【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于模擬電路，具體涉及一種基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路。
技術(shù)介紹
1、帶隙基準(zhǔn)電路在電子領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色，它們?yōu)楦鞣N模擬和數(shù)字電路提供不隨環(huán)境溫度變化的穩(wěn)定的參考電壓。這種電路的設(shè)計(jì)基于半導(dǎo)體材料的能帶間隙，能夠在不同環(huán)境條件下，如溫度變化時(shí)，維持電壓的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性使得帶隙基準(zhǔn)電路非常適合用于需要高精度和可靠性的應(yīng)用，例如在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中，它們確保模擬信號(hào)能夠準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
2、此外，帶隙基準(zhǔn)電路也廣泛應(yīng)用于電源管理領(lǐng)域，它們幫助維持電源電壓的一致性，這對(duì)于保持電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)和閃存技術(shù)中，帶隙基準(zhǔn)電路同樣發(fā)揮著重要作用，它們提供的穩(wěn)定電壓對(duì)于數(shù)據(jù)的正確存儲(chǔ)和讀取至關(guān)重要。
3、隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)帶隙基準(zhǔn)電路的性能要求也在不斷提高。現(xiàn)代電子系統(tǒng)不僅需要它們?cè)诔叵鹿ぷ鞣€(wěn)定，還要求在極端溫度下也能保持性能，這對(duì)于便攜式設(shè)備和工業(yè)控制系統(tǒng)尤為重要。因此，帶隙基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是電子工程領(lǐng)域中一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，不斷有新的技術(shù)和方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)以滿足這些日益增長(zhǎng)的需求。
4、傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路利用雙極型晶體管運(yùn)放鉗位技術(shù)，得到一路隨溫度成正相關(guān)的電流iptat(英文全稱為：currents?proportional?to?absolute?temperature)和一路隨溫度成負(fù)相關(guān)的電流ictat(英文全稱為：currents?complementary?to?absolutetemperature)，使二者溫度系數(shù)相互抵消，得
5、圖1為傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓電路的電路原理圖。如圖1，三極管q11和三極管q12的發(fā)射極面積之比為，則iptat正溫度系數(shù)電流的表達(dá)式為：
6、；
7、其中，為熱電壓，，是環(huán)境溫度(用開(kāi)爾文度量)，是波爾茨曼常數(shù)，是單位電荷量常數(shù)，和均為電流放大倍數(shù)。
8、受工藝、溫度影響，不同三極管的電流放大倍數(shù)有限、互不相同且隨溫度變化，iptat電流含有高階項(xiàng)，傳統(tǒng)基準(zhǔn)電壓電路不能消除電流放大倍數(shù)帶來(lái)的影響。
9、三極管的基極-發(fā)射極電壓(base-emitter?voltage,?vbe)會(huì)因?yàn)楣に囍圃臁⑦^(guò)程控制不均勻變成與溫度非線性相關(guān)，假設(shè)溫度為，基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)為0，則vbe的表達(dá)式如下：
10、；
11、其中，是環(huán)境溫度為0時(shí)的vbe值，為溫度系數(shù)，為pn結(jié)電流偏離ptat特性的指數(shù)系數(shù)，是環(huán)境溫度為時(shí)的vbe值。
12、所以，圖1的基準(zhǔn)電壓的表達(dá)式為：
13、。
14、但是，雙極型晶體管運(yùn)放鉗位技術(shù)僅將溫度特性曲線進(jìn)行了一階補(bǔ)償，由于雙極型晶體管(全稱為雙極性結(jié)型晶體管，英文全稱為：bipolar?junction?transistor,?簡(jiǎn)稱為bjt)的三極管電流放大倍數(shù)存在溫度曲率，而且電流放大倍數(shù)一般在100倍以下，因而iptat含有與溫度相關(guān)的高次項(xiàng)。bjt三極管的基極發(fā)射極電壓vbe存在溫度曲率，導(dǎo)致ictat含有與溫度相關(guān)的高次項(xiàng)。所以溫度特性曲線呈現(xiàn)出以二次項(xiàng)占主導(dǎo)的拋物線形狀。此外，傳統(tǒng)的含運(yùn)放的帶隙基準(zhǔn)電路采用運(yùn)放進(jìn)行鉗位，運(yùn)放引入的失調(diào)電壓也會(huì)對(duì)基準(zhǔn)電壓的精度產(chǎn)生影響，同時(shí)還引入了新的噪聲。此外，傳統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓生成電路，經(jīng)計(jì)算得到溫度系數(shù)一般在50ppm左右，難以滿足微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical?system,mems)領(lǐng)域、工控領(lǐng)域的高精度、極低環(huán)境溫度影響的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路。
2、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)提供一種基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，包括：?jiǎn)?dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)核心模塊、基極電流補(bǔ)償模塊、高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊和高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊；
4、其中，所述啟動(dòng)模塊、所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊、所述基極電流補(bǔ)償模塊、所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊和所述高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊均與電源vdd連接，并且，還均接地；所述啟動(dòng)模塊、所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊、所述基極電流補(bǔ)償模塊、所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊和所述高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊依次連接，并且，所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊還分別與所述啟動(dòng)模塊和所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊相互連接。
