一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路制造技术

本发明专利技术涉及一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，该基准电路用于产生稳定基准电压及电流，为内部其他模块提供电压及电流偏置。本发明专利技术中的基准电路是一种片上电路，包括基础带隙电路、低温一阶负温度系数补偿电路、高温高阶正温度系数补偿电路、稳压修调电路、修调逻辑电路。通过对基础带隙电压进行分段多阶补偿，该基准电路具有较高的温度稳定性，在较大温度范围内输出偏差较小。通过修调电路的设计，可对工艺偏差造成的输出偏移进行调整，进一步保证了输出电压的精度。本发明专利技术基准电路结构简单、精度高，适用于各种模拟集成电路。

A high precision voltage and current reference circuit with piecewise multistage compensation

The present invention relates to a high-precision voltage and current reference circuit with piecewise multistage compensation, which is used to generate a stable reference voltage and current, and provides voltage and current bias for other internal modules. The reference circuit of the invention is a circuit on chip, including basic bandgap circuit, the low order negative temperature coefficient compensation circuit, temperature compensation circuit, the high temperature coefficient Jiezheng voltage trimming trimming circuit, logic circuit. Through the multistage compensation of the band gap voltage, the reference circuit has higher temperature stability, and the output deviation is smaller in the larger temperature range. Through the design of the trimming circuit, the output offset caused by the process deviation can be adjusted to further ensure the accuracy of the output voltage. The reference circuit of the invention has simple structure and high precision, and is suitable for various analog integrated circuits.

【技术实现步骤摘要】
一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路
本专利技术涉及一种高精度电压及电流基准电路，尤其涉及一种具有分段多阶补偿、可修调的高精度电压及电流基准电路，属于模拟集成电路

技术介绍
带隙基准电压源是集成电路中必不可少的电路模块。带隙基准电压多用于为系统内部其他电路模块提供精准的电压偏置，或者，由其转化为高精度的电流，为电路模块提供稳定的电流偏置，因此其被广泛应用于模拟电路、数模混合电路、部分数字电路等电路系统中。随微电子技术的发展及应用需求，电路中的基准源被要求对外界温度的变化、工艺参数以及电源电压具有较为不敏感的优良特性。因此，高精度、高电源抑制比的基准源具有较高的设计意义及应用需求。如图1所示为一般的带隙基准电路结构图，电路由三极管、电阻、晶体管及放大器组成。其中晶体管Ma、晶体管Mb及晶体管Mc具有相同的宽长比，组成电流镜结构，使得流经三条支路的电流相同。由于运算放大器的反馈作用，其输入端VIN及VIP电压相同，三极管Qa与三级管Qb的并联个数比为1：n，双极型晶体管的基极-发射极电压VBE具有负温度特性，而由于放大器的反馈电阻Ra两端的压差△VBE＝VTlnn具有正温度系数，因此流过晶体管Ma-Mc的电流是一个和绝对温度成正比的电流，即PTAT电流，将该电流流经电阻Rb，从而产生PTAT电压，通过具有正负温度系数电压的叠加，在Vref端输出的基准电压为：通过合理调节电阻Ra及电阻Rb的比值，能得到一个近似零温度系数的带隙电压基准。由传统带隙基准电路生成的带隙电压随温度的变化曲线如图2所示。由图可知，在低温和高温区域内，输出电压随温度变化较大，且在低温区域随温度上升逐渐增大，在高温度区域随温度上升呈下降趋势。在整个温度范围内，输出带隙基准电压整体偏差较大，并非理想的零温度系数，
