一种电压基准源的制作方法

本发明实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种电压基准源。

背景技术：

电压基准源是集成电路极为重要的组成部分，广泛应用于振荡器、锁相环、电源管理和数据转换器等各种模拟和数模混合集成电路中，其基准电压的精度很大程度上决定了系统性能的优劣。

图1为传统的电压基准源，参见图1，现有的电压基准源包括第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和运算放大器11，第一三级管q1的第一极与第一电阻r1的第一端连接，第一三极管q1的第二极接地，第一三极管q1的基极与第一三极管q1的第一极连接；第一电阻r1的第一端与运算放大器11的同向输入端连接，第一电阻r1的第二端与电压基准源的输出端连接；第二三极管q2的第一极与第三电阻r3的第一端连接，第二三极管q2的第二极接地，第二三极管q2的基极与第二三极管q2的第一极连接；第二电阻r2的第一端与第三电阻r3的第二端连接，第二电阻r2的第二端与电压基准源的输出端连接；运算放大器11的反向输出端与第二电阻r2的第一端连接，运算放大器11的输出端与电压基准源的输出端连接。

但是，由于现有的电压基准源运用了运算放大器11，而运算放大11是有失调的，假设运算放大器11的失调电压为vos，则电压基准源的输出电压vout为：

vout＝vbe2+(r2+r3)*(vbe1-vos-vbe2)/r3

其中，vbe1表示第一三级管q1基极和发射极之间的电压，vbe2表示第二三级管q2基极和发射极之间的电压。由此可知，运算放大器11的失调电压被放大了(1+r2/r3)倍，电压基准源的输出电压失调严重，精度差。此外，由于运算放大器的面积较大，使电压基准源的面积大。

技术实现要素：

本发明提供了一种电压基准源，以减小电压基准源的失调和面积。

本发明实施例提供了一种电压基准源，包括电流镜、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；

所述电流镜包括第一电流输出端、第二电流输出端和第三电流输出端；

所述第一三极管的第一极与所述第一电流输出端连接，所述第一三极管的第二极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与第一电源连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电流输出端以及所述电压基准源的输出端连接；

所述第二三极管的第一极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二三极管的第二极与所述第一电源连接，所述第二三极管的基极与所述第三三极管的基极连接；

所述第三三极管的第一极及其基极与所述第三电流输出端连接，所述第三三极管的第二极与所述第一电阻的第一端连接。

可选的，所述电流镜包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；

所述第一晶体管的第一极与所述第二电源连接，所述第一晶体管的第二极与所述第一三极管的第一极连接，所述第一晶体管的栅极与其第二极、所述第二晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极连接；

所述第二晶体管的第一极与所述第二电源连接，所述第二晶体管的第二极与所述第二电阻的第二端连接；

所述第三晶体管的第一极与所述第二电源连接，所述第三晶体管的第二极与所述第三三极管的第一极连接。

可选的，该电压基准源还包括启动电路，所述启动电路的第一输入端与所述第一电源连接，第二输入端与所述第二电源连接，输出端与所述第一晶体管的栅极连接，用于控制所述电流镜启动工作。

可选的，所述启动电路包括第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和第九晶体管；

所述第四晶体管的第一极与所述第二电源连接，所述第四晶体管的第二极与所述第五晶体管的第二极连接，所述第四晶体管的栅极与所述第一电源连接；

所述第五晶体管的栅极以及第一极与所述第一电源连接；

所述第六晶体管的第一极与所述第一电源连接，所述第六晶体管的第二极与所述第一晶体管的第二极连接，所述第六晶体管的栅极与所述第四晶体管的第二极连接；

所述第七晶体管的第一极与所述第二电源连接，所述第七晶体管的第二极与所述第八晶体管的第二极连接，所述第七晶体管的栅极与所述第六晶体管的第二极连接；

所述第八晶体管的第一极与所述第一电源连接，所述第八晶体管的第二极与其栅极连接，所述第八晶体管的栅极与所述第九晶体管的栅极连接；

所述第九晶体管的第一极与所述第一电源连接，所述第九晶体管的第二极与所述第四晶体管的第二极连接。

可选的，所述第四晶体管和所述第七晶体管的导电沟道相同；

所述第五晶体管、所述第六晶体管、所述第八晶体管和所述第九晶体管的导电沟道相同，并且与所述第四晶体管的导电沟道不同。

可选的，所述电流镜还包括第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管和第三电阻；

所述第一晶体管通过所述第十晶体管与所述第一三极管连接，所述第二晶体管通过所述第十一晶体管与所述第二三极管连接，所述第三晶体管通过所述第十二晶体管与所述第三三极管连接；

