一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法及电路，主要解决现有曲率补偿技术会受工艺变化影响，无法实现对工艺变化免疫的问题。该方法通过对基准电路中的基准电压利用电阻进行分压，将分压后的电压施加于形成差分对结构的两个尺寸相同的双极结型晶体管的基极，利用两个双极结型晶体管的集电极电流之差构成具有非线性成分的补偿电流，从而抵消基准电压中的非线性成分。它不仅可用在带隙基准电路中，也可用在Zener基准电路中。它的曲率补偿效果不受工艺变化影响。用户可以方便地改变曲率补偿的大小和方向。补偿的大小和方向。补偿的大小和方向。

【技术实现步骤摘要】
一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法及电路


[0001]本专利技术属于基准源曲率补偿
，具体地说，是涉及一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法及电路。

技术介绍

[0002]在模拟电路领域中，基准电压源被广泛应用于模数转换器(ADC)、低压差线性稳压器(LDO)等高精度系统。在这些应用中，为满足系统对高精度的要求，通常希望基准电压的温度系数足够小。
[0003]带隙基准源(BGR)和齐纳(Zener)基准源是较为常见的基准电压源类型。带隙基准源采用两个电流密度成固定比例的BJT管，两者的基极
‑
射极压降之差ΔV
BE
具有正温度系数，单个BJT管的基极
‑
射极压降V
BE
具有负温度系数。通过正温度系数电压和负温度系数电压的相加，可得到接近零温度系数的基准电压。不同于BGR，齐纳基准源是通过齐纳二极管产生具有正温度系数的压降V
ZN
，并利用BJT管的V
BE
的负温度系数进行补偿，从而实现具有零温度系数的基准电压。
[0004]然而，无论是齐纳二极管的压降V
ZN
，还是BJT管的V
BE
，都不是随温度严格线性变化的。普通的带隙基准电路和齐纳基准电路只对输出电压的斜率进行了补偿，而没有考虑高阶非线性因素。此时，实际的基准输出电压存在严重的非线性。基于此，通常需要引入温度系数曲率补偿技术来降低温度系数。其技术原理是：通过额外引入非线性变量，将电路中原有的非线性(曲率)成分抵消掉，从而实现恒定的基准电压输出。
[0005]此外，在齐纳基准电路中，为了实现超高精度基准电压(<0.5ppm/℃温度系数)，往往难度较大。原因是，不同于经典的带隙基准电路，齐纳基准电路中的曲率来源于Zener管，而不是BJT管，因此无法将带隙基准电路中的经典曲率补偿技术用到齐纳基准中。
[0006]如图1所示，为现有技术的一种带隙基准电路，该电路通过放大器的钳位保证电阻R
1A
、R
1B
上的电流相等，从而保证BJT管Q1和Q2上的电流相等。由于BJT管Q1和Q2的面积比例为1：N，两者基极
‑
射极电压之差V
BE1
‑
V
BE2
为正温度系数电压，而BJT管Q1的基极
‑
射极电压V
BE1
为负温度系数电压。通过调节电阻R1、R2及R3的比例，可实现正负温度系数的抵消，从而产生零温度系数的基准电压V
BG
。
[0007]现有方案的曲率补偿技术如图2所示。通过将基准电压V
BG
施加在具有低温度系数的多晶硅电阻上，从而产生一个恒定电流I
R
。同时，额外引入BJT管Q3，此处BJT管Q1和Q3的面积比例为1:M。流过BJT管Q1的集电极电流具有正温度系数，而流过BJT管Q3的集电极电流I
R
为恒定电流。对于BJT管，工作在PTAT电流和恒定电流下所产生的V
BE
具有不同的非线性成分。根据分析，通过利用在不同集电极电流下BJT管Q1和Q3的基极
‑
射极电压降之差ΔV
BE
，可实现对V
BE
的非线性成分进行曲率补偿。
[0008]该方案的缺点是曲率补偿依赖于带隙基准电路的电路结构。该曲率补偿技术仅适用于带隙基准电路，而无法应用于齐纳基准电路。因此，现有技术方案的适用范围较窄。
[0009]另外，现有技术方案在产生恒定电流I
R
时，将基准电压施加于特定的多晶硅电阻，
通常多晶硅电阻阻值会随工艺变化而变化，这也会影响曲率补偿精度。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法及电路，主要解决现有曲率补偿技术会受工艺变化影响，无法实现对工艺变化免疫的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法，对基准电路中的基准电压利用电阻进行分压，将分压后的电压施加于形成差分对结构的两个尺寸相同的双极结型晶体管的基极，利用两个双极结型晶体管的集电极电流之差构成具有非线性成分的补偿电流，从而抵消基准电压中的非线性成分。
[0013]进一步地，在本专利技术中，通过改变施加在两个双极结型晶体管的基极电压，能够获得不同补偿方向和任意大小的补偿电流。
