一种分段线性补偿的CMOS带隙基准电压源

摘要

本发明公开了一种分段线性补偿的CMOS带隙基准电压源，其特征在于，包括IPTAT电流产生部分、ICTAT电流产生部分、低温段补偿电流ICL产生部分和高温段补偿电流ICH产生部分。该电源在传统一阶曲率补偿的基础上，将整个温度范围分成高、中、低温三段，对每个温度范围内的输出电压分别进行补偿，使得输出电压在整个温度范围内有多个局部极值点，达到分段补偿的目的，从而有效改善了输出基准电压的温度特性，降低温度系数，提高输出电压的精度。此外，该电路能够通过调节电阻比值改变输出电压的大小，使用较为灵活。整个电路功耗很低，占用芯片面积较小。

说明书

技术领域

本发明涉及带隙基准电压源电路，具体涉及分段线性补偿的CMOS带隙基准电压源。

背景技术

一般来说，从芯片外部引入的供电电压都存在着一定的波动，而模拟电路对偏置电压的稳定性要求较高，因此，在模拟电路中我们一般会使用一个参考电压源，它将电源电压转化为一个具有良好电压稳定性和温度稳定性的电压，为电路的其它部分提供良好的偏置。

电压基准电路以其输出参考电压的精确、稳定特性，被广泛应用于高精度模拟及数模混合电路中，如读出电路、高精度比较器、(A/D，D/A)转换器、稳压器、及DC/DC变换器等。在数模转换器中，DAC根据呈现在其输入端上的数字输入信号，从DC基准电压中选择和产生模拟输出；在模数转换器中，DC电压基准又与模拟输入信号一起用于产生数字化的输出信号。在精密测量仪器仪表和广泛应用的数字通信系统中都经常把基准电压源用作系统测量和校准的基准。然而，现代系统的不断复杂化，对这类器件不断提出更高的要求，高精度、高稳定性、高集成度和低功耗已成为现代集成电路设计的主流。电压基准电路的性能直接影响到整个电子系统的性能和精度。因此，高精度、高稳定性电压基准电路的设计在现代集成电路设计当中具有不可或缺的地位。

在CMOS技术中，带隙基准电压源设计的基本思想是：选择适当的系数将具有负温度系数的三极管发射结电压V_BE和具有正温度系数的不同电流密度下三极管Q1和Q2发射结电压之差ΔV_BE进行线性叠加，从而得到近似为零温度系数的基准电压。具有不同电流密度的三极管Q1和Q2的发射结电压之差ΔV_BE可表示为：

Δ_BE＝V_Tln(I_C1/I_C2)    (1)

由于V_BE并不是温度的线性函数，而V_T与温度成正比，因此基准输出电压的温度系数只有在某一参考温度附近才能为零，在其他温度下为正值或负值，所以称为对输出电压进行了一阶补偿。

图1是传统一阶补偿的带隙基准电路的图示。该电路由一个运算放大器A、两个寄生三极管Q1和Q2、两个MOS管M1和M2以及两个电阻R1和R2实现的。其中Q1的发射结面积是Q2的N倍。处于深度负反馈的运算放大器强制A、B两点的电压近似相等。M1、M2形成电流镜，假设M1和M2的宽长比相同，因此R1和R2上流过的电流相等，都为

I＝(V_EB1-V_EB2)/R₁＝V_TlnN/R₁＝(kT/q)·1nN/R₁    (2)

输出参考电压为