[发明专利]一种无运放带隙基准电路

说明书

本发明提供一种无运放带隙基准电压电路，包括第零、一、三、四MOS管组成的镜像电流源，以及第五、六、七、八MOS管组成的镜像电流源；第一三极管的集电极和第二三极管基极相连；第二三极管的集电极和第三三极管基极相连；第三三极管的集电极和第四三极管的发射级相连；第四三极、五三极管的基级通过第三电阻和第二三极管的集电极、第三三极管的基级、第一MOS管的源级相连并直接输出基准电压。本发明的带隙基准电压为负温度系数的基极‑发射极电压之差与一个正温度系数的电压之和，使带隙基准电压几乎不受温度的影响，稳定性高，省去了运算器放大器，避免了由于运放差分输入失配而引起的输入失调，具有高精度、结构简单、实用性强的特点。

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种无运放带隙基准电压电路。

背景技术

带隙电压基准电路广泛地应用于模拟和混合电路中，如A/D转换器、D/A转换器、电压调谐器、电压表、电流表等测试仪器以及偏置电路等等。带隙基准电压电路通常为其他模块提供高精度、低温度系数的电压或电流，其性能直接或间接决定了整个集成电路系统的性能指标。

带隙基准电压电路的基本原理是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以合适的权重相加，从而得到一个零温度系数的电压。三极管的基极与发射极的电压之差V_be具有负的温度系数，其与温度相关的表达式如下：

其中V_g0为绝对温度为0K时的带隙基准电压；

V_be0为当温度为T₀、集电极电流为I_C0时基极与发射极之间的电压；

n为三极管的结构参数；

k为玻尔兹曼常数；

q为电子的电荷量。

图1是一种传统的电压求和产生带隙基准的结构框图。它包括一个运算放大器A0，两个电阻R1和R2，三个PNP三极管和三个PMOS晶体管，由PMOS管M1和M2实现的电流镜与运放A0构成负反馈环路，从而使节点A与节点B的电压相等。三极管Q1基极与发射极电压之差V_be1，三极管Q2基极与发射极电压之差V_be2。在相同的电流下，由于三极管Q1和Q2的并联的个数的不同，导致Q1和Q2的电流密度不同，从而使电阻R1上的压降即为V_be1和V_be2之差ΔV_be，ΔV_be与绝对温度成正比，其表达式如下：

其中为三极管Q1和单个三极管Q2的电流密度比，I_C1和I_C2分别为流过Q1和单个三极管Q2的电流，N为并联的三极管Q2的个数；因此流过电阻R1电流I_C2是一个与绝对温度成正比的电流。

电流I_C3与电流I_C1、I_C2存在镜像关系，三者相等。最终电流I_C3通过电阻R2产生一个正温电压与负温电压V_be3求和产生基准电压V_REF：

由式(3)可以看出，通过合理选择R2与R1的比值和N的值，即可得到较小温度系数的基准电压。然而现有的这种带隙基准电压电路产生基准电压的方式一些不足：电路中需要一个差分运放，其存在输入失调V_OS，会影响基准电压的温度系数，而且这增加了电路设计的难度以及电路的功耗。