零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模擬集成電路領(lǐng)域，特別是涉及應(yīng)用在帶隙電壓基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)中的一種 零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源。
【背景技術(shù)】
[0002] 在模擬集成電路的設(shè)計(jì)中，電壓基準(zhǔn)的應(yīng)用越來越普遍，也變得越來越重要。電壓 基準(zhǔn)的電壓輸出一般不隨供電電源變化而變化，它的電源抑制比高，同時(shí)應(yīng)具有良好的溫 度特性。在所有的電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中，帶隙基準(zhǔn)的輸出特性無疑是最突出的。通常帶隙基準(zhǔn) 源雖然能產(chǎn)生對VDD和溫度相對穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，但其局限性是其只能產(chǎn)生固定的基準(zhǔn)電 壓。顯然，固定的基準(zhǔn)電壓對于電路設(shè)計(jì)者而言限制非常大，特別是在功耗要求和核心電壓 越來越低的情況下，要想克服上述問題和限制，必須對基準(zhǔn)源的結(jié)構(gòu)有所改進(jìn)。通常的帶 隙基準(zhǔn)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為1.25V(常溫)，接近于硅的禁帶寬度，它的輸出是不能隨意調(diào)節(jié) 的。另外，隨著芯片電源電壓不斷降低，通常帶隙基準(zhǔn)源的1. 25V輸出已無法滿足設(shè)計(jì)的 需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源，其中 帶隙基準(zhǔn)電壓電路具有輸出可調(diào)節(jié)的功能，利用雙極晶體管的基極-發(fā)射極電壓 ^與絕對溫度成反比構(gòu)建電流源電路，和工作在不同電流下的兩個(gè)雙極型晶體管的基 極-發(fā)射極電壓的差值_1^與絕對溫度成正比構(gòu)建電流源電路。設(shè)計(jì)中通過二者電流的 加權(quán)相加來獲得零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種零溫度系數(shù)可調(diào) 電壓基準(zhǔn)源，包括：正溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路、負(fù)溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路和可調(diào)電阻 R2 ;所述正溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路包括PM0S晶體管M7、M8和雙極型晶體管Ql、Q2 ;工作 在不同電流下的雙極型晶體管Ql、Q2的基極-發(fā)射極電壓之間的差值與絕對溫度成 正比，利用電流鏡電路獲得與溫度成正比的由PM0S晶體管M7、M8構(gòu)成的正溫度系數(shù)電流 源，PM0S晶體管M7、M8構(gòu)成共源共柵電流源L鏡像正溫度系數(shù)電流源；所述負(fù)溫度系數(shù)電 流源產(chǎn)生電路包括PM0S晶體管M15、M16和雙極型晶體管Q3 ;雙極晶體管Q3的基極-發(fā) 射極電壓:?:與絕對溫度成反比，利用電流鏡電路獲得與溫度成反比的由PM0S晶體管M15、 M16構(gòu)成的負(fù)溫度系數(shù)電流源，PM0S晶體管M15、M16構(gòu)成共源共柵電流源12鏡像負(fù)溫度 系數(shù)電流源；電流源1:的輸出由PM0S晶體管M8漏極輸出，電流源12的輸出由PM0S晶體 管M16漏極輸出，PM0S晶體管M8與M16的漏極相連實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電流IREF;電流源 1:與電流源12以適當(dāng)?shù)臋?quán)重碑、:::?相加，使得
犮立，得到具有零溫度系數(shù) 的電流基準(zhǔn)Zjsr=αιΑ+ ;PM0S晶體管M8與M16的漏極相連再與可調(diào)電阻R2的一端相 連，可調(diào)電阻R2的另一端接地。
[0005] 優(yōu)選的，所述正溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路還包括PM0S晶體管Ml、M2、M3、M4,NM0S 晶體管M5、M6,電阻R1和正溫度系數(shù)啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管M1、M2、M3、M4 組成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡電路與NM0S晶體管M5、M6組成的電流鏡電路構(gòu)成自偏置的正 溫度系數(shù)電壓源電路，正溫度系數(shù)啟動電路模塊STARTUP接入NM0S晶體管M5的漏極端；雙 極晶體管Q1、Q2的基極與集電極短接構(gòu)成二極管并使雙極晶體管Q2的發(fā)射極與電阻R1的 一端相連，電阻R1的另一端與NM0S晶體管M6的源極相連，雙極晶體管Q1的發(fā)射極與NM0S 晶體管M5的源極相連，NM0S晶體管M5、M6的源極端電壓相等；PM0S晶體管M7、M8的柵極 分別于晶體管M2、M4的柵極相連以實(shí)現(xiàn)電流鏡像；正溫度系數(shù)的電流^為，由PM0S晶 體管M7、M8組成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源構(gòu)成；雙極晶體管Q2比Q1大，雙極晶體管Q1、Q2基 極-發(fā)射極電壓的差具有正溫度系數(shù)
其中K為雙極 晶體管Q2與Q1并聯(lián)個(gè)數(shù)之比；Q1兩端的電壓:等于Q2兩端的電壓竭_(dá)和電阻R1兩端 的電壓之和，即
：_%可推出：：
；流過雙極晶體管 Ql、Q2的兩條支路的電流相等，其基極-發(fā)射極電壓降之差落在電阻R1上。
