專利名稱：一種可調(diào)式多值輸出的基準電壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路所用的基準電壓源，具體是指一種帶隙(bandgap)基準電壓 電壓源。
背景技術(shù)：
基準電壓源通常是指在電路中用作基準的高穩(wěn)定的電壓源。隨著集成電路的高速 發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進一步復雜，對模擬電路得基本模塊，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、電壓檢測比較電 路等提出了更高的要求，高精度、高穩(wěn)定性、低功耗是設計的主流。對這些模塊而言，電壓 基準是相當重要的模塊，基準電壓源的穩(wěn)定性直接關(guān)系到電路的工作狀態(tài)和電路的工作性 能。一個好的電壓基準要求溫度系數(shù)小、電源抑制能力強。帶隙基準的工作原理是根據(jù)硅材料的帶隙電壓與電源電壓和溫度無關(guān)的特性，利 用Vbe的正溫度系數(shù)與雙極型晶體管Vbe的負溫度系數(shù)相互抵消，實現(xiàn)低溫漂、高精度的基準 電壓。雙極型晶體管提供發(fā)射極偏置電壓Vbe，由兩個晶體管之間的Vbe產(chǎn)生Vt，通過電阻網(wǎng) 絡將Vt放大幾倍，將兩個電壓相加即&t Vm Gr7,，選擇適當?shù)谋稊?shù)，使得兩個電壓的溫漂 系數(shù)相互抵消，從而得到在某一溫度下的零溫度系數(shù)的電壓基準，典型值為1. 25V。在BUCK型的LED驅(qū)動電路中，電流檢測電阻反饋的電壓是個極低的電壓值，我們 通過比較電流檢測電阻反饋的電壓值來確定驅(qū)動電路的P0WERM0S的開關(guān)狀態(tài)。用于比較 的基準電壓的穩(wěn)定性很重要。一般的帶隙基準電壓源不能直接滿足這個要求，需要設計其 他的電壓轉(zhuǎn)換電路以降低輸出基準電壓值，這也使設計難度大大增加。公開號是CN101470458A、申請?zhí)柺?00710303891. 8的中國發(fā)明專利公開了一種 帶隙基準電壓參考電路，它包括VBE電壓產(chǎn)生器，該VBE電壓產(chǎn)生器包括一個用于產(chǎn)生兩 支路參考電路的自偏置電流源，以及耦合于該自偏置電流源的用于產(chǎn)生兩路VBE電壓的偏 置發(fā)生器；基準電壓調(diào)節(jié)器，該基準電壓調(diào)節(jié)器包括運算跨導放大器和基準電壓調(diào)節(jié)單元， 用于產(chǎn)生一個恒定的基準電壓。上述方案需要使用運算跨導放大器，使得電路較復雜，成本 較高。授權(quán)公告號是CN100459197C、專利號是ZL200510120849. 3的中國發(fā)明專利公開
了一種低溫度系數(shù)帶隙基準參考電壓源，它包括以下電路PTAT電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生 PTAT電流IPTAT ；基準電壓啟動電路，與所述PTAT電流產(chǎn)生電路相連，用于克服PTAT電 流產(chǎn)生電路的零電流工作點，確保PTAT電流IPTAT能夠產(chǎn)生；基準電壓合成電路，與所述 PTAT電流產(chǎn)生電路輸出端相連，用于產(chǎn)生基準電壓；基極電流抵消電路，與所述基準電壓 合成電路相連，用于抵消該基準電壓合成電路中晶體管產(chǎn)生額外基極電流，保證基準電壓 的正確產(chǎn)生；第一電流鏡像電路，用于將所述PTAT電流產(chǎn)生電路所生成PTAT電流鏡像復 制，并分別輸出至所述PTAT電流產(chǎn)生電路、基準電壓啟動電路、基準電壓合成電路及基極 電流抵消電路，該低溫度系數(shù)帶隙基準參考電壓源還包括二階溫度補償電流產(chǎn)生電路，與 所述第一電流鏡像電路、基準電壓合成電路相連，輸入IPTAT電流、帶隙基準電壓，通過利 用MOS管漏源電流與柵源壓差的平方關(guān)系，產(chǎn)生二階補償電流并輸出至基準電壓合成電路產(chǎn)生二階補償電壓，補償基準電壓的二階溫度系數(shù)，產(chǎn)生極低溫度系數(shù)的基準電壓。上述方 案一方面不能實現(xiàn)多值輸出方式；另一方面產(chǎn)生帶隙基準電壓的方式較為復雜，功耗、溫漂 和電源抑制能力并不太理想，它是通過麗1、麗2和MPl、MP2組成的電流鏡使流過麗1和麗2 的電流相同從而使麗1、麗2的源極電壓相同，進而在Rl的兩端得到Vbe這個正溫度系數(shù)的 電壓，從而得到流過Rl的PTAT電流，經(jīng)電路鏡像在電阻R2上得到正溫度系數(shù)的電壓Vk2，而 負溫度系數(shù)電壓是雙極性晶體管P3、P4的Ybe相加構(gòu)成，從附圖可以看出，其帶隙基準電壓
