[发明专利]高阶温度补偿带隙基准电压源

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种高阶温度补偿带隙基准电压源。

背景技术

在模拟以及混合信号等集成电路的设计中，带隙基准电压源是一个极其重要的模块。它为比较器，运放，偏置等其它电路模块提供一个不随温度和电源变化的参考电位。其稳定性以及输出值随温度变化的特性的优劣，会大大影响整体电路系统的性能。在模数和数模转换器、传感器、电源管理控制器等各种高精度测量仪表中，它直接决定系统的性能和精度。

现有的带隙基准电压的产生方式是通过将一个具有负温度系数的电压与一个具有正温度系数的电压按一定比例进行叠加而获得。其中负温度系数电压可以利用三极管基极与发射极电压(VBE)具有负温度系数的特性获得。正温度系数的电压可以利用两个三极管工作在不相等的电流密度下，它们的基极与发射极的压差(ΔV_BE)与绝对温度成正比的特性获得。具体实现见图1，第一PMOS管MP1’、第二PMOS管MP2’、第三PMOS管MP3’的宽长比相同，第一电阻的阻值为R1’、第二电阻的电阻为R2’，利用运放对其输入端的钳位特性确保第一节点X与第二节点Y电压值相等，因此带隙基准电压(VREF)：

但由于以下两点的存在使的传统带隙基准电压的温度系数太大，不能满足高精度应用的要求：

由半导体物理理论可知三极管的VBE的具体表达式为：

其中VG0代表绝对零温时的基准电压。VBE0代表温度为是T0时的基极与发射极压差。η为由具体工艺所确定的参数，VT为热电压，其与温度成正比。

2、两个工作在不同电流密度下的三极管的VBE的差值(ΔV_BE)的表达式为：

其中IC1与IC2代表两个不同三极管的集电极电流，IS代表三极管发射极的饱和反偏电流，k代表玻尔兹曼常数，q代表电子电荷。

从(1.2)式中可以看出VBE的表达式除了包含温度的负的一次函数的第二项以外，第二和第三项会使VBE的表达式含有温度的负的高阶项。而从(1.3)式中可知ΔV_BE的表达式为温度的正的一次函数。

因此在传统的带隙结构中，仅仅能消除与温度有关的一次项部分对基准电压的影响。由于VBE的温度系数不固定，因此随着温度的变化，基准电压值也会变化，不能满足高精度和大温度范围的应用。

发明内容

为了解决相关技术中基准电压值会随温度而变化，不能满足高精度和大温度范围的应用的问题，本发明提供一种高阶温度补偿带隙基准电压源。所述技术方案如下：

该高阶温度补偿带隙基准电压源包括：电流偏置模块、正温度系数产生模块和基准电压输出模块，其中：电流偏置模块用于产生正温度系数的电流；正温度系数产生模块用于对正温度系数的电流进行镜像，利用镜像后的电流产生正温度系数；基准电压输出模块用于根据正温度系数产生模块产生的正温度系数产生基准电压。

可选的，电流偏置模块包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管以及第一电阻，第一PMOS管的栅极与第一PMOS管的漏极相接，第一PMOS管的源极与VIN端相接；第二PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极相接，第二PMOS管的源极与VIN端相接，第二PMOS管的漏极与第二三极管的集电极相接；第一三极管的基极与第二三极管的基极相接，第一三极管的发射极与第三三极管的集电极相接，第一三极管的集电极与第一PMOS管的漏极相接；第二三极管的基极与第二三极管的集电极相接，第二三极管的发射极与第四三极管的集电极相接；第三三极管的基极与第四三极管的集电极相接，第三三极管的发射极与第一电阻的第一端相接；第四三极管的基极与第三三极管的集电极相接，第四三极管的发射极接地，第一电阻的第二端接GND；