CN202075655U - 带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，包括振荡器、电平转移电路、带隙基准电压源、低电压输出部分，振荡器产生的两路正交时钟分别与电平转移电路连接，电平转移电路与带隙基准电压源连接，带隙基准电压源产生的带隙电压与低电压输出部分连接，最后由低电压输出部分产生的电压提供振荡器的电源，并形成一个整体。本实用新型采用放大器斩波稳定原理，消除运放输入端的等效失调和1/F噪声；源级跟随器反馈到带隙电阻串，相比直接第二级放大器反馈到带隙电阻串，增大输出跨导和环路增益带宽，使放大器输入端电压失配减小；同时在电源电压变化很大的情况下，源跟随输出能够得到较稳定的增益，避免驱动不足可能导致的不启动问题。

Description

带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路

技术领域

本实用新型涉及大规模模拟集成电路设计领域中的带隙基电压准源电路，特别是一种适用于宽电源电压范围的带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路。

背景技术

图1是典型的带隙基准功能结构图，有PNP晶体管Q1、Q2，电阻R1、R2、R3，运算放大器组成，其中PNP晶体管Q1的发射极面积是晶体管Q2的n倍，Vos为失调电压。反馈环路保持运算放大器的两个输入端节点电压相等，电阻R2＝R3，使得流过PNP晶体管Q1和Q2的电流相等。由于晶体管Q1的发射极面积是Q2的n倍，所以在电阻R1上会产生deltaVbe的电压。由于正向导通的PN结电压有负的温度系数，而deltaVbe是正的温度系数，所以通过适当调节参数，可以获得与温度无关的基准电压。理想情况下，如图1所示的失调电压不存在。但是由于运放系统的失调，器件的失配而产生失调电压。输出基准电压为：

$V_{\mathrm{out}}=v_{\mathrm{be}2}+\frac{R3}{R1}(V_T*\ln n+V_{\mathrm{OS}})$

其中Vbe 2是PNP晶体管2的发射极与基极电压即节点NB到地的电压，V_T是热电压(KT/q)，n是PNP管Q1和Q2发射极面积之比，Vos为运放失调电压。从上述关系式可以看到，运放的失调被放大了R3/R1倍。而且运放的失调电压随温度和工艺的变化而变化，因此输出电压Vout也会有很大的变化。这样对于要求高精度电压情况下，显然不能满足要求。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术中所存在的问题，提供一种适用于较宽电源电压范围、带斩波低失配、低噪声的低温度系数的带隙基准电压源电路。

本实用新型的技术方案为：

带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，如图2所示，包括振荡器、电平转移电路、带隙基准电压源、低电压输出部分，其特征在于：振荡器产生的两路正交时钟分别与电平转移电路连接，电平转移电路与带隙基准电压源连接，带隙基准电压源产生的带隙电压与低电压输出部分连接，最后由低电压输出部分产生的电压提供振荡器的电源，并形成一个整体。

其中所述的带隙基准电压源如图3所示，由镜像设置的二个晶体管及分压电阻、调制器、第一级放大器、解调器、第二级放大器、源级跟随器、二阶滤波器构成，镜像设置的第一晶体管和第二晶体管的基极与集电极共同连接信号的地端，第一晶体管的发射极与第一电阻、第二电阻串联连接，第二晶体管的发射极与第三电阻串联连接，第一电阻与第二电阻的公共端、第二晶体管发射极与第三电阻的公共端分别连接调制器的二个输入端，所述调制器的两个输出端分别连接第一级放大器的二个差分输入端，第一级放大器的左右两路可选输出端分别连接解调器的二个输入端，所述解调器的输出端连接第二级放大器输入端，第二级放大器输出端与源级跟随器输入端连接，源级跟随器输出端连接到第二电阻与第三电阻公共端，构成带隙电压；同时源级跟随器输出端与二阶滤波器输入端连接，二阶滤波器输出到线性稳压器(LDO)，产生恒定的振荡器(OSC)电源电压和偏置电流，最终产生小范围变化的时钟用来斩波。

所述的第一级放大器由尾电流PMOS晶体管M1、二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)、四个可交换输出的镜像电流漏管(M4，M5，M6，M7)构成；尾电流PMOS晶体管M1的漏极分别与二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)的源极相连，M1的源极接电源电压，M1的栅极连接一个偏执电压来控制放大器的电流；M4的漏端和M6的源端连接在一起与M2的漏端相连；M5的漏端和M7的源端连接在一起与M3的漏端相连；M4和M5的栅极连接在一起，并与M6的漏端和M7的漏端连接在一起，M4的源端和M5的源端连接到地。

