CN205405321U - 曲率补偿低温漂带隙基准电压源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种曲率补偿低温漂带隙基准电压源，包括用于产生低温度系数基准电压的一阶基准电路；与一阶基准电路相连，用于在高温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的高温阶段曲率补偿电路；与一阶基准电路相连，用于在低温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的低温阶段曲率补偿电路；与低温阶段曲率补偿电路相连，为低温阶段曲率补偿电路提供负温度系数电流的负温度系数电流产生电路。本实用新型设有高温阶段曲率补偿电路和低温阶段曲率补偿电路，能够分别在高温阶段与低温阶段加入了两段极性相反的补偿电流，将产生的补偿电流通过镜像管加入到一阶基准电路中，使得输出基准电压具有较小的温度系数，进而提高输出基准电压的温度稳定性。

Description

曲率补偿低温漂带隙基准电压源

技术领域

本实用新型涉及一种基准电压源，特别涉及一种曲率补偿低温漂带隙基准电压源。

背景技术

在很多模拟电路、数字电路及数模混合电路的应用中，基准电路由于其自身的高精度和低温漂特性起到了很重要的作用。一个有效的基准电压源在一定范围内基本上与电源电压变化、工艺参数变化、温度变化等无关。现在更低的温度系数、更低的功耗、更好的抗噪声性能一直是设计者所追求的目标。

有Widlar和Brokaw提出的传统带隙基准电路是一阶温度补偿的基准，温度曲线是一条曲线，其温度系数一般被限制在20到100ppm/℃。随着温度的升高，电压呈现先上升后下降趋势，而且由于工艺、温度、失调电压等原因，会使基准电压发生偏移，进一步加大了基准的温度系数，这会使得基准电压发生波动，从而使得电路内部参考电压发生变化，影响电路正常工作。因此传统基准的温度系数难以满足其他模块对于电压基准精度的高要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种输出的基准电压温度系数小、稳定性高的曲率补偿低温漂带隙基准电压源。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种曲率补偿低温漂带隙基准电压源，包括用于产生低温度系数基准电压的一阶基准电路；与一阶基准电路相连，用于在高温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的高温阶段曲率补偿电路；与一阶基准电路相连，用于在低温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的低温阶段曲率补偿电路；与低温阶段曲率补偿电路相连，为低温阶段曲率补偿电路提供负温度系数电流的负温度系数电流产生电路。

上述曲率补偿低温漂带隙基准电压源中，所述一阶基准电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、运算放大器、第一PNP管、第二PNP管、第三PNP管、第一电阻、第二电阻，运算放大器的正相输入端与第四PMOS管漏极、第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端与第二PNP管的发射极相连，运算放大器的反相输入端与第二PMOS管的漏极、第一PNP管的发射极相连，第一PNP管的基极、集电极和第二PNP管的基极、集电极均接地，运算放大器的输出端与第二PMOS管的栅极相连，第一PMOS管的漏极与第二PMOS管的源极相连，第一PMOS管、第三PMOS管、第五PMOS管的源极接电源，第一PMOS管、第三PMOS管、第五PMOS管的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第二PMOS管、第四PMOS管、第六PMOS管的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第三PMOS管的漏极与第四PMOS管的源极相连，第五PMOS管的漏极与第六PMOS管的源极相连，第六PMOS管的漏极与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与第三PNP管的发射极相连，第三PNP管的基极、集电极接地。

上述曲率补偿低温漂带隙基准电压源中，所述负温度系数电流产生电路包括第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第四PNP管、第五PNP管和第三电阻，所述第七PMOS管、第九PMOS管、第十一PMOS管的源极接电源，第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管的栅极相连，第七PMOS管的漏极与第八PMOS管的源极、第八PMOS管的栅极相连，第十一PMOS管的漏极与第十二PMOS管的源极相连，第十二PMOS管的漏极与低温阶段曲率补偿电路相连，第九PMOS管的漏极与第十PMOS管的源极相连，第十PMOS管的漏极与第四PNP管的发射极相连，第四PNP管的基极分别与第五PNP管的发射极、第八PMOS管的漏极相连，第四PNP管的集电极、第五PNP管的基极接地，第五PNP管的集电极经第三电阻后接地。

