具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，包括一階帶隙核電路和互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路。一階帶隙核電路為基本的一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路或低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路，實(shí)現(xiàn)BJT晶體管射極?基極電壓的一階溫度補(bǔ)償；互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路從一階帶隙核電路中用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償項(xiàng)的低電流密度BJT晶體管射極抽取互補(bǔ)溫度系數(shù)電流，從而在一階帶隙核電路中引入正的高階溫度項(xiàng)，補(bǔ)償BJT晶體管射極?基極電壓中所含有的負(fù)高階溫度項(xiàng)，獲得與溫度無(wú)關(guān)的輸出基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明電壓源輸出基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)低至1 ppm/℃，補(bǔ)償效果良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合低電源電壓，滿足電路和工藝兼容性強(qiáng)、生產(chǎn)后修調(diào)簡(jiǎn)單的要求。
【專利說(shuō)明】
具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，具體涉及一種 基于互補(bǔ)溫度系數(shù)電流抽取的具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，屬集 成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶隙基準(zhǔn)電壓源作為模擬集成電路中最為普遍和重要的單元，主要用于提供不隨 溫度、電源、工藝等環(huán)境變化的基準(zhǔn)電壓，它的性能直接決定著LD0、DAC以及ADC等模塊的精 確度。最早提出的帶隙基準(zhǔn)電壓源采用一階溫度補(bǔ)償方式，稱為一階帶隙核電路，其電路原 理如圖1所示。其中，由運(yùn)算放大器0/?構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路鉗制A、B兩點(diǎn)電壓相同，從而使得 流經(jīng)PM0S晶體管MP1和MP2的漏極電流相等，且都為BJT晶體管ft和ft射極-基極電壓之差與 電阻佑的比值：
可以看出，該電流與溫度成正比例關(guān)系（Proportional To Absolute Temperature, PTAT)，記為Imr。最終的輸出基準(zhǔn)電壓為：
通過(guò)調(diào)整電阻比例形/及，能夠使K部的負(fù)一階溫度系數(shù)項(xiàng)得到有效補(bǔ)償。但是需要指出 的是，BJT晶體管的射極-基極電壓作;并不是簡(jiǎn)單的負(fù)一階溫度系數(shù)電壓，而是與溫度成互 補(bǔ)關(guān)系（Complementary To Absolute Temperature, CTAT)，它還包括系數(shù)為負(fù)的高階溫
因此，基于圖1的一階補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電壓源所能實(shí)現(xiàn)的溫度系數(shù)最低僅為20ppm/°C，溫 度漂移仍然較大，需要進(jìn)行進(jìn)一步的高階溫度補(bǔ)償。
[0003] 為了獲得更低（如低至lPPm/°C)的溫度系數(shù)，現(xiàn)有公知的高階溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn) 電壓源所采用的技術(shù)方案均是集中于對(duì)Ks中的負(fù)71η( Τ/Γο)高階溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，或通過(guò) 向具有更小集電極電流密度的PNP型BJT晶體管射極注入互補(bǔ)溫度系數(shù)電流Λμγ，或者單獨(dú) 弓丨入非線性溫度系數(shù)電流I?，還有利用ΝΡΝ型BJT晶體管的共射電流增益淘溫度所呈的負(fù) 指數(shù)關(guān)系來(lái)得到與溫度呈高階關(guān)系的電流，進(jìn)而獲得補(bǔ)償。但是這些方案均存在的不足之 處主要體現(xiàn)在:結(jié)構(gòu)很復(fù)雜、需要多條支路來(lái)實(shí)現(xiàn)高階補(bǔ)償，同時(shí)可能對(duì)電源電壓有較高的 要求，且無(wú)法工作在低電源電壓壓情況下;或者對(duì)工藝和環(huán)境因素較為敏感，需要采用復(fù)雜 的生產(chǎn)后修調(diào)流程;或者需要采用特殊的深N阱工藝，不適合標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝環(huán)境等等。