所述的第二级放大器由输入NMOS管M9、补偿电容C1、尾电流源PMOS晶体管M8构成；M8的源级接电源电压；M8的漏极和M9的漏级相连，M9的源极接地。补偿电容两端分别接到M9的栅极和源级。

所述的源级跟随器由NMOS管M10构成，所述的二阶滤波器由二个电阻(R4、R5)和二个电容(C2、C3)构成，二个电阻(R4、R5)串联在一起，一端为二阶滤波器输入端，另一端为输出端；二个电容(C2、C3)串联在一起，且串联在一起的电容一端连接在二个电阻(R4、R5)的公共端，另一端连接在二阶滤波器的输出端上。

本实用新型采用了放大器斩波稳定原理，消除运放输入端的等效失调和1/F噪声。在第一级放大器输入端对输入信号进行调制，在二个放大器的之间对信号进行解调。解调后，输入信号恢复而第二级放大器的等效输入失调电压和1/F噪声则被调制到高频，然后通过低通滤波器滤除高频成分，从而减小甚至消除失调电压和1/F噪声对精度的影响。源级跟随器反馈到带隙电阻串，相比直接第二级放大器反馈到带隙电阻串，增大了输出跨导和环路增益带宽。使第二级放大器输入端电压失配减小。同时在电源电压变化很大的情况下，源跟随输出能够得到较稳定的增益。也避免了驱动不足可能导致的不启动问题。最终得到一种应用于宽电源电压范围、带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路。

附图说明

图1是传统的带隙基准电路结构示意图；

图2是本实用新型整体电路结构示意图。

图3是本实用新型带隙产生部分结构示意图。

图中各符号分别表示为：Q1第一晶体管，Q2第二晶体管，R1第一电阻，R2第二电阻，R3第三电阻，M调制器；M1第一级运放电流源管，M2、M3第一级运放输入差分对管，M4、M5、M6、M7为可交换输出的镜像电流漏管；DM解调器，C1补偿电容，M8第二级运放负载管，M9第二级运放增益管，M10源级跟随器，R4、R5电阻，C2、C3电容。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型做进一步的描述。

如图2所示，本实用新型包括振荡器、电平转移电路、带隙基准电压源、低电压输出部分，其特征在于：振荡器产生的两路正交时钟分别与电平转移电路连接，电平转移电路与带隙基准电压源连接，带隙基准电压源产生的带隙电压与低电压输出部分连接，最后由低电压输出部分产生的电压提供振荡器的电源，并形成一个整体。所述的振荡器、电平转移电路、低电压输出部分均为现有技术。

如图3所示，所述的带隙基准电压源由镜像设置的二个晶体管及分压电阻、调制器、第一级放大器、解调器、第二级放大器、源级跟随器、二阶滤波器构成，镜像设置的第一晶体管和第二晶体管的基极与集电极共同连接信号的地端，第一晶体管的发射极与第一电阻、第二电阻串联连接，第二晶体管的发射极与第三电阻串联连接，第一电阻与第二电阻的公共端、第二晶体管发射极与第三电阻的公共端分别连接调制器的二个输入端，所述调制器的两个输出端分别连接第一级放大器的二个差分输入端，第一级放大器的左右两路可选输出端分别连接解调器的二个输入端，所述解调器的输出端连接第二级放大器输入端，第二级放大器输出端与源级跟随器输入端连接，源级跟随器输出端连接到第二电阻与第三电阻公共端，构成带隙电压；同时源级跟随器输出端与二阶滤波器输入端连接，二阶滤波器输出到线性稳压器(LDO)，产生恒定的振荡器(OSC)电源电压和偏置电流，最终产生小范围变化的时钟用来斩波。

所述的第一级放大器由尾电流PMOS晶体管M1、二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)、四个可交换输出的镜像电流漏管(M4，M5，M6，M7)构成；尾电流PMOS晶体管M1的漏极分别与二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)的源极相连，M1的源极接电源电压，M1的栅极连接一个偏执电压来控制放大器的电流；M4的漏端和M6的源端连接在一起与M2的漏端相连；M5的漏端和M7的源端连接在一起与M3的漏端相连；M4和M5的栅极连接在一起，并与M6的漏端和M7的漏端连接在一起，M4的源端和M5的源端连接到地。

