一种高阶温度补偿电压基准源制造技术

本发明专利技术提供了一种高阶温度补偿电压基准源，其包括正温度系数电流偏置模块、负温度系数电流偏置模块和基准输出模块，所述正温度系数电流偏置模块产生的偏置电压V1连接到基准输出模块的一个输入端；负温度系数电流偏置模块产生的偏置电压V2连接到基准输出模块的另一个输入端；基准输出模块将正温度系数电流偏置模块和负温度系数电流偏置模块分别在自身MOS管上产生的电流进行叠加并转换为电压信号，并输出基准电压REF。本发明专利技术的优点：提出一种利用MOS管沟道载流子的迁移率的负温度系数来进行高阶温度补偿的电压基准源，在不增加电路复杂度、芯片版图面积、考虑器件匹配以及工艺精度的情况下，相比传统带隙基准能实现更小的温度系数，提供更高的精度。

A high temperature compensated voltage reference

The invention provides a high order temperature compensation voltage reference source, which comprises a positive temperature coefficient current bias module, the negative temperature coefficient current bias reference module and output module, the bias voltage V1 the positive temperature coefficient current bias module generates an input terminal connected to the reference output module; the bias voltage of V2 negative temperature coefficient the current bias produced by the module is connected to another input reference output module; the current reference output module to the positive temperature coefficient current bias module and a negative temperature coefficient current bias module respectively in their own MOS tube produced by superposition and converted to voltage signal and output reference voltage REF. The invention has the advantages that the voltage reference for high order temperature compensation provides a migration by using MOS tube channel carrier rate of negative temperature coefficient, without increasing the complexity of the circuit, the chip layout area, consider device matching and process precision, compared with the traditional bandgap reference can achieve smaller temperature coefficient and provide higher accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种高阶温度补偿电压基准源
本专利技术属于集成电路设计领域，具体的说是一种基于MOS管沟道载流子迁移率温度特性进行高阶温度补偿的电压基准源。
技术介绍
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。传统的带隙基准电路的是通过将两个正负温度系数的电压加权相加获得的。受结构限制，传统带隙电路仅能消除三极管基极发射极电压(VBE)中与温度相关的一次项对基准输出的影响。由于传统带隙电路仅能消除VBE中与温度相关的一次项对输出的影响，因此温度系数较大不能满足高精度应用场合的需求，为此各种对带隙基准进行高阶温度补偿的方式被研究人员相继提出。现有的对基准电路进行高阶的方式有以下常见的三种：1、通过将具有不同温度系数的电阻进行组合以产生正温电压的高阶项进行补偿。2、通过减小PN结本身的负温高阶项进行补偿。3、通过在不同温度点向基准输出节点注入额外的正温电流来实现分段线性补偿。但这些补偿方式都存在电路结构复杂、版图面积大、对电路匹配性和工艺精度要求高的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对传统带隙基准电压源温度系数高，以及现有常见高阶温度补偿电压基准源电路结构复杂、版图面积大、对电路匹配性和工艺精度要求高等缺点，提出一种高阶温度补偿电压基准源电路结构。按照本专利技术提供的技术方案，一种高阶温度补偿电压基准源，包括正温度系数电流偏置模块、负温度系数电流偏置模块和基准输出模块，所述正温度系数电流偏置模块产生的第一偏置电压V1连接到基准输出模块的一个输入端；负温度系数电流偏置模块产生的第二偏置电压V2连接到基准输出模块的另一个输入端；基准输出模块将正温度系数电流偏置模块和负温度系数电流偏置模块分别在自身MOS管上产生的电流进行叠加并转换为电压信号，并输出基准电压REF。具体的，所述正温度系数电流偏置模块包括：PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、电阻R1；所述PMOS管MP1栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接第一偏置电压V1；PMOS管MP2栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接NMOS管MN2漏极；NMOS管MN1栅极接NMOS管MN2的栅极，源极接NMOS管MN3漏极，漏极接第一偏置电压V1；NMOS管MN2栅极接PMOS管MP2漏极，源极接NMOS管MN3栅极，漏极接PMOS管MP2漏极；NMOS管MN3栅极接NMOS管MN4漏极，源极接电阻R1的上端，漏极接NMOS管MN1源极；NMOS管MN4栅极接NMOS管MN3漏极，源极接地GND，漏极接NMOS管MN2源极；电阻R1上端接NMOS管MN3的源极，下端接地GND。所述正温度系数电流偏置模块中，PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、电阻R1形成自偏置结构，产生正温电流IMP1，即流过PMOS管MP1的电流；电路中所有MOS管都工作在饱和区，IMP1的温度系数会随着温度的升高而变大。具体的，所述PMOS管MP1和PMOS管MP2选取相同的尺寸。具体的，所述负温度系数电流偏置模块包括：PMOS管MP3、PMOS管MP4、运放A1、三极管Q1、电阻R2；所述PMOS管MP3栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接运放A1的负向端；PMOS管MP4栅极接第二偏置电压V2，源极接电源电压VIN，漏极接电阻R2上端；运放A1正向端接电阻R2上端，负向端接PMOS管MP3漏极，输出端接第二偏置电压V2；三极管Q1基极和集电极接PMOS管MP3的漏极，发射极接地GND；电阻R2上端接运放A1的正向端，下端接地GND。具体的，所述负温度系数电流偏置模块中的PMOS管MP3尺寸与正温度系数电流偏置模块中的PMOS管MP1尺寸相同，由于其栅极接第一偏置电压V1，因此PMOS管MP3按一比一的比例镜像流过PMOS管MP1的电流IMP1，由运放的钳位作用可得负温电流IMP4，即流过PMOS管MP4的电流。具体的，所述基准输出模块包括：PMOS管MP5、PMOS管MP6、电阻R3；所述PMOS管MP5栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接电阻R3上端；PMOS管MP6栅极接第二偏置电压V2，其源极接电源电压VIN，漏极接基准电压输出端口；电阻R3上端接基准电压输出端口，下端接地GND。所述基准输出模块中，第一偏置电压V1在PMOS管MP5上产生电流，第二偏置电压V2在PMOS管MP6上产生电流，两股电流在电阻R3上进行叠加，并通过电阻R3转化为基准电压后在基准电压输出端口输出。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种利用MOS管沟道载流子的迁移率(μ)的负温度系数来进行高阶温度补偿的电压基准源，在不增加电路复杂度、芯片版图面积、考虑器件匹配以及工艺精度的情况下，相比传统带隙基准能实现更小的温度系数，提供更高的精度。附图说明图1为本专利技术带隙基准电压源的拓扑图。图2为正温度系数的电流偏置模块。图3为负温度系数的电流偏置模块。图4为基准输出模块。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提出一种利用MOS管沟道载流子的迁移率(μ)的负温度系数来进行高阶温度补偿的电压基准源，具体结构如图1所示，包括正温度系数电流偏置模块1、负温度系数电流偏置模块2、基准输出模块3；其中，正温度系数电流偏置模块1产生的第一偏置电压V1连接到基准输出模块3的一个输入端；负温度系数的电流偏置模块2产生的第二偏置电压V2连接到基准输出模块3的另一个输入端；基准输出模块3将正温度系数电流偏置模块1和负温度系数电流偏置模块2分别在自身MOS管上产生的电流进行叠加并转换为电压信号，基准输出模块3的输出端输出基准电压REF。如图2所示，所述正温度系数的电流偏置模块1包括：PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、电阻R1；所述PMOS管MP1栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接第一偏置电压V1；PMOS管MP2栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接NMOS管MN2漏极；NMOS管MN1栅极接NMOS管MN2的栅极，源极接NMOS管MN3漏极，漏极接第一偏置电压V1；NMOS管MN2栅极接PMOS管MP2漏极，源极接NMOS管MN3栅极，漏极接PMOS管MP2漏极；NMOS管MN3栅极接NMOS管MN4漏极，源极接电阻R1的上端，漏极接NMOS管MN1源极；NMOS管MN4栅极接NMOS管MN3漏极，源极接地GND，漏极接NMOS管MN2源极；电阻R1上端接NMOS管MN3的源极，下端接地GND。如图3所示，所述负温度系数的电流偏置模块2包括：PMOS管MP3、PMOS管MP4、运放A1、三极管Q1、电阻R2；所述PMOS管MP3栅极接第一偏置电压V1，源极接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高阶温度补偿电压基准源，其特征是，包括正温度系数电流偏置模块（1）、负温度系数电流偏置模块（2）和基准输出模块（3），所述正温度系数电流偏置模块（1）产生的第一偏置电压V1连接到基准输出模块（3）的一个输入端；负温度系数电流偏置模块（2）产生的第二偏置电压V2连接到基准输出模块（3）的另一个输入端；基准输出模块（3）将正温度系数电流偏置模块（1）和负温度系数电流偏置模块（2）分别在自身MOS管上产生的电流进行叠加并转换为电压信号，并输出基准电压REF。