其中，
為雙極性晶體管Ρ2、Pl的基區(qū)面積比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的問題是提供一種具有電路功耗小、溫漂小、電源抑制能力強的可 調(diào)式多值輸出的基準電壓源。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設計出一種可調(diào)式多值輸出的基準電壓源，可調(diào)式多 值輸出的基準電壓源，包括基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路，在基準產(chǎn)生電路和基準電 壓輸出電路之間連接有啟動電路和鏡像電流源負反饋環(huán)路，所述的啟動電路一端與基準產(chǎn) 生電路連接，另一端與鏡像電流源負反饋環(huán)路連接，鏡像電流源負反饋環(huán)路的另一端與基 準電壓輸出電路連接。所述的鏡像電流源負反饋環(huán)路包括？]\ )5管1^5、]\^6、匪05管麗1、麗2，？]\ )5管1^5 的柵極與基準產(chǎn)生電路連接，ΜΡ5的源極接VDD，ΜΡ5的漏極接到NMOS管麗2的漏極，NMOS 管麗2的源極接地，NMOS管麗2的柵極接NMOS管麗1的柵極，NMOS管麗1的漏極接PMOS 管ΜΡ6的漏極，PMOS管ΜΡ6的柵極與基準產(chǎn)生電路連接，PMOS管ΜΡ6源極接VDD，PMOS管 ΜΡ6漏極與基準電壓輸出電路連接。所述的啟動電路包括PMOS管ΜΡ3、ΜΡ4和雙極型晶體管Q3、Q4，PMOS管ΜΡ3的源 端接VDD，漏端和PMOS管ΜΡ4的源端相接，PMOS管ΜΡ3和ΜΡ4的柵極相接后接地，PMOS管 ΜΡ4的漏端接到雙極型晶體管Q4的集電極，雙極型晶體管Q4的發(fā)射極接地，其集電極和基 極短接同時接雙極型晶體管Q3的基極，雙極型晶體管Q3的發(fā)射極和集電極分別與基準產(chǎn) 生電路連接。所述的基準電壓輸出電路為多值基準電壓輸出電路，它包括源極跟隨器Q5、分壓 電阻R4、R5、R6，源極跟隨器Q5的基極與鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP6的漏極連 接，Q5的集電極接VDD，發(fā)射極接電阻R6并引出基準電壓V2輸出端，電阻R6的另一端與電 阻R5和基準產(chǎn)生電路連接，并在電阻R6與R5之間引出帶隙基準電壓VREF輸出端，電阻R5 的另一端與電阻R4連接，并在電阻R5與R4之間引出基準電壓Vl輸出端，電阻R4的另一 端接地。所述的基準產(chǎn)生電路包括PMOS管MP1、MP2、雙極型晶體管Q1、Q2、電阻R1、R2、R3， PMOS管MPl和MP2的源極接VDD，PMOS管MPl和MP2的柵極短接，PMOS管MPl的漏極與雙 極型晶體管Ql的集電極和鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP5的柵極連接，PMOS管 MP2的漏極與雙極型晶體管Q2的集電極和鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP6的柵極 連接，電阻R3 —端與雙極型晶體管Q2的基極連接，另一端與雙極型晶體管Ql的基極和基準電壓輸出電路中的電阻R6連接，電阻R2連接在雙極型晶體管Q2的發(fā)射極，電阻Rl連接 在雙極型晶體管Ql、Q2發(fā)射極共點與地之間。本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源使用鏡像電流源負反饋環(huán)路取代高電壓增 益運放，使電路結(jié)構(gòu)更簡單，將由鏡像電流源負反饋環(huán)路輸出端接的源極跟隨器提供雙極 型晶體管偏置電壓的同時產(chǎn)生帶隙基準電壓，并優(yōu)化電路的連接，從而在工作時，可以獲得 較小溫度系數(shù)的輸出電壓值。同時根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以同時獲得多路基準電壓輸出。本 發(fā)明的可調(diào)式多值輸出的基準電壓源具有電路功耗小、溫漂小、電源抑制能力強的特點。