上述曲率补偿低温漂带隙基准电压源中，所述高温阶段曲率补偿电路包括第十三PMOS管、第十四PMOS管、第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十七PMOS管、第十八PMOS管、第六NPN管、第四电阻、第五电阻，第十三PMOS管、第十五PMOS管、第十七PMOS管的源极接电源，第十三PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极相连，第十三PMOS管的漏极与第十四PMOS管的源极相连，第十四PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极相连，第十四PMOS管的漏极经第四电阻后接地，第十五PMOS管的栅极分别与第十六PMOS管的源极、第十七PMOS管的栅极相连，第十五PMOS管的漏极与第十六PMOS管的源极相连，第十六PMOS管的栅极与第十八PMOS管的栅极、第六NPN管的集电极相连，第十六PMOS管的漏极与第六NPN管的集电极相连，第十七PMOS管的漏极与第十八PMOS管的源极相连，第十八PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极相连，第六NPN管的基极与第十四PMOS管的漏极相连，第六NPN管的集电极经第五电阻后接地。

上述曲率补偿低温漂带隙基准电压源中，所述低温阶段曲率补偿电路包括第十九PMOS管、第二十PMOS管、第二十一PMOS管、第二十二PMOS管、第二十三PMOS管、第二十四PMOS管、第二十五NMOS管、第二十六NMOS管，第十九PMOS管、第二十一PMOS管、第二十三PMOS管的源极接电源，第十九PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极相连，第十九PMOS管的漏极与第二十PMOS管的源极相连，第二十PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极相连，第二十PMOS管的漏极与第二十五NMOS管的漏极相连，第二十一PMOS管的栅极分别与第二十二PMOS管的源极、第二十三PMOS管的栅极相连，第二十一PMOS管的漏极与第二十三PMOS管的栅极相连，第二十二PMOS管的栅极、第二十二PMOS管漏极分别连接第二十五NMOS管的漏极，第二十三PMOS管的漏极与第二十四PMOS管的源极相连，第二十四PMOS管的栅极与第二十五NMOS管的漏极相连，第二十四PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极相连，第二十五NMOS管的源极接地，第二十五NMOS管的栅极分别与第二十六NMOS管的栅极、第二十六NMOS管的漏极相连，第二十六NMOS管的源极接地，第二十六NMOS管的漏极与第十二PMOS管的漏极相连。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型设有高温阶段曲率补偿电路和低温阶段曲率补偿电路，能够分别在高温阶段与低温阶段加入了两段极性相反的补偿电流，低温阶段设计节点电流相减产生一段负温度系数补偿电流，高温阶段控制晶体三极管导通产生一段正温度系数补偿电流；将产生的补偿电流通过镜像管加入到一阶基准电路中，使得输出基准电压具有较小的温度系数，进而提高输出基准电压的温度稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的电路图。

图2为图1中低温阶段曲率补偿电路的电路图。

图3为图1中高温阶段曲率补偿电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括用于产生低温度系数基准电压的一阶基准电路；与一阶基准电路相连，用于在高温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的高温阶段曲率补偿电路；与一阶基准电路相连，用于在低温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的低温阶段曲率补偿电路；与低温阶段曲率补偿电路相连，为低温阶段曲率补偿电路提供负温度系数电流的负温度系数电流产生电路。

所述一阶基准电路包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六PMOS管M6、运算放大器OPA、第一PNP管Q1、第二PNP管Q2、第三PNP管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2，运算放大器OPA的正相输入端与第四PMOS管M4漏极、第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第二PNP管Q2的发射极相连，运算放大器OPA的反相输入端与第二PMOS管M2的漏极、第一PNP管Q1的发射极相连，第一PNP管Q1的基极、集电极和第二PNP管Q2的基极、集电极均接地，运算放大器OPA的输出端与第二PMOS管M2的栅极相连，第一PMOS管M1的漏极与第二PMOS管M2的源极相连，第一PMOS管M1、第三PMOS管M3、第五PMOS管M5的源极接电源，第一PMOS管M1、第三PMOS管M3、第五PMOS管M5的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第二PMOS管M2、第四PMOS管M4、第六PMOS管M6的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第三PMOS管M3的漏极与第四PMOS管M4的源极相连，第五PMOS管M5的漏极与第六PMOS管M6的源极相连，第六PMOS管M6的漏极与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与第三PNP管Q3的发射极相连，第三PNP管Q3的基极、集电极接地。