【技术特征摘要】
1.一种高阶温度补偿电压基准源，其特征是，包括正温度系数电流偏置模块（1）、负温度系数电流偏置模块（2）和基准输出模块（3），所述正温度系数电流偏置模块（1）产生的第一偏置电压V1连接到基准输出模块（3）的一个输入端；负温度系数电流偏置模块（2）产生的第二偏置电压V2连接到基准输出模块（3）的另一个输入端；基准输出模块（3）将正温度系数电流偏置模块（1）和负温度系数电流偏置模块（2）分别在自身MOS管上产生的电流进行叠加并转换为电压信号，并输出基准电压REF。2.如权利要求1所述的高阶温度补偿电压基准源，其特征是，所述正温度系数电流偏置模块（1）包括：PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、电阻R1；所述PMOS管MP1栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接第一偏置电压V1；PMOS管MP2栅极接第一偏置电压V1，源极接电源电压VIN，漏极接NMOS管MN2漏极；NMOS管MN1栅极接NMOS管MN2的栅极，源极接NMOS管MN3漏极，漏极接第一偏置电压V1；NMOS管MN2栅极接PMOS管MP2漏极，源极接NMOS管MN3栅极，漏极接PMOS管MP2漏极；NMOS管MN3栅极接NMOS管MN4漏极，源极接电阻R1的上端，漏极接NMOS管MN1源极；NMOS管MN4栅极接NMOS管MN3漏极，源极接地GND，漏极接NMOS管MN2源极；电阻R1上端接NMOS管MN3的源极，下端接地GND。3.如权利要求2所述的高阶温度补偿电压基准源，其特征是，所述正温度系数电流偏置模块（1）中，PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、电阻R1形成自偏置结构，产生正温电流IMP1，即流过PMOS管MP1的电流；电路中所有MOS管都工作在饱和区，的温度系数会随着...

【专利技术属性】
技术研发人员：李全，奚冬杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32