圖1為本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源原理方框圖；圖2為本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源電路圖。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 原理作進一步的詳細描述如圖1所示，一種可調(diào)式多值輸出的基準電壓源，可調(diào)式多值輸出的基準電壓源， 可調(diào)式多值輸出的基準電壓源，包括基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路，在基準產(chǎn)生電路 和基準電壓輸出電路之間連接有啟動電路和鏡像電流源負反饋環(huán)路，所述的啟動電路一端 與基準產(chǎn)生電路連接，另一端與鏡像電流源負反饋環(huán)路連接，鏡像電流源負反饋環(huán)路的另 一端與基準電壓輸出電路連接。如圖2所示，所述的鏡像電流源負反饋環(huán)路包括PMOS管MP5、MP6、NMOS管MN1、 麗2，PMOS管MP5的柵極與基準產(chǎn)生電路連接，MP5的源極接VDD，MP5的漏極接到NMOS管 MN2的漏極，NMOS管MN2的源極接地，NMOS管MN2的柵極接NMOS管MNl的柵極，NMOS管MNl 的漏極接PMOS管MP6的漏極，PMOS管MP6的柵極與基準產(chǎn)生電路連接，PMOS管MP6源極接 VDD, PMOS管MP6漏極與基準電壓輸出電路連接。所述的啟動電路包括PMOS管MP3、MP4和雙極型晶體管Q3、Q4，PMOS管MP3的源 端接VDD，漏端和PMOS管MP4的源端相接，PMOS管MP3和MP4的柵極相接后接地，PMOS管 MP4的漏端接到雙極型晶體管Q4的集電極，雙極型晶體管Q4的發(fā)射極接地，其集電極和基 極短接同時接雙極型晶體管Q3的基極，雙極型晶體管Q3的發(fā)射極和集電極分別與基準產(chǎn) 生電路連接。所述的基準電壓輸出電路為多值基準電壓輸出電路，它包括源極跟隨器Q5、分壓 電阻R4、R5、R6，源極跟隨器Q5的基極與鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP6的漏極連 接，Q5的集電極接VDD，發(fā)射極接電阻R6并引出基準電壓V2輸出端，電阻R6的另一端與電 阻R5和基準產(chǎn)生電路連接，并在電阻R6與R5之間引出帶隙基準電壓VREF輸出端，電阻R5 的另一端與電阻R4連接，并在電阻R5與R4之間引出基準電壓Vl輸出端，電阻R4的另一 端接地。所述的基準產(chǎn)生電路包括PMOS管MP1、MP2、雙極型晶體管Q1、Q2、電阻R1、R2、R3， PMOS管MPl和MP2的源極接VDD，PMOS管MPl和MP2的柵極短接，PMOS管MPl的漏極與雙 極型晶體管Ql的集電極和鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP5的柵極連接，PMOS管MP2的漏極與雙極型晶體管Q2的集電極和鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP6的柵極 連接，電阻R3 —端與雙極型晶體管Q2的基極連接，另一端與雙極型晶體管Ql的基極和基 準電壓輸出電路中的電阻R6連接，電阻R2連接在雙極型晶體管Q2的發(fā)射極，電阻Rl連接 在雙極型晶體管Ql、Q2發(fā)射極共點與地之間。本發(fā)明通過鏡像電流源負反饋環(huán)路的輸出端與基準電壓輸出電路連接，該基準電 壓輸出電路為多值基準電壓輸出電路，該基準電壓輸出電路包含的源極跟隨器一方面給雙 極型晶體管提供基極偏置，一方面通過分壓電阻輸出多個基準電壓。本發(fā)明的使用鏡像電流源負反饋環(huán)路取代高電壓增益運放，使電路結(jié)構(gòu)更簡單。 