所述负温度系数电流产生电路包括第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第九PMOS管M9、第十PMOS管M10、第十一PMOS管M11、第十二PMOS管M12、第四PNP管Q4、第五PNP管Q5和第三电阻R3，所述第七PMOS管M7、第九PMOS管M9、第十一PMOS管M11的源极接电源，第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第九PMOS管M9、第十PMOS管M10、第十一PMOS管M11、第十二PMOS管M12的栅极相连，第七PMOS管M7的漏极与第八PMOS管M8的源极、第八PMOS管M8的栅极相连，第十一PMOS管M11的漏极与第十二PMOS管M12的源极相连，第十二PMOS管M12的漏极与低温阶段曲率补偿电路相连，第九PMOS管M9的漏极与第十PMOS管M10的源极相连，第十PMOS管M10的漏极与第四PNP管Q4的发射极相连，第四PNP管Q4的基极分别与第五PNP管Q5的发射极、第八PMOS管M8的漏极相连，第四PNP管Q4的集电极、第五PNP管Q5的基极接地，第五PNP管Q5的集电极经第三电阻R3后接地。

如图3所示，所述高温阶段曲率补偿电路包括第十三PMOS管M13、第十四PMOS管M14、第十五PMOS管M15、第十六PMOS管M16、第十七PMOS管M17、第十八PMOS管M18、第六NPN管Q6、第四电阻R4、第五电阻R5，第十三PMOS管M13、第十五PMOS管M15、第十七PMOS管M17的源极接电源，第十三PMOS管M13的栅极与第一PMOS管M1的栅极相连，第十三PMOS管M13的漏极与第十四PMOS管M14的源极相连，第十四PMOS管M14的栅极与第二PMOS管M2的栅极相连，第十四PMOS管M14的漏极经第四电阻R4后接地，第十五PMOS管M15的栅极分别与第十六PMOS管M16的源极、第十七PMOS管M17的栅极相连，第十五PMOS管M15的漏极与第十六PMOS管M16的源极相连，第十六PMOS管M16的栅极与第十八PMOS管M18的栅极、第六NPN管Q6的集电极相连，第十六PMOS管M16的漏极与第六NPN管Q6的集电极相连，第十七PMOS管M17的漏极与第十八PMOS管M18的源极相连，第十八PMOS管M18的漏极与第六PMOS管M6的漏极相连，第六NPN管Q6的基极与第十四PMOS管M14的漏极相连，第六NPN管Q6的集电极经第五电阻R5后接地。

如图2所示，所述低温阶段曲率补偿电路包括第十九PMOS管M19、第二十PMOS管M20、第二十一PMOS管M21、第二十二PMOS管M22、第二十三PMOS管M23、第二十四PMOS管M24、第二十五NMOS管M25、第二十六NMOS管M26，第十九PMOS管M19、第二十一PMOS管M21、第二十三PMOS管M23的源极接电源，第十九PMOS管M19的栅极与第一PMOS管M1的栅极相连，第十九PMOS管M19的漏极与第二十PMOS管M20的源极相连，第二十PMOS管M20的栅极与第二PMOS管M2的栅极相连，第二十PMOS管M20的漏极与第二十五NMOS管M25的漏极相连，第二十一PMOS管M21的栅极分别与第二十二PMOS管M22的源极、第二十三PMOS管M23的栅极相连，第二十一PMOS管M21的漏极与第二十三PMOS管M23的栅极相连，第二十二PMOS管M22的栅极、第二十二PMOS管M22漏极分别连接第二十五NMOS管M25的漏极，第二十三PMOS管M23的漏极与第二十四PMOS管M24的源极相连，第二十四PMOS管M24的栅极与第二十五NMOS管M25的漏极相连，第二十四PMOS管M24的漏极与第六PMOS管M6的漏极相连，第二十五NMOS管M25的源极接地，第二十五NMOS管M25的栅极分别与第二十六NMOS管M26的栅极、第二十六NMOS管M26的漏极相连，第二十六NMOS管M26的源极接地，第二十六NMOS管M26的漏极与第十二PMOS管的漏极相连。

本实用新型的工作原理如下：如图1所示，不考虑基极电流，运算放大器OPA使得图中的X点和Y点稳定在近似相等的电位，因此电压基准源的输出电压为V_REF为：

$V_{REF}=V_{BE2}+\frac{R_2}{R_1}{V}_{T}lnN+(I_{NL}+I_{PH})R_2---\left(1\right)$

其中，N是第二PNP管Q2与第一PNP管Q1的发射结面积之比，V_T为热电压，I_NL为图2中第二十四PMOS管M24漏极电流，I_PH为图3中第十八PMOS管M18漏极电流，V_BE2为图1中第二PNP管Q2的基极-发射极电压，R₁为图1中第一电阻,R₂为图1中第二电阻。

