一种可固定温度系数的电压基准电路的制作方法
【专利摘要】一种可固定温度系数的电压基准电路，包括：启动电路、正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路、零温度系数电流产生电路、零温度系数电流调节电路和固定温度系数电压合成电路；正温度系数电流产生电路和负温度系数电流产生电路的镜像电流输出到零温度系数电流调节电路和固定温度系数电压合成电路，零温度系数电流调节电路给固定温度系数电压合成电路提供镜像电流，由固定温度系数电压合成电路的基准电压端输出稳定的基准电压。本发明充分利用集成电路的高匹配性特点，使基准电压温度系数与电阻和MOS晶体管的温度特性无关，实现基准电压源的固定温度特性，校准基准电压不影响基准电压的温度系数。
【专利说明】-种可固定温度系数的电压基准电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子【技术领域】，具体说是一种可固定温度系数的电压基准电路。
【背景技术】
[0002] 电压基准是电路中常用到的一个模块，它为系统提供参考电压，在数模转换器、振 荡器、延时器、一些模数转换器、信号收发器、电源稳定模块都是及其重要的。精准的基准电 压源在精确信号处理或高稳定电压模块中尤为重要。由于大多数器件特性会随温度变化， 所以在一些电路中要求基准电压具有一定的温度系数进行补偿。
[0003] 普通电压基准源会因工艺的偏差出现不同基准电压，采用数字方法可以矫正，但 在模拟芯片中难以实现；或采用电熔丝直接调整电阻大小直接来微调电压，但改变电阻会 影响基准电压的温度系数。因此，需要一种电压可以校准、温度系数固定的模拟电路。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种可固定温度系 数的电压基准电路，充分利用集成电路工艺的高匹配性来产生一种温度系数固定而且电压 可校准的电路。
[0005] 所述的可固定温度系数的电压基准电路，包括：启动电路（1)、正温度系数电流产 生电路（2)、负温度系数电流产生电路（3)、零温度系数电流产生电路（4)、零温度系数电流 调节电路（5 )和固定温度系数电压合成电路（6 ); 所述启动电路的输出端连接到所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数电流 产生电路，以提供启动电压，所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数电流产生电 路的镜像电流输出到所述零温度系数电流调节电路和固定温度系数电压合成电路，所述零 温度系数电流调节电路给固定温度系数电压合成电路提供镜像电流，由所述固定温度系数 电压合成电路的基准电压端输出稳定的基准电压，其中， 所述正温度系数电流产生电路（2)，用来产生正温度系数电流，为负温度系数电流产生 电路（3)、零温度系数电流产生电路（4)、零温度系数电流调节电路（5)和固定温度系数电 压合成电路（6)提供正温度系数电流偏置； 所述负温度系数电流产生电路（3)，用来产生负温度系数电流，为零温度系数电流产生 电路（4 )、零温度系数电流调节电路（5 )和固定温度系数电压合成电路（6 )提供负温度系数 电流偏置； 所述零温度系数电流产生电路（4)，由正温度系数电流和负温度系数电流合成，用来产 生零温度系数电流，为零温度系数电流调节电路（5)和固定温度系数电压合成电路（6)提 供零温度系数电流偏置； 所述零温度系数电流调节电路（5)，为固定温度系数电压合成电路（6)提供可调节大 小的零温度系数电流偏置； 所述固定温度系数电压合成电路（6)，用来将正温度系数电流、负温度系数电流、零温 度系数电流合成固定温度系数并且电压大小可调节的输出参考电压。
[0006] 进一步地，所述启动电路（1)包括一个倒比PMOS管MpO，所述倒比PMOS管的输入 端与电源相连，所述倒比PMOS管MpO的漏极和所述倒比PMOS管MpO栅极连接，并通过第一 信号端（9)与所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数电流产生电路相连。