[0014]基于上述曲率补偿方法，本专利技术还提供了一种对工艺变化免疫的曲率补偿电路，包括带隙基准电路，串联后一端连接于带隙基准电路的带隙基准电压输出端且另一端接地的分压电阻R7、电阻R8，以及连接于分压电阻R7两端的非线性电流产生电路；所述非线性电流产生电路由两个尺寸相同且发射极和集电极分别对应连接的双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
构成，其中，双极结型晶体管Q
X
的基极与分压电阻R7的一端相连，双极结型晶体管Q
Y
的基极与分压电阻R7的另一端相连，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
的集电极连接供电电压VDD，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
的发射极接尾电流I
PTAT
。其中，I
PTAT
为带隙基准电路自身产生的PTAT电流。
[0015]进一步地，在本专利技术中，所述带隙基准电路包括放大器A1，发射极接地、集电极与基极相连后与放大器A1的反相输入端相连的三极管Q4，一端与放大器A1的正相输入端相连的电阻R6和电阻R
5B
，发射极接地、集电极与基极相连后与电阻R6的另一端相连的三极管Q5，一端与放大器A1的反相输入端相连的电阻R
5A
，一端与电阻R
5A
的另一端、电阻R
5B
的另一端相连的电阻R
A
，以及漏极与电阻R
A
的另一端相连且栅极与放大器A1的输出端相连、源极接供电电压VDD的MOS管M1；其中，MOS管M1的漏极为带隙基准电路的带隙基准电压输出端。
[0016]基于上述曲率补偿方法，本专利技术还提供了另一种对工艺变化免疫的曲率补偿电路，包括齐纳基准电路，以及连接于齐纳基准电路用于产生差分补偿电流的非线性电流产生电路；所述非线性电流产生电路由两个尺寸相同且发射极和集电极分别对应连接的双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
构成，其中，双极结型晶体管Q
X
的基极与齐纳基准电路中的分压电阻的一端相连，双极结型晶体管Q
Y
的基极与该分压电阻的另一端相连，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
的集电极连接供电电压VDD，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法，其特征在于，对基准电路中的基准电压利用电阻进行分压，将分压后的电压施加于形成差分对结构的两个尺寸相同的双极结型晶体管的基极，利用两个双极结型晶体管的集电极电流之差构成具有非线性成分的补偿电流，从而抵消基准电压中的非线性成分。2.根据权利要求1所述的一种对工艺变化免疫的曲率补偿方法，其特征在于，通过改变施加在两个双极结型晶体管的基极电压，能够获得不同补偿方向和任意大小的补偿电流。3.一种对工艺变化免疫的曲率补偿电路，其特征在于，采用了如权利要求2所述的曲率补偿方法，包括带隙基准电路，串联后一端连接于带隙基准电路的带隙基准电压输出端且另一端接地的分压电阻R7、电阻R8，以及连接于分压电阻R7两端的非线性电流产生电路；所述非线性电流产生电路由两个尺寸相同且发射极和集电极分别对应连接的双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
构成，其中，双极结型晶体管Q
X
的基极与分压电阻R7的一端相连，双极结型晶体管Q
Y
的基极与分压电阻R7的另一端相连，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
的集电极连接供电电压VDD，双极结型晶体管Q
X
和Q
Y
的发射极接尾电流I
PTAT
；其中，I
PTAT
为带隙基准电路自身产生的PTAT电流。4.根据权利要求3所述的一种对工艺变化免疫的曲率补偿电路，其特征在于，所述带隙基准电路包括放大器A1，发射极接地、集电极与基极相连后与放大器A1的反相输入端相连的三极管Q4，一端与放大器A1的正相输入端相连的电阻R6和电阻R
5B
，发射极接地、集电极与基极相连后与电阻R6的另一端相连的三极管Q5，一端与放大器A1的反相输入端相连的电阻R
5A
，一端与电阻R
5A
的另一端、电阻R
5B
的另一端相连的电阻R
A
，以及漏极与电阻R
A
的另一端相连且栅极与放大器A1的输出端相连、源极接供电电压VDD的MOS管M1；其中，MOS管M1的漏极为带隙基准电路的带隙基准电压输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄浩宇，陶霖致，李一展，李强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：