[0004] 例如美國(guó)發(fā)明專利〈Bandgap voltage reference circuit and method for producing a temperature curvature corrected voltage reference)(US6828847B1 開了一種具有高階溫度補(bǔ)償電路的帶隙基準(zhǔn)電壓源，如圖2所示，該發(fā)明是通過(guò)向具有更小 集電極電流密度(也即集電結(jié)面積更大）的BJT晶體管?注入互補(bǔ)溫度系數(shù)電流Imr，從而 在輸出電流io/r中引入正的Tin( 7/7b)高階溫度項(xiàng)，以對(duì)中的負(fù)高階溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。該 發(fā)明雖然能夠獲得低至1 Ppm/°C的溫度系數(shù)，但是它的缺點(diǎn)也非常明顯:為了維持負(fù)反饋 環(huán)路的正常工作，由Λ和低集電極電流密度BJT晶體管構(gòu)成的負(fù)反饋支路的等效電阻必須 足夠大，以使負(fù)反饋增益大于正反饋環(huán)路增益。但向相應(yīng)的低集電極電流密度BJT射極注入 電流后，其對(duì)應(yīng)的射極一地等效電阻相應(yīng)變小，從而降低了負(fù)反饋增益，負(fù)反饋環(huán)路具有失 效的風(fēng)險(xiǎn)。因此不能直接向ft注入而是需要另外再取一條低集電極電流密度的支路， 即向?注入為了保持對(duì)稱，還必須再引入由必構(gòu)成的支路，如此電路變的極為復(fù)雜；另 外，運(yùn)放的輸入端為兩個(gè)Kes的疊加 （Kaa + Κβ?)，而如圖1所不的一階溫度補(bǔ)償方式運(yùn)放的輸 入電壓僅為一個(gè)Ks，因此，該發(fā)明對(duì)電源電壓有了更高的要求，電路無(wú)法工作在低電源電壓 情況下。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利《一種帶有非線性溫度補(bǔ)償?shù)亩嗦份敵鰩痘鶞?zhǔn)電路》 (CN102591398A)公開了一種基于非線性溫度系數(shù)電流檢測(cè)單元的帶隙基準(zhǔn)電壓源，如圖3 所示。由？18、?1^、匪8、匪4和匪2構(gòu)成的溫度檢測(cè)單元對(duì)正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生單元中三極管 基極與發(fā)射極之間的電壓進(jìn)行溫度檢測(cè)，將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為正的非線性溫度系數(shù)電流Im， 再經(jīng)由〇Ρ2、ΜΝ1和R3、R4構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路與Ks中的負(fù)非線性溫度系數(shù)電流進(jìn)行互補(bǔ)， 得到非線性電流補(bǔ)償?shù)囊浑A負(fù)溫度系數(shù)電流，該電流再與正溫度系數(shù)電流相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn) 整個(gè)溫度系數(shù)的補(bǔ)償。專利文獻(xiàn)中并未給出該種溫度補(bǔ)償方式的效果，但是由圖3可以明顯 地看出：首先該種高階溫度補(bǔ)償方式電路較為復(fù)雜，需要同時(shí)使用溫度檢測(cè)單元和負(fù)溫度 系數(shù)產(chǎn)生單元;其次，用于產(chǎn)生正非線性溫度系數(shù)電流I?的溫度檢測(cè)單元全部由M0S晶體管 構(gòu)成，而現(xiàn)實(shí)中M0S晶體管極易受工藝和環(huán)境因素的影響，實(shí)際生產(chǎn)后的性能會(huì)嚴(yán)重偏移設(shè) 計(jì)值，因此，該種補(bǔ)償方式還需要進(jìn)行復(fù)雜的生產(chǎn)后修調(diào)，從而大大增加了電路成本。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利《一種指數(shù)溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏仄疌MOS帶隙基準(zhǔn)電壓源》 (CN102495659A)公開了利用NPN管的共射電流增益角溫度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系而得到與溫度呈 高階關(guān)系的電流用以補(bǔ)償Ks中的高階溫度項(xiàng)，如圖4所示。通過(guò)從一階帶隙核電路中的 吸取負(fù)指數(shù)溫度關(guān)系的基極電流，能夠引入正的指數(shù)溫度系數(shù)，以對(duì)Ks中的負(fù)高階溫度項(xiàng) 進(jìn)行有效補(bǔ)償。該種高階溫度補(bǔ)償方式能夠獲得1.32 ppm/°C的溫度系數(shù)，但是其缺點(diǎn)也非 常明顯：首先其必須采用NPN型BJT晶體管，而在標(biāo)準(zhǔn)或者Logic CMOS工藝中，要獲得NPN型 BJT晶體管，必須采用深N阱工藝，會(huì)額外增加成本，甚至有些工藝并不支持深N阱工藝，從而 限制了其通用性;其次，該種補(bǔ)償方式只靠 BJT進(jìn)行高階溫度補(bǔ)償，而BJT晶體管在實(shí)際生產(chǎn) 過(guò)程中也會(huì)存在較大的偏移，因此只能通過(guò)對(duì)BJT進(jìn)行生產(chǎn)后修調(diào)來(lái)達(dá)到高階溫度補(bǔ)償?shù)?目的，但實(shí)際上BJT很難進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的修調(diào)，因此該種補(bǔ)償方式無(wú)法有效進(jìn)行生產(chǎn)后修 調(diào)。