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供了一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，能够在低温度区域及高温度区域产生不同温度系数的补偿电流，对传统的带隙电压进行补偿，从而得到随温度变化较小的基准电压；并采用cascode结构，降低了电源波动对内部电路造成的影响，提高了电路电源抑制比，从而增强电路对电源波动的抑制；通过修调电路的设计，进一步保证了由工艺偏差造成的输出电压偏移；通过以上方法，得到高精度的电压及电流基准。本专利技术的上述目的主要是主要是通过如下技术方案予以实现的：一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：包括基础带隙电路、低温负温度系数一阶补偿电路、高温正温度系数高阶补偿电路和稳压修调电路，其中：基础带隙电路：生成初级带隙电压；接收低温负温度系数一阶补偿电路发送的具有负温度系数的补偿电流和高温正温度系数高阶补偿电路发送的具有正温度系数的补偿电流；采用所述具有负温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行低温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路；采用所述具有正温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行高温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路；低温负温度系数一阶补偿电路：在低温度区域内产生具有负温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路；高温正温度系数高阶补偿电路：在高温度区域内产生具有正温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路；稳压修调电路：接收基础带隙电路发送的补偿后的带隙电压，进行稳压后，输出偏置电压和偏置电流。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，还包括修调逻辑电路，所述修调逻辑电路输出4位控制码，16种编码组合，控制稳压修调电路的配置电阻，降低输出偏置电压和偏置电流的偏差。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，所述基础带隙电路采用一阶正负温度系数叠加的方法生成初级带隙电压。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，所述基础带隙电路中进行低温补偿的低温度区域的范围为10℃以下；进行高温补偿的高温度区域的范围为90℃以上。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，所述基础带隙电路包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M13、晶体管M14、晶体管M15、晶体管M16、晶体管M17、电阻R1、电阻R2、PNP型三极管Q1、PNP型三极管Q2、PNP型三极管Q3、运算放大器AMP1及电容C1；其中晶体管M1的漏端同时与电容C1、晶体管M2栅端、晶体管M3栅端连接，晶体管M1源端与地相连，晶体管M1栅端同时与晶体管M14晶体管M15栅端连接，电容C1的另一端连接至电源，晶体管M2漏端同时与晶体管M4a、晶体管M4a、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M10、晶体管M16栅端及放大器AMP1输出端相连，晶体管M2源端连接至地，晶体管M3漏端同时与晶体管M5a、晶体管M5b、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M11、晶体管M17相连，晶体管M3源端接地，晶体管M4a源端与电源相连，漏端与晶体管M5a相连，晶体管M5漏端输出偏置电流Ibias1，为放大器AMP1提供偏置电流，晶体管M4b源端与电源连接，漏端与晶体管M5b源端连接，晶体管M5b漏端输出偏置电流Ibias2，为放大器AMP2提供偏置电流；晶体管M6源端与电源相连，漏端与晶体管M8源端连接，晶体管M8漏端同时连接至放大器AMP1的反相输入端VIN及PNP型三极管Q1的发射极，晶体管M7源端与电源连接，晶体管M7漏端与晶体管M9源端相连，晶体管M9漏端同时与反相器AMP1同相输入端VIP及电阻R1一端连接，电阻R1的另一端连接至三极管Q2的发射极，三极管Q1基极、集电极以及三极管Q2基极、集电极同时与地相连接。