CN114578890A - 一种具有分段线性补偿的基准电压源电路 - Google Patents

一种具有分段线性补偿的基准电压源电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有分段线性补偿的基准电压源电路，用于电源管理系统中以提供稳定的基准电压值，包括基准电压源产生电路、温度检测电路、高低温电流补偿电路、V/I转换电路，基准电压源产生电路中通过第一PMOS管MP1栅极与温度检测电路的第三PMOS管MP3栅极之间相连，高低温电流补偿电路中第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9的栅极均与温度检测电路的第三PMOS管MP3漏级之间相连，V/I转换电路通过运算放大器Ⅱ正输入端与基准电压源产生电路中第二PMOS管MP2漏端之间相连。本发明所述的基准电压源电路中核心电路为两支路基准电压源，通过运放钳位使得运放两端电压相等，降低功耗的同时增加PSRR，该电路得到的是一阶温度补偿后的基准电压值与正温度系数的偏置电流。

Description

一种具有分段线性补偿的基准电压源电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种具有分段线性补偿的基准电压源电路。
背景技术
随着汽车电子与智能电子设备发展迅速，对电源管理芯片的性能、功耗、寿命等提出了苛刻的要求。作为电源管理芯片中重要的电路，基准电压源发挥着至关重要的作用，如为LDO、OVP、OTP、DC-DC、ADC等提供基准电压值。基准值得偏差会影响芯片的性能甚至功能，最终导致整个系统出现异常。
这就要求基准电压源具有较好的温漂、较高的线性调整率，提供不随温度及电源电压波动的基准电压值。由于biploar具有二阶温度补偿特性，而传统结构的基准电源只是做了就一阶温度补偿，温漂系数较差，因此需要设计一款分段线性补偿电路用于提高基准电压源的温度特性。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中传统一阶温度补偿的基准电路基准值随温度变化范围较大的问题，从而提供一种具有分段线性补偿的基准电压源电路，适用于电源管理系统中以提供稳定的基准电压值。
为解决上述技术问题，本发明的一种具有分段线性补偿的基准电压源电路，用于电源管理系统中以提供稳定的基准电压值，包括基准电压源产生电路、温度检测电路、高低温电流补偿电路、V/I转换电路，所述的基准电压源产生电路中通过第一PMOS管MP1栅极与温度检测电路的第三PMOS管MP3栅极之间相连，其中的第三PMOS管MP3源级与VDD相连，所述的高低温电流补偿电路中第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9的栅极均与温度检测电路的第三PMOS管MP3漏级之间相连，所述的V/I转换电路通过运算放大器Ⅱ正输入端与基准电压源产生电路中第二PMOS管MP2漏端之间相连。
在本发明的一个实施例中，所述基准电压源电路包括：第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第一PNP管Q1、第二PNP管Q2及运算放大器Ⅰ；
所述第一、二PMOS管MP1、MP2源端连接VDD，所述运算放大器Ⅰ输出端和所述第一、二PMOS管MP1、MP2栅极相连，所述第一PMOS管MP1漏端和所述第二电阻R2相连，所述第二电阻R2与所述第一PNP管MP1发射级连接点连接至至运放负输入端，所述第三电阻R3和所述第一电阻R1连接点连接至运算放大器Ⅰ的正输入端，所述第二PMOS管MP2漏端与所述第三电阻R3相连，所述第一电阻R1与第二PNP管Q2发射级相连，所述第一、二PNP管Q1、Q2集电极、基极相连至第五电阻R5，所述第五电阻R5连接GND。
在本发明的一个实施例中，所述温度检测电路包括：第三PMOS管MP3、第四电阻R4；
其中的第三PMOS漏级与第四电阻R4相连，所述第四电阻R4连接GND。
在本发明的一个实施例中，所述高低温电流补偿电路包括：第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10；
所述第四、五PMOS管MP4、MP5的源级连接VDD，所述第四、五PMOS管MP4、MP5的栅极相连，所述第四PMOS管MP4漏级与第七、八PMOS管MP7、MP8源级相连，所述第五PMOS管MP5漏级与第九、十PMOS管MP9、MP10源级相连，所述第七、十PMOS管MP7、MP10漏级连接GND，所述第八、九PMOS管MP8、MP9漏级连接至第一PNP管Q1。
在本发明的一个实施例中，所述V/I转换电路包括：第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、运算放大器Ⅱ；