所述的第二级放大器由输入NMOS管M9、补偿电容C1、尾电流源PMOS晶体管M8构成；M8的源级接电源电压；M8的漏极和M9的漏级相连，M9的源极接地。补偿电容两端分别接到M9的栅极和源级。

所述的源级跟随器由NMOS管M10构成，所述的二阶滤波器由二个电阻(R4、R5)和二个电容(C2、C3)构成，二个电阻(R4、R5)串联在一起，一端为二阶滤波器输入端，另一端为输出端；二个电容(C2、C3)分别接电阻的一端，电容另一端都接地。这样形成了二阶低通滤波。

本实用新型所述的调制器、解调器可由MOS管组成的开关电路构成，调制器、解调器、二阶滤波器、LDO都是现有技术，同领域的普通技术人员均可知晓其原理与特征，因此本文不再赘述。

以下对本实用新型的工作原理做简要叙述：

本实用新型采用了放大器斩波稳定原理，消除运放输入端的等效失调和1/F噪声。在第一级放大器输入端对输入信号进行调制，第一级放大器的输出信号进行解调。解调后，输入信号恢复而第二级放大器的等效输入失调电压和1/F噪声则被调制到高频，然后通过低通滤波器滤除高频成分，从而减小甚至消除失调电压和1/F噪声对精度的影响。源级跟随器反馈到带隙电阻串，相比直接第二级放大器反馈到带隙电阻串，增大了输出跨导和环路增益带宽。使第二级放大器输入端电压失配减小。同时在电源电压变化很大的情况下，源跟随输出能够得到较稳定的增益。也避免了驱动不足可能导致的不启动问题。最终得到一种应用于宽电源电压范围、带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路。

Claims (5)

1.带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，包括振荡器、电平转移电路、带隙基准电压源、低电压输出部分，其特征在于：振荡器产生的两路正交时钟分别与电平转移电路连接，电平转移电路与带隙基准电压源连接，带隙基准电压源产生的带隙电压与低电压输出部分连接，最后由低电压输出部分产生的电压提供振荡器的电源，并形成一个整体。

2.根据权利要求1所述的带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，其特征在于：所述的带隙基准电压源由镜像设置的二个晶体管及分压电阻、调制器、第一级放大器、解调器、第二级放大器、源级跟随器、二阶滤波器构成，镜像设置的第一晶体管和第二晶体管的基极与集电极共同连接信号的地端，第一晶体管的发射极与第一电阻、第二电阻串联连接，第二晶体管的发射极与第三电阻串联连接，第一电阻与第二电阻的公共端、第二晶体管发射极与第三电阻的公共端分别连接调制器的二个输入端，所述调制器的两个输出端分别连接第一级放大器的二个差分输入端，第一级放大器的左右两路可选输出端分别连接解调器的二个输入端，所述解调器的输出端连接第二级放大器输入端，第二级放大器输出端与源级跟随器输入端连接，源级跟随器输出端连接到第二电阻与第三电阻公共端，构成带隙基准电压源；同时源级跟随器输出端与二阶滤波器输入端连接，二阶滤波器输出滤波后的带隙基准电压。

3.根据权利要求2所述的带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，其特征在于：所述的第一级放大器由尾电流PMOS晶体管M1、二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)、四个可交换输出的镜像电流漏管(M4，M5，M6，M7)构成；尾电流PMOS晶体管M1的漏极分别与二个输入差分对PMOS晶体管(M2，M3)的源极相连，M1的源极接电源电压，M1的栅极连接一个偏执电压来控制放大器的电流；M4的漏端和M6的源端连接在一起与M2的漏端相连；M5的漏端和M7的源端连接在一起与M3的漏端相连；M4和M5的栅极连接在一起，并与M6的漏端和M7的漏端连接在一起，M4的源端和M5的源端连接到地。

4.根据权利要求2所述的带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，其特征在于：所述的第二级放大器由输入NMOS管M9、补偿电容C1、尾电流源PMOS晶体管M8构成；M8的源级接电源电压，M8的漏极和M9的漏级相连，M9的源极接地，补偿电容两端分别接到M9的栅极和源级。

5.根据权利要求2所述的带斩波低温度系数的带隙基准电压源电路，其特征在于：所述的二阶滤波器由二个电阻和二个电容构成，二个电阻串联在一起，一端为二阶滤波器输入端，另一端为输出端；二个电容串联在一起，且串联在一起的电容一端连接在二个电阻的公共端，另一端连接在二阶滤波器的输出端上。

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