-05-17 成都电科星拓科技有限公司 一种电压电流复用带隙基准源

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