所述第六PMOS管MP6源级连接至VDD，所述第六PMOS管MP6栅极与漏级连接第一NMOS管MN1，所述第一NMOS管MN1栅极与运算放大器Ⅱ输出相连，所述第一NMOS管MN1源级和运算放大器Ⅱ负输入端连接点与第六电阻R6相连，所述第六电阻R6与第八PMOS管MP8栅极连接点与第七电阻R7相连，所述第七电阻R7与第十PMOS管MP10栅极连接点与第八电阻R8相连，所述第八电阻R8连接至GND。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的分段线性补偿的基准电压源电路中核心电路为两支路基准电压源，通过运放钳位使得运放两端电压相等，降低功耗的同时增加PSRR，该电路得到的是一阶温度补偿后的基准电压值与正温度系数的偏置电流。其中正温度系数的电流流入温度检测模块产生随温度线性变化的电压值；产生的基准电压通过V/I转换为温度补偿电流，同时基准电压通过分压产生与温度相关电压值。将基准所分的电压与温度检测电路的电压值进行比较，使高低温电流补偿电路通道选择性打开，对基准进行补偿。整体表现为负反馈形式，提高了基准电压的温漂系数。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明分段线性补偿的基准电压源电路的整体电路示意图；
图2是本发明中基准电压源产生电路、温度检测电路电路图；
图3是本发明中V/I转换电路、高低温电流补偿电路电路图；
图4是电路工作原理示意波形图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供一种具有分段线性补偿的基准电压源电路，用于电源管理系统中以提供稳定的基准电压值，其特征在于，包括基准电压源产生电路、温度检测电路、高低温电流补偿电路、V/I转换电路，所述的基准电压源产生电路中通过第一PMOS管MP1栅极与温度检测电路的第三PMOS管MP3栅极之间相连，其中的第三PMOS管MP3源级与VDD相连，所述的高低温电流补偿电路中第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9的栅极均与温度检测电路的第三PMOS管MP3漏级之间相连，所述的V/I转换电路通过运算放大器Ⅱ正输入端与基准电压源产生电路中第二PMOS管MP2漏端之间相连。
在本发明中提供了一种具有分段线性补偿的基准电压源，首先通过基准电压源产生一个与温度无关的一阶补偿后的基准电压值，基准电压通过V/I转换成温度补偿电流，并通过电阻串联分压确定基准电压幅值变化范围；同时基准电压源产生一个正温度系数的电流，该电流经过电流镜拷贝至温度检测电路，流经电阻转换成与温度线性相关的电压值。分别选择高、低温段时的电压值与与V/I转换电路的分压值进行比较，使补偿电路开启，电流流入基准电路进行补偿。
如图2所示，所述基准电压源电路包括：第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第一PNP管Q1、第二PNP管Q2及运算放大器Ⅰ；
所述第一、二PMOS管MP1、MP2源端连接VDD，所述运算放大器Ⅰ输出端和所述第一、二PMOS管MP1、MP2栅极相连，所述第一PMOS管MP1漏端和所述第二电阻R2相连，所述第二电阻R2与所述第一PNP管MP1发射级连接点连接至至运放负输入端，所述第三电阻R3和所述第一电阻R1连接点连接至运算放大器Ⅰ的正输入端，所述第二PMOS管MP2漏端与所述第三电阻R3相连，所述第一电阻R1与第二PNP管Q2发射级相连，所述第一、二PNP管Q1、Q2集电极、基极相连至第五电阻R5，所述第五电阻R5连接GND。
所述温度检测电路包括：第三PMOS管MP3、第四电阻R4；
其中的第三PMOS漏级与第四电阻R4相连，所述第四电阻R4连接GND。
如图3所示，所述高低温电流补偿电路包括：第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10；
所述第四、五PMOS管MP4、MP5的源级连接VDD，所述第四、五PMOS管MP4、MP5的栅极相连，所述第四PMOS管MP4漏级与第七、八PMOS管MP7、MP8源级相连，所述第五PMOS管MP5漏级与第九、十PMOS管MP9、MP10源级相连，所述第七、十PMOS管MP7、MP10漏级连接GND，所述第八、九PMOS管MP8、MP9漏级连接至第一PNP管Q1。
所述V/I转换电路包括：第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、运算放大器Ⅱ；
所述第六PMOS管MP6源级连接至VDD，所述第六PMOS管MP6栅极与漏级连接第一NMOS管MN1，所述第一NMOS管MN1栅极与运算放大器Ⅱ输出相连，所述第一NMOS管MN1源级和运算放大器Ⅱ负输入端连接点与第六电阻R6相连，所述第六电阻R6与第八PMOS管MP8栅极连接点与第七电阻R7相连，所述第七电阻R7与第十PMOS管MP10栅极连接点与第八电阻R8相连，所述第八电阻R8连接至GND。
本发明提供的分段线性补偿基准电压源电路是在一阶温度补偿的基础上，将温度进行三分段进行补偿，由于负温度系数的二阶系数绝对值大于正温度的二阶系数绝对值，因此产生了如下趋势：在低位段基准电压值随温度升高；中温度基本不随随温度变化；高温段基准电压值随温度下降。因此在高温段及低温段区间内增加流入基准的电流使两段区间的基准电压值升高。补偿原理图如图1所示
如图2所示为基准电压源与温度检测电路，基准电压值VREF为
VREF＝VBE1+IPTAT*R3+(2*IPTAT+Ic)R5 (1)
其中，正温度系数电路IPTAT为：
Figure BDA0003540525340000041