[0007] 綜上，現(xiàn)有高階溫度補(bǔ)償方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多條支路來(lái)實(shí)現(xiàn)高階補(bǔ)償，同時(shí)對(duì)電 源電壓、生產(chǎn)后修調(diào)和工藝有特殊的要求，因此，一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低電源電壓、工藝 兼容性強(qiáng)、且生產(chǎn)成本低的帶隙基準(zhǔn)電壓源成為必需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】所述問(wèn)題，提出了一種基于對(duì)一階帶隙核電路中低電流密度 BJT晶體管的射極進(jìn)行互補(bǔ)溫度系數(shù)電流抽取的高階溫度補(bǔ)償方式，所述方案包括新增的 運(yùn)算放大器、電阻和CMOS電流鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要采用NPN型BJT晶體管，能夠同時(shí)適用于 基本一階帶隙核電路和低壓電流結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路，適合低電源電壓，工藝和電路兼容 性強(qiáng)；實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中只需對(duì)電阻進(jìn)行修調(diào)，生產(chǎn)成本低，輸出基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)低至 lppm/°C，補(bǔ)償效果良好。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下方案： 具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，是一種基于互補(bǔ)溫度系數(shù)電流抽取 的具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，包括:一階帶隙核電路和互補(bǔ)溫 度系數(shù)電流產(chǎn)生電路;所述一階帶隙核電路用于實(shí)現(xiàn)BJT晶體管射極一基極電壓的一階溫 度補(bǔ)償;其特征在于： 所述互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路包括:一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)電阻和兩條CMOS電流鏡； 所述運(yùn)算放大器和CMOS電流鏡構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路； 所述互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路從一階帶隙核電路中用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償項(xiàng)的 低電流密度BJT晶體管射極抽取互補(bǔ)溫度系數(shù)電流，從而在一階帶隙核電路中引入正的高 階溫度項(xiàng)，所述正的高階溫度項(xiàng)用于補(bǔ)償BJT晶體管射極-基極電壓中所含有的負(fù)高階溫度 項(xiàng)，獲得與溫度無(wú)關(guān)的輸出基準(zhǔn)電壓。
[0010] 如上所述具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于:所述一 階帶隙核電路為基本一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路，或者是低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階溫度補(bǔ)償帶 隙核電路，所述基本一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路或低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階溫度補(bǔ)償帶隙核電 路，均是基于采用負(fù)反饋環(huán)路獲得具有不同電流密度的兩個(gè)BJT晶體管射極-基極之間的電 壓差值，所述電壓差值具有一階線性正溫度系數(shù)，電壓差值用于對(duì)BJT晶體管的射極-基極 電壓的一階負(fù)溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011] 如上所述具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于:所述負(fù) 反饋環(huán)路完整地或者部分地檢測(cè)一階帶隙電路中BJT晶體管的射極-基極電壓，并將該BJT 晶體管的射極-基極電壓完整地或者部分地施加在電阻兩端，形成通過(guò)所述電阻的互補(bǔ)溫 度系數(shù)電流。
[0012] 本發(fā)明具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源的原理是:一階帶隙核電 路對(duì)基于采用負(fù)反饋環(huán)路獲得具有不同電流密度的兩個(gè)BJT晶體管射極一基極之間的電壓 差值進(jìn)行采集;所述電壓差值具有一階線性正溫度系數(shù)，電壓差值用于對(duì)BJT晶體管射極一 基極電壓的一階負(fù)溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償;互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路采集一階帶隙核電路中的 BJT晶體管的射極一基極電壓，并將其施加在電阻上，由于BJT晶體管的射極一基極電壓為 互補(bǔ)溫度系數(shù)電壓，因此通過(guò)該電阻的電流也將為互補(bǔ)溫度系數(shù)電流，由M0S管構(gòu)成的電流 鏡將復(fù)制該互補(bǔ)溫度系數(shù)電流并從一階帶隙核電路中用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償項(xiàng)的低電 