具體如附圖2所示。在圖2中，所有的NMOS管都是一樣的寬長比，所有的PMOS也都是一 樣的寬長比。通過MP1、MP5、麗2、麗1的鏡像，MP1、Ql支路上的電流被鏡像到MN1、MP6支 路上，同時通過MP1、MP2鏡像對，MP2上流過的飽和電流等于MPl上流過的飽和電流，當輸 出帶隙基準電壓時，MP1、MP2、MP6和麗1都工作在飽和區(qū)，流經(jīng)MP1、MP2、MP6的電流相等， VGSMPl = VGSMP6即VDSMPl = VDSMP2，消除了 MOSFET 二級效應帶來的鏡像電流失匹，確保 了t Vy。PMOS管MP2的源極接VDD，柵極和PMOS管MPl短接，漏極接到PMOS管MP5的柵 極，PMOS管MP5的源極接到VDD，漏極接到NMOS管麗2的漏極，NMOS管麗2的 源極接地，柵 極接NMOS管麗1的柵極，NMOS管麗1的漏極接PMOS管MP6的漏極。PMOS管MPl的源端接 VDD,其柵漏短接接入PMOS管MP6的柵極，PMOS管MP6源極接VDD。源極跟隨器雙極型晶體 管Q5作為源極跟隨器，其集電極接VDD，其基極接PMOS管MP6的漏端，其發(fā)射極接電阻R6 的電流輸入端并在此輸出基準電壓V2。電阻R6的電流輸出端接電阻R5的電流輸入端并為 雙極型晶體管Ql、Q2提供基極偏置，產(chǎn)生帶隙基準電壓VREF。電阻R5的電流輸出端接電 阻R4的電流輸入端 并產(chǎn)生基準電壓VI。電阻R4的電流輸出端接地。本發(fā)明電路中，PMOS管MP3、MP4和雙極型晶體管Q3、Q4構(gòu)成啟動電路。PMOS管 MP3的源端接VDD，漏端和PMOS管MP4的源端相接，PMOS管MP3和MP4相接接到地。PMOS 管MP4的漏端接到雙極型晶體管Q4的集電極。雙極型晶體管Q4的發(fā)射極接地，其集電極 和基極短接同時接雙極型晶體管Q3的基極。雙極型晶體管Q3的發(fā)射極接入電阻Rl的電 流輸入端，其集電極接到MP2的漏端。電路上電時，雙極型晶體管Q3、Q4的基極-發(fā)射極電 壓差在電阻Rl上產(chǎn)生電流啟動電路。在本發(fā)明中，正溫度系數(shù)由雙極型晶體管Ql、Q2的νΛ/ι·產(chǎn)生。雙極型晶體管Ql的 集電極接PMOS管MPl的漏端，基極接電阻R6的電流輸出端，發(fā)射極接電阻Rl電流輸入端。 雙極型晶體管Q2的集電極接PMOS管ΜΡ2的漏端，基極接電阻R3的電流輸出端，電阻R3的 電流輸入端接電阻R6的電流輸出端，發(fā)射極接電阻R2電流輸入端，電阻R2電流輸出端接 電阻Rl電流輸入端，電阻Rl電流輸出端接地。 由公式看出，電阻R3可以修正正溫系數(shù)電壓，可以將電阻R3折算到R2中。下面 詳細推導基準電壓的溫度系數(shù)。由附圖2我們可以得到 其中，Vbei與溫度的關(guān)系式如下 結(jié)合式(1)(2)(3)可得到 根據(jù)(4)式的表達式，可以得到，合理地設置雙極型晶體管Q1、Q2的發(fā)射極面積比 和電阻Rl、R2的比值，可以在特定溫度Ttl處獲得零溫度系數(shù)。雙極型晶體管Q2的基極電 流流入電阻R2，對產(chǎn)生正溫度系數(shù)的電壓有貢獻。因為流過雙極型晶體管Q1、Q2的集電極 電流很小，β隨溫度增加而增加，結(jié)合公式(2)可知在溫度較高時可以對基準電壓的二階 項進行補償。如附圖1和附圖2所示，鏡像電流源負反饋環(huán)路輸出端接的源極跟隨器的輸出端 經(jīng)分壓，一方面給雙極型晶體管提供基極偏置，一方面通過分壓電阻輸出多個基準電壓。其 中 由公式我們可以看出，通過設置電阻之間的比值，我們可以得到一個寬范圍的 基準電壓值。在Rl、R2、R3所在的支路上，我們可以將這三個電阻阻值細分下去，即由多 個電阻實現(xiàn)同一串聯(lián)阻值，那么在電阻之間我們可以得到另一個基準電壓。如我們?nèi)?R 卞Ru0Rn，在Rll和R12之間就可以輸出一個基準電壓。因為流過電阻R3的電流有一部分作為雙極性晶體管Q1、Q2的基極電流，故而該電 流與基準電壓V2的精度之間有個折衷考慮。綜上所述，本發(fā)明可以輸出多個基準電壓。在_40°C +125°C內(nèi)輸出200mV的基準 電壓時，溫漂低于0. 5mV本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源通過有電流鏡的負反饋環(huán)路(由MP1、 MP2、MP5、MP6、MNU MN2以及Q5、R6、R3、QU Q2組成，該環(huán)路是多值輸出的結(jié)構(gòu)基礎) 使流過雙極性晶體管Ql、Q2的集電極電流相等，進而在電阻R2上產(chǎn)生正溫系數(shù)電壓 Vbe，負溫系數(shù)電壓是雙極型晶體管Ql的Vbe構(gòu)成，從附圖可以看出，其帶隙基準電壓為
