CN218122538U - 带有高阶温度补偿的基准电路 - Google Patents
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Abstract
带有高阶温度补偿的基准电路，涉及集成电路技术。本实用新型包括带隙基准电路，还包括高阶温度补偿电路，所述高阶温度补偿电路包括第二运放、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第四晶体管，第四晶体管集电极和基极通过第二电阻(R2)接第三晶体管的基极，其发射极接地。本实用新型可以降低基准的输出电压随温度变化的波动范围，为其他电路提供一个稳定的偏置电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术。
背景技术
半导体器件的电学特性会随着环境温度的变化而改变，对于一个传统的电压基准来说，其输出电压会随着温度的改变而出现波动，当输出的波动较大时就会影响下一级电路偏置电压的稳定性，在一些情况下甚至可能会超出下一级电路允许的输入电压范围。因此一个在一定温度范围内保持稳定(波动范围小)的电压源对电路的设计是极其重要的。
传统的带隙基准电压的设计就是将一个具有负温度系数的双极晶体管的发射结电压VBE和一个具有正温度系数的ΔVBE按照一定比例进行叠加，ΔVBE表示两个不同电流密度(相同集电极电流、不同发射极面积)的双极晶体管的发射结电压之差，
ΔVBE＝VTln(A2/A1)
一般将这种线性叠加称为一阶温度补偿，补偿后可以获得一个近似为零温度系数的电压，由于VBE是温度的非线性函数，而ΔVBE与温度成比例，因此基准电压的温度系数只在特定温度范围内才为零，在其他温度下存在的波动，其典型的温度系数理论值可达50ppm/℃，如图1所示。
图2所示为典型的一阶温度补偿的带隙基准电路，主要包括一个运算放大器A，两个NPN管Q1和Q2，3个电阻R1、R2，两个PMOS管M1、M2。其中Q1的发射极面积是Q2的N倍，M1、M2管的尺寸一致。运算放大器A虚短使A、B两点的电压近似相等，所以两个双极晶体管的集电极电流相等，表示为:
I＝ΔVBE/R1＝VTlnN/R1
所以输出的基准电压表示为:
VBG＝VBE2+R2·I＝VBE2+ΔVBE·R2/R1＝VBE2+VT·lnN·R2/R1
选择合适的N，R1和R2的值就可以获得一个典型的带隙基准电压。
正如前面所说，一阶补偿的带隙基准具有较大的温漂系数，不适用于对电压精度要求较高的系统。造成其温漂系数较大的原因是VBE是温度的非线性函数，要获得一个地温度系数的高精度电压基准，就需要对VBE的非线性进行高阶补偿。
实用新型内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高阶温度补偿特性的基准电压源电路。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，带有高阶温度补偿的基准电路，包括带隙基准电路，所述带隙基准电路包括：
共栅共源的第一MOS管和第二MOS管，以及第一晶体管、第二晶体管和第一运放，
其特征在于，还包括高阶温度补偿电路，所述高阶温度补偿电路包括：
第二运放，其负性输入端接第一MOS管的漏极；
第三MOS管，其栅极连接第二运放的输出端，其源极接高电平，漏极通过第三电阻接地，漏极还接第二运放的正性输入端；
第四MOS管，其栅极连接第二运放的输出端，其源极接高电平，漏极通过第三晶体管接地，第三晶体管为PNP管，基极接第五MOS管的漏极；
第五MOS管，其栅极连接第一运放的输出端，其源极接高电平，漏极通过第二电阻接第四晶体管的集电极和基极，第四晶体管的发射极接地。
本实用新型通过简单的电路结构，可以获得一个在低温段随温度变化而急剧减小的电流，将该电流按一定比例转化成电压后叠加在一阶补偿后的带隙基准电压上，可以降低基准的输出电压随温度变化的波动范围，为其他电路提供一个稳定的偏置电压。
附图说明
图1是一阶温度补偿后的带隙基准电压示意图；
图2是现有技术一阶温度补偿后的带隙基准电路图；
图3是本实用新型的电路图；
图4是调整R1和R2的比值后获得的一阶温度补偿带隙基准示意图；
图5是高阶温度补偿后的低电源电压带隙基准示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的低温度漂移系数的基准电压源电路主要是通过在典型的一阶温度补偿的带隙基准电路上进行高阶温度补偿以获得低温度漂移系数的基准电压，其基本电路图如图3所示。
为便于对照附图理解，以下以标记代表器件，例如以“R1”代表“图中标记为R1的电阻”。
一个运算放大器A1，三个PMOS管M1、M2、M5，电阻R1、R2以及三个双极晶体管Q1、Q2、Q3构成了一阶温度补偿结构；运算放大器A2、PMOS管M3、M4、电阻R3以及双极晶体管Q4构成了高阶温度补偿结构，高阶温度补偿支路的电流叠加在R2上，就可以获得一个低温度漂移系数的基准电压源。高阶温度补偿原理如下：
图1中的曲线是经过一阶温度补偿的带隙基准电压，表达式为
VBG＝VBE2+VT·lnN·R2/R1
从前面的分析可以知道，一阶温度补偿后基准电压的温度系数只在特定温度范围内才为零，即在图1中曲线在中间温度段比较平直，在低温度段和高温度段的波动较大，可以通过改变R1和R2的值来控制曲线在特定温度范围内的平坦度。
在这里调整图3电路中R1和R2的值，增大C1＝R2/R1的比值，也即提高VBG中ΔVBE的比例，得到的一阶温度补偿后的带隙基准曲线如图4所示，图4中的带隙基准电压随温度变化的曲线在高温段比较平直，波动较小。
图3中，运算放大器A2的两个输入端虚短使A和C点的电压近似相等，电阻R3上的压降近似为VBE,Q1，将VBE,Q1线性化以得到ICTAT电流：ICTAT＝VBE,Q1/R3，通过M3和M4管以一定比例将ICTAT电流镜像到Q3管，将高阶温度补偿支路电流C2·ICTAT/β叠加到电阻R2上，可以获得一个低温度漂移系数的基准电压
VBG,compensation＝VBE3+VT·lnN·R2/R1+C2·VBE,Q1·R2/R3
高阶温度补偿后的带隙基准电压曲线如图5所示。
Claims (1)
1.带有高阶温度补偿的基准电路，包括带隙基准电路，所述带隙基准电路包括：
共栅共源的第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)，以及第一晶体管(Q1)、第二晶体管(Q2)和第一运放(A1)，
其特征在于，还包括高阶温度补偿电路，所述高阶温度补偿电路包括：
第二运放(A2)，其负性输入端接第一MOS管(M1)的漏极；
第三MOS管(M3)，其栅极连接第二运放(A2)的输出端，其源极接高电平，漏极通过第三电阻(R3)接地，漏极还接第二运放(A2)的正性输入端；
第四MOS管(M4)，其栅极连接第二运放(A2)的输出端，其源极接高电平，漏极通过第三晶体管(Q3)接地，第三晶体管(Q3)为PNP管，基极接第五MOS管的漏极；
第五MOS管(M5)，其栅极连接第一运放(A1)的输出端，其源极接高电平；
第四晶体管(Q4)，其集电极和基极通过第二电阻(R2)接第三晶体管的基极，其发射极接地。
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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Family
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| CN202220828796.XU Active CN218122538U (zh) | 2022-02-25 | 2022-04-12 | 带有高阶温度补偿的基准电路 |
Country Status (1)
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2022
- 2022-04-12 CN CN202220828796.XU patent/CN218122538U/zh active Active
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