流密度BJT晶體管的射極抽取該互補(bǔ)溫度系數(shù)電流，從而在該BJT晶體管的射極電流中引入 正高階溫度項(xiàng)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，提出了一種基于對(duì)一階帶隙 核電路中低電流密度BJT晶體管的射極進(jìn)行互補(bǔ)溫度系數(shù)電流抽取的高階溫度補(bǔ)償方式， 輸出基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)低至1 ppm/°c，補(bǔ)償效果良好；只額外增加一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè) 電阻和兩條CMOS電流鏡，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單;不需要采用NPN型BJT晶體管，能夠同時(shí)適用于基本 一階帶隙核電路或低壓電流結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路，工藝和電路兼容性強(qiáng);不會(huì)造成一階帶 隙核電路中主反饋環(huán)路失效的問(wèn)題，適合低電源電壓;實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中只需對(duì)電阻進(jìn)行修 調(diào)，生產(chǎn)成本低。從而能夠同時(shí)滿足現(xiàn)有方法無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償效果良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適 合低電源電壓、電路和工藝兼容性強(qiáng)、生產(chǎn)后修調(diào)簡(jiǎn)單等要求。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是現(xiàn)有基本一階帶隙核電路示意圖； 圖2是專利US6828847B1公開的高階溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電壓源示意圖； 圖3是專利CN102591398A公開的高階溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電壓源示意圖； 圖4是專利CN102495659A公開的高階溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電壓源示意圖； 圖5是本發(fā)明適用于基本一階帶隙核電路的高階溫度補(bǔ)償原理示意圖； 圖6是本發(fā)明適用于基本一階帶隙核電路的高階溫度補(bǔ)償仿真結(jié)果圖； 圖7是本發(fā)明適用于低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路的高階溫度補(bǔ)償原理示意圖； 圖8是本發(fā)明適用于低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路的高階溫度補(bǔ)償仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出， 其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下 面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明 的限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)，本技術(shù)方案中未詳細(xì)述及的，均為公知技術(shù)。附圖5和附圖7是本 發(fā)明分別適用于基本一階帶隙核電路和低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路的兩個(gè)實(shí)施例。
[0016] 需要特別強(qiáng)調(diào)的是:本發(fā)明通過(guò)對(duì)一階帶隙核電路中用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償項(xiàng) 的低電流密度BJT晶體管射極進(jìn)行互補(bǔ)溫度系數(shù)電流的抽取，實(shí)現(xiàn)了 BJT晶體管射極-基極 電壓的高階溫度補(bǔ)償，相比于現(xiàn)有的從低電流密度BJT晶體管射極注入互補(bǔ)溫度系數(shù)電流 的補(bǔ)償方式，本發(fā)明的補(bǔ)償效果更好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝和電路兼容性強(qiáng)，不會(huì)造成主反饋 環(huán)路失效問(wèn)題，適合低電源電壓，生產(chǎn)成本低。