其中，
為雙極性晶體管收、以的
基區(qū)面積比。Q1、Q2、MP1、MP2、R2支路產(chǎn)生了 PTAT電流，同時帶隙基準電壓在Ql的基極生 成。 上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，所做出的適當變通或修改，都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種可調(diào)式多值輸出的基準電壓源，包括基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路，其特征在于在基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路之間連接有啟動電路和鏡像電流源負反饋環(huán)路，所述的啟動電路一端與基準產(chǎn)生電路連接，另一端與鏡像電流源負反饋環(huán)路連接，鏡像電流源負反饋環(huán)路的另一端與基準電壓輸出電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基準電壓源，其特征在于所述的鏡像電流源負反饋環(huán)路包 括PMOS管MP5、MP6、匪OS管麗1、麗2，PMOS管MP5的柵極與基準產(chǎn)生電路連接，MP5的源 極接VDD，MP5的漏極接到NMOS管麗2的漏極，NMOS管麗2的源極接地，NMOS管麗2的柵 極接NMOS管麗1的柵極，NMOS管麗1的漏極接PMOS管MP6的漏極，PMOS管MP6的柵極與 基準產(chǎn)生電路連接，PMOS管MP6源極接VDD，PMOS管MP6漏極與基準電壓輸出電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基準電壓源，其特征在于所述的基準電壓輸出電路為 多值基準電壓輸出電路，它包括源極跟隨器Q5、分壓電阻R4、R5、R6，源極跟隨器Q5的基極 與鏡像電流源負反饋環(huán)路中的PMOS管MP6的漏極連接，Q5的集電極接VDD，發(fā)射極接電阻 R6并引出基準電壓V2輸出端，電阻R6的另一端與電阻R5和基準產(chǎn)生電路連接，并在電阻 R6與R5之間引出帶隙基準電壓VREF輸出端，電阻R5的另一端與電阻R4連接，并在電阻 R5與R4之間引出基準電壓Vl輸出端，電阻R4的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)式多值輸出的基準電壓源，包括基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路，在基準產(chǎn)生電路和基準電壓輸出電路之間連接有啟動電路和鏡像電流源負反饋環(huán)路，所述的啟動電路一端與基準產(chǎn)生電路連接，另一端與鏡像電流源負反饋環(huán)路連接，鏡像電流源負反饋環(huán)路的另一端與基準電壓輸出電路連接。本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源具有電路功耗小、溫漂小、電源抑制能力強的優(yōu)點。本發(fā)明可調(diào)式多值輸出的基準電壓源使用鏡像電流源負反饋環(huán)路取代高電壓增益運放，使電路結(jié)構(gòu)更簡單，將由鏡像電流源負反饋環(huán)路輸出端接的源極跟隨器提供雙極型晶體管偏置電壓的同時產(chǎn)生帶隙基準電壓，同時可以獲得較小溫度系數(shù)的輸出電壓值。
文檔編號G05F1/56GK101840240SQ20101013483
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者寧寧, 杜江鋒, 王向展, 陳志 申請人:東莞電子科技大學電子信息工程研究院