[0007] 进一步地，所述正温度系数电流产生电路（2)包括：P型MOS管Mpl、Mp2、Mp3、Mp4、 Mp5, N 型 MOS 管 Mnl、Mn2、Mn3、Mn4、Mn5 和 PNP 型三极管 Ql、Q2,电阻 Rl ;Mp2、Mp4 栅极相 连且接到Mp4漏极构成电流镜，Mp2、Mp4源极均接电源端；Mp2的漏极与所述Mpl栅极、Mp3 源极相连构成电流镜；Mp4栅极与所述Mp5的栅极、Mn4源极、第二信号端（7)相连，Mpl的 源极接电源端、漏极接Mnl的漏极和第三信号端（8)，Mnl栅极和Mn2栅极、Mn3栅极连接到 所述第一信号端（9)，1^3的漏极与此2漏极和栅极连接以111^115的源极接地端以114的栅 极接Mp5、Mn5的漏极和第四信号端（10)，Mn4源极接Mn3的漏极和Mn5的栅极；三极管Q1、 Q2的集电极均接地端，三极管Ql的发射集与其基极、以及Mn2的源极相连，三极管Q2的发 射集与其基极相连接，并通过电阻Rl和Mn3的源极相连，三极管Ql、Q2采用同类型PNP三 极管。
[0008] 进一步地，所述负温度系数电流产生电路（3)包括：P型MOS管Mp6、Mp7、Mp8、Mp9， N型MOS管Mn6、Mn7,电阻R2 ;Mp6的源极接电源端、漏极接Mp7的源极、Mp6的栅极接所述 第二信号端（7) ;Mp7的漏极接Mn7的漏极、栅极接所述第三信号端（8)，Mn7源极接Mn6的 漏极、Mn7栅极接所述第四信号端（10)，Mn6的源极通过电阻R2接地端、Mn6栅极接第一信 号端（9) ;Mp8的源极接电源端，其栅极与其漏极、Mp9的源极连接到第五信号端（13, Mp9的 漏极接Mn6的源极，Mp9的栅极连接到所述第三信号端（8)。
[0009] 进一步地，所述零温度系数电流产生电路（4)包括：P型MOS管MplO、Mpll、Mpl2，N 型冊5管此8^119，1^10、1^11的源极与电源端相连，两者漏极相连并连接到1^12的源极； Mpl2的漏极与Mn9的漏极相连，Mn9的源极与Mn8的漏极和栅极连接到第六信号端（11)， MnS的源极接地端，Mpll的栅极与第二信号端（7)连接，MplO的栅极与第五信号端（13)连 接，Mpl2的栅极与第三信号端（8)连接，Mn9的栅极与第四信号端（10)连接。
[0010] 进一步地，所述零温度系数电流调节电路（5)中，通过并联连接一组或多组PMOS 管和NMOS管，在并联连接的每一个PMOS管的源极和电源端之间，以及并联连接的每一个 NMOS管的源极和接地端之间分别独立接入电熔丝，来调节提供给基准输出的温度系数电 流。
[0011] 进一步地，所述零温度系数电流调节电路（5)包括P型MOS管Mpl3、Mpl4、Mpl5、 Mpl6，N型MOS管MnlO、Mnll、Mnl2、Mnl3,电熔丝K1?K6,为下述电路连接结构：MnlO、Mnll、 Mnl2相互并联，其源极分别通过电熔丝Kl、K2、K3接地端，栅极均连接到第六信号端（11 )， 漏极并接到Mnl3的源极；Mnl3的漏极连接Mpl6的漏极，Mnl3的栅极连接到第四信号端 (10)，Mpl6的栅极连接到第三信号端（8) ;Mpl3、Mpl4、Mpl5相互并联，其源极分别通过电熔 丝K4、K5、K6接电源端，栅极均连接到第七信号端（12)，漏极并接到Mpl6的源极。
[0012] 进一步地，所述固定温度系数电压合成电路（6 )包括P型MOS管Mp17、Mp 18、Mp 19、 Mp20,电阻R3,其中，Mpl7、Mpl8、Mpl9的源极均接电源端，漏极均连接到Mp20的源极，三者 的栅极分别连接到第七信号端（12)、第五信号端（13)、第二信号端（7) ;Mp20的栅极连接到 第三信号端（8)，Mp20的漏极通过电阻R3接地端，Mp20的漏极并连接到为参考电压Vref的 输出端口。
[0013] 进一步地，所述电阻RU R2、R3采用同类型同尺寸电阻。