[0017] 實(shí)施例一： 適用于基本一階帶隙核電路的高階溫度補(bǔ)償原理如圖5所示。該電路由互補(bǔ)溫度系數(shù) 電流產(chǎn)生電路和基本一階帶隙核電路構(gòu)成，其中基本一階帶隙核電路由運(yùn)算放大器0P1、 PNP型BJT晶體管QrQ3、電阻Rrfc以及PM0S晶體管MP1-MP3構(gòu)成;互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路 由運(yùn)算放大器0P 2、電阻R3、PMO S晶體管Mp4~Mp5以及NMO S晶體管Mni~Mn2構(gòu)成。在互補(bǔ)溫度系數(shù) 電流產(chǎn)生電路中，首先由運(yùn)算放大器0P2和PM0S晶體管脅5構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路鉗制C、B兩點(diǎn)電 壓相同，從而將&的射極-基極電壓V EB1施加在電阻R3上，因此通過(guò)電阻R3的電流將為VEB1/ R3,由于VEB1為互補(bǔ)溫度系數(shù)電壓，因此該電流也與溫度呈互補(bǔ)系數(shù)關(guān)系，記ICTAT=V EB1/R3;然 后，由MN1和MN2構(gòu)成的電流鏡將從具有低電流密度的BJT晶體管〇2射極中抽取互補(bǔ)溫度系 數(shù)電流I cm，從而在輸出電流I out中引入正的高階溫度項(xiàng)，以對(duì)BJT晶體管Q3射極-基極電壓 VEB3中的負(fù)高階溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。接下來(lái)將其補(bǔ)償原理進(jìn)行詳細(xì)的理論分析。
[0018] 首先，對(duì)分析過(guò)程中公式上用到的一些參數(shù)定義如下:及表示基本一階帶隙核電 路中第一電阻的阻值;形表示基本一階帶隙核電路中第2電阻的阻值;7?表示互補(bǔ)溫度系數(shù) 電流產(chǎn)生電路中的電阻阻值；必為基本一階帶隙核電路中高電流密度PNP型BJT晶體管，ft為 基本一階帶隙核電路中低電流密度PNP型BJT晶體管，N表示?與必的集電極面積之比，ft為 基本一階帶隙核電路中輸出PNP型BJT晶體管；表示PNP型BJT晶體管的射極與基極電壓之 差。A表不波爾茲曼常數(shù)；<7表不一個(gè)電子的電荷量；是〇Κ溫度時(shí)娃的帶隙電壓；堤與娃迀 移率與溫度相關(guān)性的參數(shù)；7b為室溫，一般為27°C;I C?邊互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生 的互補(bǔ)溫度系數(shù)電流;ioe為?的集電極電流（由于忽略基極電流，因此集電極電流=射極電 流）；io/r為一階帶隙核電路產(chǎn)生的輸出電流。
[0019] 在圖5中，輸出電流為：
由式(2)可以看出，要獲得高階溫度補(bǔ)償?shù)妮敵龌鶞?zhǔn)電壓，Iwr中必須同時(shí)含有一階正 PTAT項(xiàng)和正的高階溫度項(xiàng)。因此，接下來(lái)對(duì)1?/7進(jìn)行分析，由于BJT晶體管的射極-基極電壓 為：
在式（4)中，用于對(duì)中的一階負(fù)溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，而 聽(tīng):/興賴轉(zhuǎn)猶正是通過(guò)從沾射極抽取雨f引入的，它將帶來(lái)正的高 階溫度系數(shù)項(xiàng)。首先：
其中Icwr由互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生:運(yùn)算放大器0/?鉗制B點(diǎn)和C點(diǎn)電壓相等， 因此7?兩端的電壓也為ft的射極-基極電壓，因此有：
結(jié)合(4M7)式，可以分別得到Ι?/ΚΓ)的一階溫度系數(shù)和二階溫度系數(shù)為： ，繼 ：.八3: .七3
當(dāng)滿足以下關(guān)系時(shí)，IwK Γ)的二階溫度系數(shù)為等為正，可以對(duì)Kss的負(fù)高階溫度系數(shù)進(jìn) 行補(bǔ)償：
在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整形/Λ和沾/Λ的值，就可以實(shí)現(xiàn)良好的溫度補(bǔ)償:仿真驗(yàn) 證結(jié)果如圖6所示，當(dāng)溫度從-40 °C到125 °C變化時(shí)，輸出基準(zhǔn)電壓約為1.033 V，本發(fā)明高 階溫度補(bǔ)償方式能夠獲得1 ppm/°c的溫度系數(shù)，具有良好的溫度補(bǔ)償效果；同時(shí)，與基本一 階帶隙核電路相比，該高階溫度補(bǔ)償方式僅額外增加了一個(gè)運(yùn)放、一個(gè)電阻和兩條電流鏡 支路，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單;此外，運(yùn)放和0/?的輸入電壓僅為一個(gè)BJT的射極-基極電壓，不會(huì) 額外增加對(duì)電源電壓的要求;最后，不需要采用NPN型BJT晶體管，工藝兼容性強(qiáng)，且在芯片 生產(chǎn)后，只需對(duì)電阻形和你進(jìn)行修調(diào)，無(wú)需對(duì)MOS晶體管和BJT晶體管進(jìn)行修調(diào)，生產(chǎn)成本大 大降低。
[0020] 實(shí)施例二： 除了能夠?qū)θ鐖D5所示的基本一階帶隙核進(jìn)行高階溫度補(bǔ)償之外，本發(fā)明提出的高階 溫度補(bǔ)償方式還可以對(duì)基于低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階帶隙核進(jìn)行非線性補(bǔ)償。如圖7所示為 本發(fā)明除基于基本一階帶隙核電路之外另一種適用于低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核的實(shí)例。 其中，低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核由電阻形λ、形池、形a、奶?、7?，運(yùn)放斯1，BJT晶體管ft~ft， PM0S晶體管Mpi~Mp3構(gòu)成:運(yùn)算放大器0/?鉗制B2、A2兩點(diǎn)電壓相等，由于7?251+奶? =奶51+奶52二 奶，因此匕丄兩點(diǎn)電壓也相等，進(jìn)而有1^=Κ￡μ/7?2+(Κ￡μ- - )Μ，其將同時(shí)包含PTAT和CTAT 項(xiàng);而互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路仍由運(yùn)算放大器0^、電阻7?4、PM0S晶體管Mp4~ΜΡ5以及NM0S 晶體管Μνι~Μν2構(gòu)成:運(yùn)算放大器0/?和PM0S晶體管Mps構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路鉗制C、B2兩點(diǎn)電壓 相等，電阻你兩端電壓為X^2?/(奶M+奶?)，其產(chǎn)生的互補(bǔ)溫度系數(shù)電流為Km X Ihm/ilha+Ihm) / Ih。