图1中负温度系数产生电路中，由于第四PNP管Q4、第五PNP管Q5的作用，使得第三电阻R3端的电压大小稳定在V_BE4(第四PNP管Q4的基极-发射极电压)左右，所以流过电阻R3的电流为：

$I_{R3}=\frac{V_{BE4}}{R_3}---\left(2\right)$

其中V_BE4为第四PNP管Q4的基极-发射极电压，忽略第四PNP管Q4、第五PNP管Q5的基极电流，则流过第七PMOS管M7、第八PMOS管M8的电流具有负温度系数，通过第十一PMOS管M11、第十二PMOS管M12构成的电流镜使得第十二PMOS管M12的漏极电流具有负温度系数。

图2中第十九PMOS管M19、第二十PMOS管M20栅极分别与图1中第五PMOS管M5、第六PMOS管M6的栅极相连，构成共源共栅电流镜，使得流过第十九PMOS管M19、第二十PMOS管M20的电流具有正温度系数，图2中第二十六NMOS管M26的漏极与图1中第十二PMOS管M12的漏极相连，第二十六NMOS管M26与第二十五NMOS管M25构成电流镜，使得流过第二十五NMOS管M25的电流具有负温度系数，第二十PMOS管M20、第二十二PMOS管M22、第二十五NMOS管M25漏极相连，在节点A处正温度系数电流大小与负温度系数电流大小进行比较，当温度较低时，负温度系数电流大于正温度系数电流，第二十一PMOS管M21、第二十二PMOS管M22工作在导通状态，此时流过它们电流具有负温度系数，大小是两个电流的差值，镜像到第二十三PMOS管M23、第二十四PMOS管M24的电流为I_NL，随着温度的升高，当正温度系数电流大于负温度系数电流时，第十九PMOS管M19、第二十PMOS管M20工作在线性区，并且满足正温度系数电流等于发温度系数电路，此时流过第二十一PMOS管M21、第二十二PMOS管M22的电流为零，即第二十一PMOS管M21、第二十二PMOS管M22工作在截止状态，所以镜像到第二十三PMOS管M23、第二十四PMOS管M24的电流为零，至此完成低温阶段的曲率补偿。

图3中第十三PMOS管M13、第十四PMOS管M14分别与图1中第五PMOS管M5、第六PMOS管M6的栅极相连，构成共源共栅电流镜，使得流过第十三PMOS管M13、第十四PMOS管M14的电流具有正温度系数，第十四PMOS管M14的漏极与第四电阻R4、第六NPN管Q6的基极相连，所以B点电压随着温度的升高逐渐增大。第六NPN管Q6的基极-发射极正向导通电压V_BE具有负温度系数，随着温度的升高逐渐降低。当温度降低时，B点电压不足以使第六NPN管Q6导通，没有电流从第五电阻R5上流过，当温度升高时，B点电压跟着升高，达到阈值电压V_BE时，第六NPN管Q6导通，可以得到流过第五电阻R5的电流大小为：

$I_{R5}=\frac{{\mathrm{KI}}_{PTAT}{R}_4-V_{BE}}{R_5}---\left(3\right)$

其中K为第十三PMOS管M13、第十四PMOS管M14与第五PMOS管M5、第六PMOS管M6宽长比大小的比值，I_PTAT为具有正温度系数的电流。

由于第六PMOS管Q6的发射极与第五电阻R5一端相连，第六PMOS管Q6的集电极与第十六PMOS管M16的漏极相连，第十六PMOS管M16的源极与第十五PMOS管M15的漏极相连，第十五PMOS管M15的源极与电源电压相连，忽略第六PMOS管Q6的基极电流，所以流过第十五PMOS管M15、第十六PMOS管M16的电流即为I_R5，第十五PMOS管M15、第十六PMOS管M16的栅极和漏极分别与第十七PMOS管M17、第十八PMOS管18的栅极相连，构成共源共栅电流镜，镜像到第十七PMOS管M17、第十八PMOS管18的电流为I_PH，至此完成高温阶段曲率补偿。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下所作出各种变化都属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种曲率补偿低温漂带隙基准电压源，其特征在于：包括用于产生低温度系数基准电压的一阶基准电路；与一阶基准电路相连，用于在高温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的高温阶段曲率补偿电路；与一阶基准电路相连，用于在低温阶段对一阶基准电路进行温度补偿的低温阶段曲率补偿电路；与低温阶段曲率补偿电路相连，为低温阶段曲率补偿电路提供负温度系数电流的负温度系数电流产生电路。