[0006] 優(yōu)選的，所述負(fù)溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路還包括PM0S晶體管M9、M10、Mil、M12， NM0S晶體管M13、M14,電阻R3和負(fù)溫度系數(shù)啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管M9、M10、 Mil、M12組成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡電路與NM0S晶體管M13、M14組成的電流鏡電路構(gòu)成 自偏置的負(fù)溫度系數(shù)電壓源電路，負(fù)溫度系數(shù)啟動電路模塊STARTUP接入晶體管M13的漏 極端；雙極晶體管Q3的基極與集電極短接構(gòu)成二極管，雙極晶體管Q3的發(fā)射極與NM0S晶 體管M13的源極相連；雙極晶體管Q3的集電極與地相連并與電阻R3的一端相連，R3另一 端與NM0S晶體管M14的源極相連，NM0S晶體管M13、M14的源極端電壓相等；PM0S晶體管 M15、M16的柵極分別與PM0S晶體管M10、M12的柵極相連以實(shí)現(xiàn)電流鏡像；負(fù)溫度系數(shù)的電 流12為.??，由PM0S晶體管M15、M16組成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源構(gòu)成；雙極晶體管Q3基 極-發(fā)射極電壓^即二極管的正向電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，常溫下為
流過雙極晶體管Q3和電阻R3這兩條支路的電流相等，BP:
[0007] 優(yōu)選的，所述PM0S晶體管M8和M16的漏極相連作為零溫度系數(shù)的電 流源4^，正溫度系數(shù)電流源和負(fù)溫度系數(shù)電流源以適當(dāng)?shù)臋?quán)重相加得到零溫 度系數(shù)的電流源，即;零溫度系數(shù)的電流源的溫度系數(shù)為零，即：
丨，從而可得到
;零溫度系數(shù)的可調(diào)電壓基準(zhǔn)源由零溫度系數(shù)的電流源加一個(gè)可調(diào)電阻R2 構(gòu)成，即PM0S晶體管M8和M16的漏極相連再與電阻R2的一端相連，R2的另一端接地；零 溫度系數(shù)可調(diào)電壓源REGV即為電阻R2兩端電壓i朋r_S2。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源電路，采用共 源共柵的電流鏡結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)輸出基準(zhǔn)電壓與電源電壓無關(guān)，正負(fù)溫度系數(shù)的電流源的疊加 以實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源，通過調(diào)節(jié)電阻達(dá)到輸出基準(zhǔn)電壓軌到軌。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是通過改變可調(diào)電阻R2的阻值實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)可調(diào)基準(zhǔn)電壓的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0011] 請參閱圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例包括： 一種零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源，電路設(shè)計(jì)中采用了與電源電壓無關(guān)的自偏置電路， 基準(zhǔn)源主要通過工作在不同電流下的兩個(gè)雙極型晶體管Q1、Q2的基極-發(fā)射極電壓的差值 與絕對溫度成正比，利用由NM0S晶體管M2、M4、M7、M8構(gòu)成的電流鏡電路從而獲得一 個(gè)與溫度成正比的由NM0S晶體管Μ7、Μ8構(gòu)成電流源；另外雙極晶體管的基極-發(fā)射極電壓 與絕對溫度成反比，利用由NM0S晶體管Μ10、Μ12、Μ15、Μ16構(gòu)成的電流鏡電路從而獲得 一個(gè)與溫度成反比的由NM0S晶體管Μ15、Μ16構(gòu)成電流源；利用二者的加權(quán)相加來獲得零溫 度系數(shù)的基準(zhǔn)電流源，通過與可調(diào)整電阻R2相連從而獲得零溫度系數(shù)可調(diào)電壓基準(zhǔn)源，從 而解決了只能產(chǎn)生固定帶隙基準(zhǔn)電壓的局限性。
[0012] 將兩個(gè)具有正反溫度系數(shù)的量以適當(dāng)?shù)臋?quán)重謂、，相加，那么結(jié)果就會顯示為零 溫度系數(shù)；對于隨溫度變化方向相反的PM0S晶體管Μ7、Μ8的漏極電流IJPPM0S晶體管 Μ15、Μ16的漏極電流12來說，使獨(dú)
〖立，這樣就得到具有零溫度系數(shù)的 電流基螺& ;雙極晶體管Q3的基極與發(fā)射極短接構(gòu)成^極管，其基極-發(fā)射 極電壓即二極管的正向電壓具有負(fù)溫度系數(shù)；工作在不相等的電流下兩個(gè)雙極晶體管Q1、Q2的基極與發(fā)射極短接構(gòu)成二極管，其基極-發(fā)射極電壓的差值具有正溫度系數(shù)；具有 正負(fù)溫度系數(shù)的電壓通過自偏置電流鏡電路由PM0S晶體管M8、M16的漏極輸出正負(fù)溫度系 數(shù)的電流Ii、12，此正負(fù)溫度系數(shù)的電流以適當(dāng)?shù)臋?quán)重珥、，相加后與可調(diào)電阻R2相連，其 輸出電壓REGV構(gòu)成零溫度系數(shù)的寬輸出電壓，可以達(dá)到軌到軌的范圍。
[0013] 正溫度系數(shù)電流源產(chǎn)生電路包括PM0S晶體管Ml、M2、M3、M4、M7、M8,NM0S晶體管 M5、M6,雙極晶體管Q1、Q2,電阻R1和正溫度系數(shù)啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管Ml、 M2、M3、M4組成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡電路與NM0S晶體管M5、M6組成的電流鏡電路構(gòu)成 自偏置的正溫度系數(shù)電壓源電路，正溫度系數(shù)啟動電路模塊START