晶体管M10源极与电源连接，漏端与晶体M12的漏端及栅端、晶体管M13栅端相连，晶体管M12源端与晶体管M14的漏端及栅端、晶体管M15栅端相连，晶体管M14源端连接至地，晶体管M15源端接地，晶体管M15漏端与晶体管M13源端相连，晶体管M13的漏端同时连接至晶体管M11的栅端和漏端，晶体管M11源端连接至电源；晶体管M16的源端连接至电源，其漏端与晶体管M17的源端相连，晶体管M17的漏端输出信号Vref，并与电阻R2一端连接，电阻R2的另一端与三极管Q3发射极相连，三极管Q3基极及集电极同时与地相连。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，所述低温负温度系数一阶补偿电路包括晶体管M18、晶体管M19、晶体管M20、晶体管M21、晶体管M22、三极管Q4和电阻R3，其中晶体管M19、晶体管M20的栅极同时与来自基础带隙电路的偏置电压v1相连，晶体管M21、晶体管M22的栅极与来自基础带隙电路的偏置电压v2相连，晶体管M19、晶体管M20的源端均与电源相连，晶体管M19漏端与晶体管M21的源端相连接，晶体管M21漏端与晶体管M18的漏端连接，晶体管M18栅端连接至晶体管M22漏端，晶体管M18源端输出高温度端补偿电流I_HC，晶体管M20漏端与晶体管M22源端连接，晶体管M22同时连接至晶体管M18的栅端及电阻R3一端，电阻R3的另一端连接至三极管Q4的发射极，三极管Q4栅极及集电极均连接至地。在上述分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路中，所述高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：包括基础带隙电路(101)、低温负温度系数一阶补偿电路(102)、高温正温度系数高阶补偿电路(103)和稳压修调电路(104)，其中：基础带隙电路(101)：生成初级带隙电压；接收低温负温度系数一阶补偿电路(102)发送的具有负温度系数的补偿电流和高温正温度系数高阶补偿电路(103)发送的具有正温度系数的补偿电流；采用所述具有负温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行低温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路(104)；采用所述具有正温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行高温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路(104)；低温负温度系数一阶补偿电路(102)：在低温度区域内产生具有负温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路(101)；高温正温度系数高阶补偿电路(103)：在高温度区域内产生具有正温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路(101)；稳压修调电路(104)：接收基础带隙电路(101)发送的补偿后的带隙电压，进行稳压后，输出偏置电压和偏置电流。

【技术特征摘要】
1.一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：包括基础带隙电路(101)、低温负温度系数一阶补偿电路(102)、高温正温度系数高阶补偿电路(103)和稳压修调电路(104)，其中：基础带隙电路(101)：生成初级带隙电压；接收低温负温度系数一阶补偿电路(102)发送的具有负温度系数的补偿电流和高温正温度系数高阶补偿电路(103)发送的具有正温度系数的补偿电流；采用所述具有负温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行低温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路(104)；采用所述具有正温度系数的补偿电流对生成的初级带隙电压进行高温补偿，得到补偿后的带隙电压，发送给稳压修调电路(104)；低温负温度系数一阶补偿电路(102)：在低温度区域内产生具有负温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路(101)；高温正温度系数高阶补偿电路(103)：在高温度区域内产生具有正温度系数的补偿电流，发送给基础带隙电路(101)；稳压修调电路(104)：接收基础带隙电路(101)发送的补偿后的带隙电压，进行稳压后，输出偏置电压和偏置电流。2.根据权利要求1所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：还包括修调逻辑电路(105)，所述修调逻辑电路(105)输出4位控制码，16种编码组合，控制稳压修调电路(104)的配置电阻，降低输出偏置电压和偏置电流的偏差。3.根据权利要求1所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：所述基础带隙电路(101)采用一阶正负温度系数叠加的方法生成初级带隙电压。4.