其中，所述第十晶体管的第一极与所述第一晶体管的第二极连接，所述第十晶体管的第二极与所述第一晶体管的栅极以及所述第三电阻的第一端连接，所述第十晶体管的栅极与所述第十一晶体管的栅极以及所述第十二晶体管的栅极连接；

所述第十一晶体管的第一极与所述第二晶体管的第二极连接，所述第十一晶体管的第二极与所述第二电阻的第二端连接；

所述第十二晶体管的第一极与所述第三晶体管的第二极连接，所述第十二晶体管的第二极与所述第三三极管的第一极连接；

所述第三电阻的第二端与所述第十晶体管的栅极以及所述第一三极管的第一极连接。

可选的，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第十晶体管、所述第十一晶体管和所述第十二晶体管的导电沟道相同。

可选的，第一电源的电压为负电压或接地电压，所述第二电源的电压为正电压。

可选的，所述第一晶体管的宽长比、所述第二晶体管的宽长比和所述第三晶体管的宽长比相等。

可选的，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管为p型晶体管；所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管为npn型三极管。

本发明实施例通过设置电流镜包括第一电流输出端、第二电流输出端和第三电流输出端；设置第一三极管的第一极与第一电流输出端连接，第一三极管的第二极与第一电阻的第一端连接，第一三极管的基极与第二电阻的第一端连接；第一电阻的第二端与第一电源连接，第二电阻的第二端与第二电流输出端以及电压基准源的输出端连接；第二三极管的第一极与第二电阻的第一端连接，第二三极管的第二极与第一电源连接，第二三极管的基极与第三三极管的基极连接；第三三极管的第一极及其基极与第三电流输出端连接，第三三极管的第二极与第一电阻的第一端连接。本发明实施例提供的电压基准源，不使用运算放大器，解决了现有电压基准源失调大、面积大的问题，减小了电压基准源失调和面积。

附图说明

图1为现有技术的一种传统基准电压源的电路框图；

图2是本发明实施例一提供的一种基准电压源的电路框图；

图3是本发明实施例二提供的一种基准电压源的电路框图；

图4是本发明实施例三提供的一种基准电压源的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2是本发明实施例一提供的一种基准电压源的电路框图，参见图2，该基准电压源包括电流镜110、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、第一电阻r1和第二电阻r2；

电流镜110包括第一电流输出端out1、第二电流输出端out2和第三电流输出端out3；

第一三极管q1的第一极与第一电流输出端out1连接，第一三极管q1的第二极与第一电阻r1的第一端连接，第一三极管q1的基极与第二电阻r2的第一端连接；

第一电阻r1的第二端与第一电源连接，第二电阻r2的第二端与第二电流输出端out2以及电压基准源的输出端out连接；

第二三极管q2的第一极与第二电阻r2的第一端连接，第二三极管q2的第二极与第一电源连接，第二三极管q2的基极与第三三极管q3的基极连接；

第三三极管q3的第一极及其基极与第三电流out3输出端连接，第三三极管q3的第二极与第一电阻r1的第一端连接。

在图2中，示例性的，第一电源的电压为接地电压gnd，这仅是本发明的一个具体示例，而非对本发明的限制，可选的，第一电源的电压还可以为负电压。

该电压基准源的工作过程为：假设电流镜110产生的基准电流为i，则电流镜110的第一电流输出端out1、第二电流输出端out2和第三电流输出端out3输出的电流均为i，则流过第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3的电流均为i，流过第二电阻r2的电流为i，流过第一电阻r1的电流为2i。根据第一电阻r1两端的电压为vbe2-vbe3，可以得出，基准电流i满足：

电压基准源的输出电压vout满足：

其中，vbe1表示第一三级管q1基极和发射极之间的电压，vbe2表示第二三级管q2基极和发射极之间的电压，vbe3表示第三三级管q3基极和发射极之间的电压。

该电压基准源的正温度系数的电压vp如下式所示：

其中，n为第二三极管q2与第三三极管q3发射极的面积比，k为玻尔兹曼常数，q为单位电荷的电量，vt为正温度系数。可以得出，电压基准源的输出电压vout满足：

因此，通过调节第二电阻r2和第一电阻r1的关系可以得到零温度系数的基准电压源，抑制基准电压源的温漂。

本发明实施例通过设置电流镜110包括第一电流输出端out1、第二电流输出端out2和第三电流输出端out3；第一三极管q1的第一极与第一电流输出端out1连接，第一三极管q1的第二极与第一电阻r1的第一端连接，第一三极管q1的基极与第二电阻r2的第一端连接；第一电阻r1的第二端与第一电源连接，第二电阻r2的第二端与第二电流输出端out2以及电压基准源的输出端out连接；第二三极管q2的第一极与第二电阻r2的第一端连接，第二三极管q2的第二极与第一电源连接，第二三极管q2的基极与第三三极管q3的基极连接；第三三极管q3的第一极及其基极与第三电流out3输出端连接，第三三极管q3的第二极与第一电阻r1的第一端连接，由于该电压基准源未使用运算放大器，使输出电压vout没有失调，且电压基准源面积小。本发明实施例解决了现有电压基准源失调大、面积大的问题，实现了减小电压基准源的失调，且减小了电压基准源的面积。同时，通过节第二电阻r2和第一电阻r1的关系可以得到零温度系数的基准电压源。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种电压基准源的电路框图，参见图3，在上述各实施例的基础上，进一步地，该电压基准源还可以为：