[0014] 与现有电压基准电路技术相比，本发明的明显优点： (1)充分利用集成电路的高匹配性特点，使基准电压温度系数与电阻和MOS晶体管的 温度特性无关，实现基准电压源的固定温度特性，校准基准电压不影响基准电压的温度系 数。
[0015] (2 )在零温度系数电流调节电路中，使用简单的基准电压校准方法，通过电熔丝控 制零温度系数电流大小，可以有效地校准基准电压，避免了复杂的数字电路，降低了电路消 耗。
[0016] (3)电源电压工作范围大，对正温度系数电流产生电路采用了两路反馈，降低了 MOS管的二级效应，增强了电流镜的匹配性，对其他电流镜均采用了共源共栅进行优化，可 以避免电源电压变化引起电流镜的不匹配，增大了电源电压工作范围。
[0017] (4)启动电路简单，仅由一个倒比PMOS管MpO组成，可以确保避免电路锁死，而且 启动电路消耗电流极小。
[0018] (5)对电阻温度系数要求低，通过在正温度系数电流产生电路和负温度系数电流 产生电路、以及固定温度系数电压合成电路中的同类电阻相比，消除了电阻的温度系数对 基准电压的影响。
[0019] (6)电路的实现和效果与工艺无关，在最简单的标准CMOS工艺下也可以实现此电 路。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 附图1是本发明电路结构框图， 图2是电路原理图实施例。
[0021] 图中：1一启动电路,2-正温度系数电流产生电路，3-负温度系数电流产生电路， 4一零温度系数电流产生电路，5-零温度系数电流调节电路，6-固定温度系数电压合成电 路，7-第二 /[目号端，8-第二/[目号端，9 一第一/[目号端，10-第四/[目号端，11 一第六/[目号端， 12-第七/[目号端，13-第五/[目号端。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：如图1所示，本发明的可固定温度 系数的电压基准电路，包括依次连接的启动电路1、正温度系数电流产生电路2、负温度系 数电流产生电路3、零温度系数电流产生电路4、零温度系数电流调节电路5、固定温度系数 电压合成电路6。所述启动电路的输出端连接到所述正温度系数电流产生电路和所述负温 度系数电流产生电路，以提供启动电压，所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数 电流产生电路的输出端分别连接到所述零温度系数电流产生电路和固定温度系数电压合 成电路，所述零温度系数电流产生电路与零温度系数电流调节电路和固定温度系数电压合 成电路依次连接，由所述固定温度系数电压合成电路的基准电压端输出稳定的基准电压。
[0023] 如图2所示，本实施例中包括P型MOS管MpO、Mpl?Mp20, N型MOS管Mnl?Mnl2以 及PNP型三极管Ql、Q2,电阻RU R2、R3和电熔丝K1?K6。
[0024] 如图2所示，所述启动电路1由一个倒比PMOS管组成，其源极接电源端，其漏极和 栅极连接，并连接到作为启动输出端的第一信号端，连接到正温度系数电流产生电路和负 温度系数电流产生电路作为电压启动端，用于防止正温度系数电流产生电路锁死，其工作 原理是：当正温度系数电流产生电路锁死时，图中Vbn导线的电压为0,而MpO将Vbn的电 压拉上去，避免了 Vbn电压为0的情况发生，从而防止正温度系数电流产生电路锁死，而且 采用倒比管可以让电路在正常工作时通过MpO的电流小到忽略不计。此所述的启动电路1 没有采用反馈环路，可以确保电路不因启动过程而振荡，并且将启动电路最简化。