根据权利要求1所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：所述基础带隙电路(101)中进行低温补偿的低温度区域的范围为10℃以下；进行高温补偿的高温度区域的范围为90℃以上。5.根据权利要求1～4之一所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：所述基础带隙电路(101)包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M13、晶体管M14、晶体管M15、晶体管M16、晶体管M17、电阻R1、电阻R2、PNP型三极管Q1、PNP型三极管Q2、PNP型三极管Q3、运算放大器AMP1及电容C1；其中晶体管M1的漏端同时与电容C1、晶体管M2栅端、晶体管M3栅端连接，晶体管M1源端与地相连，晶体管M1栅端同时与晶体管M14晶体管M15栅端连接，电容C1的另一端连接至电源，晶体管M2漏端同时与晶体管M4a、晶体管M4a、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M10、晶体管M16栅端及放大器AMP1输出端相连，晶体管M2源端连接至地，晶体管M3漏端同时与晶体管M5a、晶体管M5b、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M11、晶体管M17相连，晶体管M3源端接地，晶体管M4a源端与电源相连，漏端与晶体管M5a相连，晶体管M5漏端输出偏置电流Ibias1，为放大器AMP1提供偏置电流，晶体管M4b源端与电源连接，漏端与晶体管M5b源端连接，晶体管M5b漏端输出偏置电流Ibias2，为放大器AMP2提供偏置电流；晶体管M6源端与电源相连，漏端与晶体管M8源端连接，晶体管M8漏端同时连接至放大器AMP1的反相输入端VIN及PNP型三极管Q1的发射极，晶体管M7源端与电源连接，晶体管M7漏端与晶体管M9源端相连，晶体管M9漏端同时与反相器AMP1同相输入端VIP及电阻R1一端连接，电阻R1的另一端连接至三极管Q2的发射极，三极管Q1基极、集电极以及三极管Q2基极、集电极同时与地相连接。晶体管M10源极与电源连接，漏端与晶体M12的漏端及栅端、晶体管M13栅端相连，晶体管M12源端与晶体管M14的漏端及栅端、晶体管M15栅端相连，晶体管M14源端连接至地，晶体管M15源端接地，晶体管M15漏端与晶体管M13源端相连，晶体管M13的漏端同时连接至晶体管M11的栅端和漏端，晶体管M11源端连接至电源；晶体管M16的源端连接至电源，其漏端与晶体管M17的源端相连，晶体管M17的漏端输出信号Vref，并与电阻R2一端连接，电阻R2的另一端与三极管Q3发射极相连，三极管Q3基极及集电极同时与地相连。6.根据权利要求1～4之一所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：所述低温负温度系数一阶补偿电路(102)包括晶体管M18、晶体管M19、晶体管M20、晶体管M21、晶体管M22、三极管Q4和电阻R3，其中晶体管M19、晶体管M20的栅极同时与来自基础带隙电路(101)的偏置电压v1相连，晶体管M21、晶体管M22的栅极与来自基础带隙电路(101)的偏置电压v2相连，晶体管M19、晶体管M20的源端均与电源相连，晶体管M19漏端与晶体管M21的源端相连接，晶体管M21漏端与晶体管M18的漏端连接，晶体管M18栅端连接至晶体管M22漏端，晶体管M18源端输出高温度端补偿电流I_HC，晶体管M20漏端与晶体管M22源端连接，晶体管M22同时连接至晶体管M18的栅端及电阻R3一端，电阻R3的另一端连接至三极管Q4的发射极，三极管Q4栅极及集电极均连接至地。7.根据权利要求1～4之一所述的一种分段多阶补偿的高精度电压及电流基准电路，其特征在于：所述高温正温度系数高阶补偿电路(103)包括晶体管M23、晶体管M24、晶体管M25、晶体管M26、晶体管M27、晶体管M28、晶体管M29、晶体管M30、晶体管M31、晶体管M32、晶体管M33、晶体管M34、晶体管M35、晶体管M36、晶体管M37、晶体管M38、三极管Q5、三极管Q6、电阻R4；其中晶体管M33的栅极同时与来自基础带隙电路(101)的偏置电压v1相连，晶体管M34的栅极与来自基础带隙电路(101)的偏置电压v2相连，晶体管M23、晶体管M24、晶体管M27、晶体管M33、晶体管M35及晶体管M36的源端均与电源相连；晶体管M23的栅端与晶体管M24的栅端、晶体管M24的漏端、晶体管M26的源端以及晶体管M27的栅端连接，晶体管M23的漏端与晶体管M25源端连接，晶体管M25栅端同时与晶体管M26的栅端、晶体管M26的漏端三极管Q6的集电极以及晶体管M28的栅端相连，晶体管M25漏端同时连接至三极管Q6的基极及三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极与电阻R4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，岳素格，莫艳图，时飞，杨学硕，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11