[0021]與基于基本型一階帶隙核補(bǔ)償?shù)脑硐嗨疲パa(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路同樣從具 有低集電極電流密度的BJT晶體管?射極抽取互補(bǔ)溫度系數(shù)電流Λμγ，從而在輸出電流中引 入正的高階溫度項(xiàng)，以對(duì)BJT晶體管必射極-基極電壓Kim中的負(fù)高階溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò) 調(diào)整(形沿+奶^^/及和瓜/及的值，就可以實(shí)現(xiàn)良好的溫度補(bǔ)償:該種實(shí)例的仿真驗(yàn)證結(jié)果如 圖8所示，該發(fā)明高階溫度補(bǔ)償方式同樣能夠獲得1 ppm/°C的溫度系數(shù)，具有良好的溫度補(bǔ) 償效果；同時(shí)，與低壓電流模結(jié)構(gòu)一階帶隙核電路相比，該高階溫度補(bǔ)償方式僅額外增加了 一個(gè)運(yùn)放、一個(gè)電阻和兩條電流鏡支路，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單;此外，運(yùn)放和0/?的輸入端電壓 為Kfa X7?2i2/(7?2a+7?2i2)，能夠工作在更低的電源電壓下，其實(shí)際仿真最低工作電源電壓僅 為0.9 V;最后，不需要采用NPN型BJT晶體管，工藝兼容性強(qiáng)，且在芯片生產(chǎn)后，仍只需對(duì)電 阻形和7?進(jìn)行修調(diào)，無(wú)需對(duì)M0S晶體管和BJT晶體管進(jìn)行修調(diào)，生產(chǎn)成本大大降低。
[0022]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例，但并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)所做的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，包括:一階帶隙核電路和互補(bǔ)溫 度系數(shù)電流產(chǎn)生電路;所述一階帶隙核電路用于實(shí)現(xiàn)BJT晶體管射極一基極電壓的一階溫 度補(bǔ)償;其特征在于： 所述互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路包括:一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)電阻和兩條CMOS電流鏡； 所述運(yùn)算放大器和CMOS電流鏡構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路； 所述互補(bǔ)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路從一階帶隙核電路中用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償項(xiàng)的 低電流密度BJT晶體管射極抽取互補(bǔ)溫度系數(shù)電流，從而在一階帶隙核電路中引入正的高 階溫度項(xiàng)，所述正的高階溫度項(xiàng)用于補(bǔ)償BJT晶體管射極-基極電壓中所含有的負(fù)高階溫度 項(xiàng)，獲得與溫度無(wú)關(guān)的輸出基準(zhǔn)電壓。2. 如權(quán)利要求1所述具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于:所 述一階帶隙核電路為基本一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路，或者是低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階溫度補(bǔ) 償帶隙核電路，所述基本一階溫度補(bǔ)償帶隙核電路或低壓電流模結(jié)構(gòu)的一階溫度補(bǔ)償帶隙 核電路，均是基于采用負(fù)反饋環(huán)路獲得具有不同電流密度的兩個(gè)BJT晶體管射極-基極之間 的電壓差值，所述電壓差值具有一階線性正溫度系數(shù)，電壓差值用于對(duì)BJT晶體管的射極-基極電壓的一階負(fù)溫度項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。3. 如權(quán)利要求1所述具有高階溫度補(bǔ)償?shù)牡蜏囟认禂?shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源，其特征在于:所 述負(fù)反饋環(huán)路完整地或者部分地檢測(cè)一階帶隙電路中BJT晶體管的射極-基極電壓，并將該 BJT晶體管的射極-基極電壓完整地或者部分地施加在電阻兩端，形成通過(guò)所述電阻的互補(bǔ) 溫度系數(shù)電流。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK105974991SQ201610519932
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】萬(wàn)美琳, 顧豪爽
【申請(qǐng)人】湖北大學(xué)