本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電源抑制性能良好、低溫飄的帶隙基準(zhǔn)電路。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今的集成電路設(shè)計(jì)中，基準(zhǔn)電壓源是模擬ic中的一個(gè)關(guān)鍵模塊，可應(yīng)用于各類的電源管理芯片、ad/da轉(zhuǎn)換器等電路中，為電路中各部分提供參考電壓?；鶞?zhǔn)電路為保證精確性，要盡量減少對(duì)工藝參數(shù)和溫度等因素的影響，因此，基準(zhǔn)電路對(duì)低溫飄和電源抑制等因素有較高的要求。

在模擬電路中，電源電壓的變化常常對(duì)電路的工作狀態(tài)或輸出電壓造成較大影響，使輸出的模擬量無法維持在一個(gè)精確的范圍內(nèi)。同時(shí)，同一個(gè)電路，在不同的工作溫度下，由于電路中各個(gè)電子器件的性質(zhì)有相應(yīng)差異，溫度的變化也會(huì)對(duì)電路輸出的模擬量的精確度造成影響。為了使溫度變化對(duì)電路特性的影響盡可能小，輸出電壓常采用正溫系數(shù)和負(fù)溫系數(shù)相補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電路，得到一個(gè)低溫飄的輸出量。常規(guī)的帶隙基準(zhǔn)中，為了保證產(chǎn)生正溫系數(shù)的兩條支路的偏置電流相等，需要使用運(yùn)算放大器來鉗位兩端電壓相等，或者使用自偏置電流鏡來達(dá)到此目的，但前者涉及到一定性能的運(yùn)算放大器，會(huì)占用額外面積且設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加，后者使用自偏置電流鏡，限制了輸出擺幅，且需要設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路，在電路的復(fù)雜度方面仍存在一定的劣勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題，就是針對(duì)常規(guī)帶隙基準(zhǔn)受電源變化影響大、所占面積大等一系列問題，提供一種電源抑制性能良好、低溫飄、無須運(yùn)放且面積合理的帶隙基準(zhǔn)電路。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電源抑制性能良好、低溫飄的帶隙基準(zhǔn)電路，包括預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生電路、帶隙基準(zhǔn)電路、負(fù)反饋環(huán)路；

所述的預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生電路1，其特征在于，所述電路部分包含偏置電流產(chǎn)生部分3和低溫飄的預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生部分4；偏置電流產(chǎn)生部分3包含一個(gè)二極管鏈接形式的mos管mp1和電阻r1，mp1的源端與電源輸入電壓vin相連，mp1的漏端與電阻r1的一端相連，r1的另一端接地；低溫飄的預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生部分4包含一個(gè)pmos管mp2和nmos管mn1，電容c1，npn管qn1、qn2、qn3、qn4，電阻r1、r2、r3；mp2柵端與mp1柵端相連，其漏端與mn1柵端相連，mp2源端接電源電壓vin；qn1的集電極與mp2漏端相連，qn1基極與qn2基極相連，qn2的基極與集電極短接，qn2集電極與r2一端相連，r2的另一端與mn1的源端相連，mn1的漏端接電源電壓vin；qn1的發(fā)射極與qn3的集電極相連，qn2的發(fā)射極與qn4的集電極相連，qn4的基極與qn1發(fā)射極相連，qn3的基極與qn2的發(fā)射極相連，qn3的發(fā)射極接地，qn4的發(fā)射極與r3一端相連，r3的另一端接地；mn1的源端輸出預(yù)調(diào)制電壓vdd；

所述的帶隙基準(zhǔn)電路2，其特征在于，所述部分包含一對(duì)電流鏡ibias1和ibias2，帶隙電路和帶修調(diào)的電阻；電流鏡ibias1和ibias2的電流大小相等，ibias1的上端接預(yù)調(diào)制電壓vdd，下端接qn5的集電極，qn5的發(fā)射極接r4的一端，r4的另一端接地；ibias2的上端接預(yù)調(diào)制電壓vdd，下端接qn6的集電極，qn6的發(fā)射極接r9的一端，r9的另一端接qn9的集電極，qn9的發(fā)射極接地；qn5的基極與qn6的基極相連，qn9的基極與qn8的集電極相連，qn8的發(fā)射極與電阻r8的一端相連，r8的另一端接地，qn8的集電極還與r7的下端相連；qn7的集電極與qn8的基極相連，同時(shí)連接到r6的一端，r6的另一端與r5的一端相連，qn7的基極與r5、r6的連接點(diǎn)相連；r5與r7的上端相連，且連接到qn5、qn6的基極；電容c2兩端分別連接于qn9的基極和qn6的集電極；