[0025] 如图2所示，所述正温度系数电流产生电路2的电路结构为：Mp2、Mp4栅极相连并 接到Mp4漏极构成电流镜，Mp2、Mp4源极均接电源端；Mp2的漏极与Mpl栅极、Mp3源极相 连，构成电流镜，Mp4栅极还连接到Mp5的栅极、Mn4源极和第二信号端7，Mpl的源极接电源 端、漏极接Mnl的漏极和第三信号端8，Mnl栅极和Mn2栅极、Mn3栅极连接到所述启动电路 的输出端，Mp3的漏极与Mn2漏极和栅极连接；Mnl、Mn5的源极接地端；Mn4的栅极接Mp5、 Mn5的漏极和第四信号端10，Mn4源极接Mn3的漏极和Mn5的栅极；三极管Q1、Q2的集电极 均接地端，三极管Ql发射集与其基极、以及Mn2的源极相连，三极管Q2发射集与其基极相 连接，并通过电阻Rl和Mn3的源极相连，三极管Q1、Q2采用同类型PNP三极管。
[0026] 其中Mpl、Mnl构成放大器，输入端为Mpl的栅极，输出端为Mpl的漏极，Mp3作为 反馈电阻，从而将Mp2的漏源电压钳位到Mp4的漏源电压，由MOS晶体管在饱和区的电压电 流关系等式1可知，Mp2、Mp4的电流镜匹配性更好。
【权利要求】
1. 一种可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，包括：启动电路（1)、正温度系 数电流产生电路（2)、负温度系数电流产生电路（3)、零温度系数电流产生电路（4)、零温度 系数电流调节电路（5)和固定温度系数电压合成电路（6); 所述启动电路的输出端连接到所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数电流 产生电路，W提供启动电压，所述正温度系数电流产生电路和所述负温度系数电流产生电 路的镜像电流输出到所述零温度系数电流调节电路和固定温度系数电压合成电路，所述零 温度系数电流调节电路给固定温度系数电压合成电路提供镜像电流，由所述固定温度系数 电压合成电路的基准电压端输出稳定的基准电压，其中， 所述正温度系数电流产生电路（2)，用来产生正温度系数电流，为负温度系数电流产生 电路（3)、零温度系数电流产生电路（4)、零温度系数电流调节电路（5)和固定温度系数电 压合成电路（6)提供正温度系数电流偏置； 所述负温度系数电流产生电路（3)，用来产生负温度系数电流，为零温度系数电流产生 电路（4 )、零温度系数电流调节电路（5 )和固定温度系数电压合成电路（6 )提供负温度系数 电流偏置； 所述零温度系数电流产生电路（4)，由正温度系数电流和负温度系数电流合成，用来产 生零温度系数电流，为零温度系数电流调节电路（5)和固定温度系数电压合成电路（6)提 供零温度系数电流偏置； 所述零温度系数电流调节电路（5)，为固定温度系数电压合成电路（6)提供可调节大 小的零温度系数电流偏置； 所述固定温度系数电压合成电路（6)，用来将正温度系数电流、负温度系数电流、零温 度系数电流合成固定温度系数并且电压大小可调节的输出参考电压。
2. 根据权利要求1所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，所述启动电 路（1)包括一个倒比PMOS管MpO,所述倒比PMOS管的输入端与电源相连，所述倒比PMOS管 MpO的漏极和所述倒比PM0S管MpO栅极连接，并通过第一信号端（9)与所述正温度系数电 流产生电路和所述负温度系数电流产生电路相连。
3. 根据权利要求2所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，所述正温度 系数电流产生电路（2)包括；P 型 M0S 管 Mpl、Mp2、Mp3、Mp4、Mp5，N 型 M0S 管 Mnl、Mn2、Mn3、 Mn4、Mn5和PNP型H极管Q1、Q2,电阻R1 ;Mp2、Mp4栅极相连且接到Mp4漏极构成电流镜， Mp2、Mp4源极均接电源端；Mp2的漏极与所述Mpl栅极、Mp3源极相连构成电流镜；Mp4栅极 与所述Mp5的栅极、Mn4源极、第二信号端（7)相连，Mpl的源极接电源端、漏极接Mnl的漏 极和第H信号端（8)，Mnl栅极和Mn2栅极、Mn3栅极连接到所述第一信号端（9)，Mp3的漏 极与Mn2漏极和栅极连接；Mnl、Mn5的源极接地端；Mn4的栅极接Mp5、Mn5的漏极和第四信 号端（10)，Mn4源极接Mn3的漏极和Mn5的栅极；H极管Q1、Q2的集电极均接地端，H极管 Q1的发射集与其基极、W及Mn2的源极相连，H极管Q2的发射集与其基极相连接，并通过电 阻R1和Mn3的源极相连，H极管Q1、Q2采用同类型PNP H极管。