2.根据权利要求1所述的曲率补偿低温漂带隙基准电压源，其特征在于：所述一阶基准电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、运算放大器、第一PNP管、第二PNP管、第三PNP管、第一电阻、第二电阻，运算放大器的正相输入端与第四PMOS管漏极、第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端与第二PNP管的发射极相连，运算放大器的反相输入端与第二PMOS管的漏极、第一PNP管的发射极相连，第一PNP管的基极、集电极和第二PNP管的基极、集电极均接地，运算放大器的输出端与第二PMOS管的栅极相连，第一PMOS管的漏极与第二PMOS管的源极相连，第一PMOS管、第三PMOS管、第五PMOS管的源极接电源，第一PMOS管、第三PMOS管、第五PMOS管的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第二PMOS管、第四PMOS管、第六PMOS管的栅极相连并连接至高温阶段曲率补偿电路，第三PMOS管的漏极与第四PMOS管的源极相连，第五PMOS管的漏极与第六PMOS管的源极相连，第六PMOS管的漏极与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与第三PNP管的发射极相连，第三PNP管的基极、集电极接地。

3.根据权利要求2所述的曲率补偿低温漂带隙基准电压源，其特征在于：所述负温度系数电流产生电路包括第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第四PNP管、第五PNP管和第三电阻，所述第七PMOS管、第九PMOS管、第十一PMOS管的源极接电源，第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管的栅极相连，第七PMOS管的漏极与第八PMOS管的源极、第八PMOS管的栅极相连，第十一PMOS管的漏极与第十二PMOS管的源极相连，第十二PMOS管的漏极与低温阶段曲率补偿电路相连，第九PMOS管的漏极与第十PMOS管的源极相连，第十PMOS管的漏极与第四PNP管的发射极相连，第四PNP管的基极分别与第五PNP管的发射极、第八PMOS管的漏极相连，第四PNP管的集电极、第五PNP管的基极接地，第五PNP管的集电极经第三电阻后接地。

4.根据权利要求3所述的曲率补偿低温漂带隙基准电压源，其特征在于：所述高温阶段曲率补偿电路包括第十三PMOS管、第十四PMOS管、第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十七PMOS管、第十八PMOS管、第六NPN管、第四电阻、第五电阻，第十三PMOS管、第十五PMOS管、第十七PMOS管的源极接电源，第十三PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极相连，第十三PMOS管的漏极与第十四PMOS管的源极相连，第十四PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极相连，第十四PMOS管的漏极经第四电阻后接地，第十五PMOS管的栅极分别与第十六PMOS管的源极、第十七PMOS管的栅极相连，第十五PMOS管的漏极与第十六PMOS管的源极相连，第十六PMOS管的栅极与第十八PMOS管的栅极、第六NPN管的集电极相连，第十六PMOS管的漏极与第六NPN管的集电极相连，第十七PMOS管的漏极与第十八PMOS管的源极相连，第十八PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极相连，第六NPN管的基极与第十四PMOS管的漏极相连，第六NPN管的集电极经第五电阻后接地。

5.根据权利要求4所述的曲率补偿低温漂带隙基准电压源，其特征在于：所述低温阶段曲率补偿电路包括第十九PMOS管、第二十PMOS管、第二十一PMOS管、第二十二PMOS管、第二十三PMOS管、第二十四PMOS管、第二十五NMOS管、第二十六NMOS管，第十九PMOS管、第二十一PMOS管、第二十三PMOS管的源极接电源，第十九PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极相连，第十九PMOS管的漏极与第二十PMOS管的源极相连，第二十PMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极相连，第二十PMOS管的漏极与第二十五NMOS管的漏极相连，第二十一PMOS管的栅极分别与第二十二PMOS管的源极、第二十三PMOS管的栅极相连，第二十一PMOS管的漏极与第二十三PMOS管的栅极相连，第二十二PMOS管的栅极、第二十二PMOS管漏极分别连接第二十五NMOS管的漏极，第二十三PMOS管的漏极与第二十四PMOS管的源极相连，第二十四PMOS管的栅极与第二十五NMOS管的漏极相连，第二十四PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极相连，第二十五NMOS管的源极接地，第二十五NMOS管的栅极分别与第二十六NMOS管的栅极、第二十六NMOS管的漏极相连，第二十六NMOS管的源极接地，第二十六NMOS管的漏极与第十二PMOS管的漏极相连。