所述負(fù)反饋環(huán)路，其特征在于，包含一個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)分壓部分，前饋放大級(jí)5，由2個(gè)源隨器構(gòu)成的緩沖級(jí)6；采樣網(wǎng)絡(luò)分壓部分由r12、r7、qn8和r8構(gòu)成；前饋放大級(jí)的輸出為qn6的集電極；緩沖級(jí)由nmos源隨器mn2和pmos源隨器mp5以及偏置部分mp3、mp4、r11構(gòu)成；mn2的柵極連qn6的集電極，mn2的漏端接預(yù)調(diào)制電壓vdd，源端接r10的一端，r10的另一端接地；mn2的源端接mp5的柵端，mp5的柵端接mn2的源端，mp5的漏端接地，mp5的源端接mp4的漏端，mp4的柵端與mp3的柵端相連，源端接預(yù)調(diào)制電壓vdd；mp3柵漏短接，源端接預(yù)調(diào)制電壓vdd，漏端接電阻r11的一端，r11的另一端接地；，mp5的源端與r12一端相連，r12的另一端與r7、r5相連，r12為可通過修調(diào)調(diào)整的電阻；mp5的源端即為輸出基準(zhǔn)電壓vref。

本發(fā)明的益處在于，通過產(chǎn)生預(yù)調(diào)制電壓，使得產(chǎn)生基準(zhǔn)的電路能工作于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的次級(jí)預(yù)調(diào)制電源電壓vdd下，從而獲得更好的電源抑制性能；在帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生部分，本發(fā)明既未使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的自偏置電流鏡或差分運(yùn)放，也無須啟動(dòng)電路；為了穩(wěn)定輸出電壓的穩(wěn)定性，引入負(fù)反饋環(huán)路并進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償；本發(fā)明在保證帶隙基準(zhǔn)的輸出精度、低溫飄、電源抑制良好等特性的情況下，對(duì)電路復(fù)雜度和設(shè)計(jì)所需面積成本進(jìn)行了優(yōu)化。

附圖說明

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)原理架構(gòu)圖；

圖2是該發(fā)明中預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生電路原理圖；

圖3是該發(fā)明中帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電路與負(fù)反饋環(huán)路的電路原理圖；

圖4是該發(fā)明中負(fù)反饋環(huán)路的結(jié)構(gòu)框架圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的最佳實(shí)施例，并給予詳細(xì)的描述。

圖1所示為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)原理架構(gòu)圖，包含：預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生電路1、帶隙基準(zhǔn)電路2。

整個(gè)系統(tǒng)電路的輸入電壓源為vin，該電壓可能會(huì)隨著應(yīng)用情況的改變而改變，且該電源可能含有電源噪聲，會(huì)對(duì)電路的精度造成影響。經(jīng)過預(yù)調(diào)制電路部分，得到的后續(xù)電路的次級(jí)電源電壓vdd，是一個(gè)相對(duì)低溫飄且具有一定電源抑制能力的電壓源，可為后續(xù)的帶隙基準(zhǔn)電路供電。

圖2是預(yù)調(diào)制電壓產(chǎn)生部分的具體電路圖。二極管連接形式的mos管mn1和電阻r1共同作用為整個(gè)電路提供了原始的偏置電流，該電流經(jīng)mp2鏡像至其所在支路。qn1、qn2、qn3的發(fā)射結(jié)面積相同，qn4的發(fā)射結(jié)面積為qn3的n1倍，由于qn1和qn2發(fā)射結(jié)面積相同，其發(fā)射極電流也大致相等，交叉耦合的qn3和qn4能保證它們偏置狀態(tài)大致相同，且形成了一條從qn2的基極到地的pn結(jié)通路，即：

vbe2+vbe3＝vbe1+vbe4+i0·r3····································································(1)

vbe表示對(duì)應(yīng)npn管的基極-發(fā)射極結(jié)電壓，vbe1＝vbe2，i0為流經(jīng)r3所在支路的電流；

由(1)式可推得該電流為ptat電流。

因此，vdd的電壓為：

由式(2)可見，vdd電壓由一個(gè)正溫系數(shù)項(xiàng)和負(fù)溫系數(shù)項(xiàng)相加，所以通過電阻r2、r3比例與qn3、qn4發(fā)射結(jié)面積比例的調(diào)節(jié)，可使vdd達(dá)到一個(gè)相對(duì)較低的溫飄系數(shù)；