5、在一些實(shí)施例中，所述基極電流補(bǔ)償模塊包括：pmos管m13、m14和m19~m22、三極管q3、以及nmos管m15~m18和m23~m26；
6、m13的源極、m19的源極、m21的源極和q3的集電極均連接所述電源vdd，m13的柵極與所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊中的pmos管m5的柵極和pmos管m7的柵極連接，m13的漏極與m14的源極連接，m14的柵極與所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊中的pmos管m6的柵極和pmos管m8的柵極連接，m14的漏極與m15的漏極連接，m15的漏極柵極連接后還與m17的柵極連接，m15的源極與m16的漏極連接，m16的漏極柵極連接后還與m18的柵極連接，m16的源極和m18的源極均接地；m18的漏極與m17的源極連接，m17的漏極與m23的漏極和q3的發(fā)射極連接，m23的源極與m24的漏極連接，m24的源極與m26的源極均接地，m24的柵極與m26的柵極連接，m26的漏極柵極連接后與m25的源極連接，m25的漏極柵極連接后與m22的漏極連接，m22的柵極與m20的柵極、所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊中的pmos管m28的柵極連接，m20的柵極漏極連接后與q3的基極連接，m20的源極與m19的漏極連接，m19的柵極漏極連接后與m21的柵極、所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊中的pmos管m27的柵極連接，m21的漏極與m22的源極連接。
7、在一些實(shí)施例中，所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊，包括：pmos管m27~m30、m32~m37、三極管q4，電阻r4和r5，以及nmos管m31和m49；
8、m28的柵極與所述基極電流補(bǔ)償模塊連接，m27的柵極與所述基極電流補(bǔ)償模塊連接，m27的源極、m29的源極、m32的源極、m34的源極和m36的源極均連接所述電源vdd，m27的漏極與m28的源極連接，m28的漏極與q4的集電極連接，q4的基極與集電極連接，q4的發(fā)射極接地，m29的柵極與所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊中的pmos管m5的柵極和所述高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊中的pmos管m38的柵極連接，m29的漏極與m30的源極連接，m30的柵極均與所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊中的pmos管m6的柵極和所述高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊中的pmos管m39的柵極連接，m30的漏極與m31的漏極連接，m31的漏極柵極連接后與m49的柵極連接，m31的源極與q4的集電極連接，m49的源極與r4的一端連接，r4的另一端接地，m49的漏極與m33的漏極連接，m33的源極與m32的漏極連接，m32的柵極與m34的柵極連接，m34的漏極與m35的源極連接，m35的柵極本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，包括：?jiǎn)?dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)核心模塊、基極電流補(bǔ)償模塊、高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊和高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述基極電流補(bǔ)償模塊包括：PMOS管M13、M14和M19~M22、三極管Q3、以及NMOS管M15~M18和M23~M26；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊，包括：PMOS管M27~M30、M32~M37、三極管Q4，電阻R4和R5，以及NMOS管M31和M49；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述基極電流補(bǔ)償模塊中包含三極管Q3，其中，Q3與Q4為同類型NPN管，并且，Q3與Q4的發(fā)射區(qū)面積之比為4:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，M31與M49的寬長(zhǎng)比相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述帶隙基準(zhǔn)核心模塊包括：PMOS管M5~M8、電阻R1~R3、NMOS管M9~M12，以及三極管Q1和Q2；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，Q1和Q2的發(fā)射區(qū)面積比為8:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述啟動(dòng)模塊包括：PMOS管M1和M2，以及NMOS管M3和M4；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，包括：?jiǎn)?dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)核心模塊、基極電流補(bǔ)償模塊、高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊和高溫區(qū)分段補(bǔ)償模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述基極電流補(bǔ)償模塊包括：pmos管m13、m14和m19~m22、三極管q3、以及nmos管m15~m18和m23~m26；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述高階對(duì)數(shù)補(bǔ)償模塊，包括：pmos管m27~m30、m32~m37、三極管q4，電阻r4和r5，以及nmos管m31和m49；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基極補(bǔ)償加高階補(bǔ)償?shù)臒o(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述基極電流補(bǔ)償模塊中包含三極管q3，其中，q3與q4為同類型npn管，并且，q3與q4的發(fā)射區(qū)面積之比為4:1。
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程文鍇，李檀平，賈廣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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