补偿电流IC为：
Figure BDA0003540525340000042
根据公式(2)、(3)可求得基准电压VREF为
Figure BDA0003540525340000043
使VREF对温度求偏导：
Figure BDA0003540525340000044
让其一阶温度系数为0，推导可得：
Figure BDA0003540525340000045
一般三极管VBE对温度系数为-1.9mV/℃，ΔVBE温度系数为0.087mV/℃，通过合理设置电阻R1、R3、R5阻值可求得一阶零温度系数的基准电压值
温度检测电路可以将温度转化为线性相关的电压值：
Figure BDA0003540525340000051
其中整个电路的电阻种类相同，因此温度系数可以约掉，VSENSE的温度系数为0.087mV/℃，通过选取温度分段点T1、T2确定对应的电压值V1、V2
图3所示，首先V/I转换电路将VREF通过电阻R6、R7、R8进行分压，分压值V1、V2为选取分段温度补偿点对应的电压值，同时VREF转换成电流，该电流会通过通道选择流入电阻R5调整基准电压值。
当-55＜T≤T1时VSENSE＜V1：
此时MP9打开，电流流入R5，补偿低温度时，二阶负温度系数小于二阶正温度系数引起的基准电压随温度升高，随温度升高补偿电流IC减小。
当T1＜T≤T2时V1＜VSENSE≤V2：
此时MP7、MP10打开，MP8、MP9关闭，没有补偿电流流入电阻R5，IC＝0。
当T2＜T≤125时V2＜VSENSE≤125：
此时MP8打开，电流流入R5，补偿高温度时，二阶负温度系数大于二阶正温度系数引起的基准电压随温度降低，随温度升高补偿电流IC增大。
补偿前后的基准电压值随温度变化如图4所示。补偿后基准值变化范围明显降低，
综上所述，本发明提出的一种分段线性补偿基准电压源电路可以提高PSRR、降低功耗的同时，优化了电路的温度特性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种具有分段线性补偿的基准电压源电路，用于电源管理系统中以提供稳定的基准电压值，其特征在于，包括基准电压源产生电路、温度检测电路、高低温电流补偿电路、V/I转换电路，所述的基准电压源产生电路中通过第一PMOS管MP1栅极与温度检测电路的第三PMOS管MP3栅极之间相连，其中的第三PMOS管MP3源级与VDD相连，所述的高低温电流补偿电路中第七PMOS管MP7、第九PMOS管MP9的栅极均与温度检测电路的第三PMOS管MP3漏级之间相连，所述的V/I转换电路通过运算放大器Ⅱ正输入端与基准电压源产生电路中第二PMOS管MP2漏端之间相连。
2.根据权利要求1所述的分段线性补偿的基准电压源电路，其特征在于：所述基准电压源电路包括：第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第一PNP管Q1、第二PNP管Q2及运算放大器Ⅰ；
所述第一、二PMOS管MP1、MP2源端连接VDD，所述运算放大器Ⅰ输出端和所述第一、二PMOS管MP1、MP2栅极相连，所述第一PMOS管MP1漏端和所述第二电阻R2相连，所述第二电阻R2与所述第一PNP管MP1发射级连接点连接至至运放负输入端，所述第三电阻R3和所述第一电阻R1连接点连接至运算放大器Ⅰ的正输入端，所述第二PMOS管MP2漏端与所述第三电阻R3相连，所述第一电阻R1与第二PNP管Q2发射级相连，所述第一、二PNP管Q1、Q2集电极、基极相连至第五电阻R5，所述第五电阻R5连接GND。
3.根据权利要求1所述的分段线性补偿的基准电压源电路，其特征在于：所述温度检测电路包括：第三PMOS管MP3、第四电阻R4；
其中的第三PMOS漏级与第四电阻R4相连，所述第四电阻R4连接GND。
4.根据权利要求1所述的分段线性补偿的基准电压源电路，其特征在于：所述高低温电流补偿电路包括：第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10；
所述第四、五PMOS管MP4、MP5的源级连接VDD，所述第四、五PMOS管MP4、MP5的栅极相连，所述第四PMOS管MP4漏级与第七、八PMOS管MP7、MP8源级相连，所述第五PMOS管MP5漏级与第九、十PMOS管MP9、MP10源级相连，所述第七、十PMOS管MP7、MP10漏级连接GND，所述第八、九PMOS管MP8、MP9漏级连接至第一PNP管Q1。
5.根据权利要求1所述的分段线性补偿的基准电压源电路，其特征在于：所述V/I转换电路包括：第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、运算放大器Ⅱ；
所述第六PMOS管MP6源级连接至VDD，所述第六PMOS管MP6栅极与漏级连接第一NMOS管MN1，所述第一NMOS管MN1栅极与运算放大器Ⅱ输出相连，所述第一NMOS管MN1源级和运算放大器Ⅱ负输入端连接点与第六电阻R6相连，所述第六电阻R6与第八PMOS管MP8栅极连接点与第七电阻R7相连，所述第七电阻R7与第十PMOS管MP10栅极连接点与第八电阻R8相连，所述第八电阻R8连接至GND。
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