當(dāng)電源電壓有一個(gè)上升趨勢(shì)的變化，原本經(jīng)過mn1使vdd也跟著上升，但電源的該上升趨勢(shì)使mp1的柵極電壓上升，從而mp2的柵壓也獲得一個(gè)上升的電壓，該上升的電壓經(jīng)過共源級(jí)mp2和源隨器mn1到達(dá)vdd，經(jīng)歷了一次反相，可抑制vdd的上升趨勢(shì)；同時(shí)，電容c1能濾去部分電源高頻噪聲。因此，vdd電壓能在一定程度上抑制電源電壓的變化帶來的影響。

圖3是該發(fā)明中帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電路與負(fù)反饋環(huán)路的電路原理圖。電流鏡ibias1與ibias2為共柵共源型的電流鏡，鏡像比例1:1，保證qn5和qn6的集電極電流相等；qn5、qn6、qn7、qn9的發(fā)射極面積相等，qn8的發(fā)射極面積為qn7的n2倍；電阻r4、r5、r7的電阻值相等，電阻r6、r8的電阻相等；

由qn5為起點(diǎn)，經(jīng)qn5-r4、r5-qn7、r7-qn9三條支路到地，可列電壓方程組：

vbe5+ibias1·r4＝iq7·r5+vbe7······································································(3)

vbe5+ibias1·r4＝ir7·r7+vbe9·····································································(4)

忽略基極電流，iq7為qn7集電極電流，ir7為流經(jīng)r7的電流，r4＝r5＝r7；

由式(3)可得：可解得ibias1＝iq7；

由對(duì)于qn5和qn9，由于其發(fā)射極面積相同，is5＝is9，且ic5＝ibias1＝ibias2＝ic9；代入式(4)，可得ir7＝ibias1＝iq7，所以qn7和qn8的集電極電流相等。

由r5與r6的連接點(diǎn)到地，可得電壓方程：

vbe7＝ibias1·r6+vbe8+ibias1·r8＝vbe8+2ibias1·r8················································(5)

由式(5)可得：可見ibias1為ptat電流；

帶隙基準(zhǔn)電壓vref由一個(gè)正溫系數(shù)項(xiàng)與負(fù)溫系數(shù)項(xiàng)相加，通過對(duì)r12、r5、r8電阻值的調(diào)節(jié)，可達(dá)到一個(gè)很低的溫飄系數(shù)。

圖4是該發(fā)明中負(fù)反饋環(huán)路的結(jié)構(gòu)框架圖；a1為圖3中共射極qn9形成的增益級(jí)，a2為共射級(jí)qn6形成的增益級(jí)，c3是為保證環(huán)路穩(wěn)定性的密勒補(bǔ)償電容；vin為從輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)中獲得電壓，這里作為前饋增益級(jí)的小信號(hào)輸入，kvin同樣為從輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)中獲得電壓，與vin存在一個(gè)由反饋網(wǎng)絡(luò)決定的系數(shù)k的倍數(shù)關(guān)系；vin對(duì)應(yīng)圖3中qn9的基極，kvin對(duì)應(yīng)圖3中的qn6基極；vo為前饋增益級(jí)的小信號(hào)輸出電壓，對(duì)應(yīng)圖3中mn2柵極；n-buffer與p-buffer為由源隨器mn2和源隨器mp5構(gòu)成的緩沖級(jí)；vref與vo同相，僅有直流電平的差異。

由kvin和vin至vo的信號(hào)通路，可列方程：vo＝a2·(k·vin-a1·vin)；經(jīng)補(bǔ)償提升環(huán)路穩(wěn)定性后，負(fù)反饋環(huán)路使得該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓更加精確穩(wěn)定。

綜上所述，本發(fā)明通過預(yù)調(diào)制電壓部分，提高了帶隙基準(zhǔn)的電源噪聲抑制能力，并為帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生部分提供一個(gè)相對(duì)低溫飄的預(yù)調(diào)制電壓；負(fù)反饋環(huán)路提高了電路的穩(wěn)定性與輸出電壓的精度；帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生部分通過對(duì)電阻比例的設(shè)計(jì)，在產(chǎn)生低溫飄輸出電壓的同時(shí)，未使用運(yùn)放和自偏置電流鏡，無須啟動(dòng)電路，對(duì)電路復(fù)雜度和設(shè)計(jì)所需面積成本進(jìn)行了優(yōu)化。

以上對(duì)本發(fā)明的其中一種實(shí)施方式做了詳細(xì)說明，但僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例而已。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施事例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。