4. 根据权利要求3所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，所述负温度 系数电流产生电路（3 )包括；P型M0S管Mp6、Mp7、Mp8、Mp9，N型M0S管Mn6、Mn7，电阻R2 ; Mp6的源极接电源端、漏极接Mp7的源极、Mp6的栅极接所述第二信号端（7) ;Mp7的漏极接 Mn7的漏极、栅极接所述第H信号端（8)，Mn7源极接Mn6的漏极、Mn7栅极接所述第四信号 端（10)，Mn6的源极通过电阻R2接地端、Mn6栅极接第一信号端（9) ;Mp8的源极接电源端， 其栅极与其漏极、Mp9的源极连接到第五信号端（13，Mp9的漏极接Mn6的源极，Mp9的栅极 连接到所述第H信号端（8)。
5. 根据权利要求4所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，所述零温度 系数电流产生电路（4)包括；P 型 MOS 管 MplO、Mpll、Mpl2, N 型 MOS 管 Mn8、Mn9，MplO、MPll 的源极与电源端相连，两者漏极相连并连接到Mpl2的源极；Mpl2的漏极与Mn9的漏极相 连，Mn9的源极与Mn8的漏极和栅极连接到第六信号端（11)，Mn8的源极接地端，Mpll的栅 极与第二信号端（7)连接，MplO的栅极与第五信号端（13)连接，Mpl2的栅极与第H信号端 (8)连接，Mn9的栅极与第四信号端（10)连接。
6. 根据权利要求5所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于，所述零温度 系数电流调节电路（5)中，通过并联连接一组或多组PM0S管和NM0S管，在并联连接的每一 个PM0S管的源极和电源端之间，W及并联连接的每一个NM0S管的源极和接地端之间分别 独立接入电烙丝，来调节提供给基准输出的温度系数电流。
7. 根据权利要求6所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于：所述零温度 系数电流调节电路（5)包括P型M0S管Mpl3、Mpl4、Mpl5、Mpl6, N型M0S管MnlO、Mnll、 Mnl2、Mnl3,电烙丝K1?K6,为下述电路连接结构；MnlO、Mnll、Mnl2相互并联，其源极分别通 过电烙丝K1、K2、K3接地端，栅极均连接到第六信号端（11)，漏极并接到Mnl3的源极；Mnl3 的漏极连接Mpl6的漏极，Mnl3的栅极连接到第四信号端（10)，Mpl6的栅极连接到第H信 号端（8) ;Mpl3、Mpl4、Mpl5相互并联，其源极分别通过电烙丝K4、K5、K6接电源端，栅极均 连接到第走信号端（12)，漏极并接到Mpl6的源极。
8. 根据权利要求7所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于：所述固定 温度系数电压合成电路（6)包括P型M0S管Mpl7、Mpl8、Mpl9、Mp20,电阻R3,其中，Mpl7、 Mpl8、Mpl9的源极均接电源端，漏极均连接到Mp20的源极，H者的栅极分别连接到第走信 号端（12)、第五信号端（13)、第二信号端（7);Mp20的栅极连接到第H信号端（8)，Mp20的漏 极通过电阻R3接地端，Mp20的漏极并连接到为参考电压化ef的输出端口。
9. 根据权利要求8所述的可固定温度系数的电压基准电路，其特征在于：所述电阻R1、 R2、R3采用同类型同尺寸电阻。
【文档编号】G05F1/567GK104460810SQ201410819566
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】包应江 申请人:武汉众为信息技术有限公司