电流镜110包括第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3；

第一晶体管m1的第一极与第二电源连接，第一晶体管m2的第二极与第一三极管m3的第一极连接，第一晶体管m1的栅极与其第二极、第二晶体管m2的栅极和第三晶体管m3的栅极连接；

第二晶体管m2的第一极与第二电源连接，第二晶体管m2的第二极与第二电阻r2的第二端连接；

第三晶体管m3的第一极与第二电源连接，第三晶体管m3的的第二极与第三三极管m3的第一极连接。

其中，可选的，第一晶体管m1的宽长比、第二晶体管m2的宽长比和第三晶体管m3的宽长比相等，因此，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3的电流比为1:1:1。这仅是本发明实施例的一个具体示例，而非对本发明的限制，可以将晶体管设置不同的宽长比。

可选的，该电压基准源还包括启动电路120，启动电路120的第一输入端in1与第一电源连接，第二输入端in2与第二电源连接，输出端out4与第一晶体管m1的栅极连接，用于控制电流镜110启动工作。

在图2中，示例性的，第一电源的电压为接地电压gnd，第二电源的电压为正电压vdd，这仅是本发明的一个具体示例，而非对本发明的限制，可选的，第一电源的电压还可以为负电压。

该电压基准源的工作过程为：当启动电路120的输出端out4输出低电平，电流镜110的偏置电压开始建立。启动电路120的输出端out4与第一晶体管m1的栅极连接，因此第一晶体管m1第一极向第二极流过电流，假设电流为i；第一晶体管m1和第二晶体管m2形成镜像，流过第二晶体管m2的电流为i，第一晶体管m1和第三晶体管m3形成镜像，流过第三晶体管m3的电流为i，电流镜110启动完成。由此可得，流过第一流过第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3的电流均为i，流过第二电阻r2的电流为i，流过第一电阻r1的电流为2i。根据第一电阻r1两端的电压为vbe2-vbe3，可以得出，电流i满足：

电压基准源的输出电压vout满足：

其中，vbe1表示第一三级管q1基极和发射极之间的电压，vbe2表示第二三级管q2基极和发射极之间的电压vbe3表示第三三级管q3基极和发射极之间的电压。

该电压基准源的正温度系数的电压vp如下式所示：

其中，n为第二三极管q2与第三三极管q3发射极的面积比，k为玻尔兹曼常数，q为单位电荷的电量，vt为正温度系数。可以得出，电压基准源的输出电压vout满足：

因此，通过调节第二电阻r2和第一电阻r1的关系可以得到零温度系数的基准电压源。

本发明实施例在上述各实施例的基础上，通过设置电流镜110包括第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3；第一晶体管m1的第一极与第二电源连接，第一晶体管m2的第二极与第一三极管m3的第一极连接，第一晶体管m1的栅极与其第二极、第二晶体管m2的栅极和第三晶体管m3的栅极连接；第二晶体管m2的第一极与第二电源连接，第二晶体管m2的第二极与第二电阻r2的第二端连接；第三晶体管m3的第一极与第二电源连接，第三晶体管m3的的第二极与第三三极管m3的第一极连接，且设置电压基准源还包括启动电路120，启动电路120的第一输入端in1与第一电源连接，第二输入端in2与第二电源连接，输出端out4与第一晶体管m1的栅极连接，实现了控制电流镜110启动工作，产生基准电流i，输出电压为vout。由于该电压基准源未使用运算放大器，使输出电压vout失调很小，且电压基准源面积小。本发明实施例解决了现有电压基准源失调大、面积大的问题，实现了减小电压基准源失调，且减小了电压基准源的面积。同时，通过节第二电阻r2和第一电阻r1的关系可以得到零温度系数的基准电压源。

在图3中，示例性地，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3为p型晶体管；第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3为npn型三极管，这仅是本发明的一个具体示例，而非对本发明的限制，可选的，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3为n型晶体管；第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3为pnp型三极管。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的电压基准源的电路框图，参见图4，在上述各实施例的基础上，进一步地，该电压基准源还可以为：

启动电路120包括第四晶体管m4、第五晶体管m5、第六晶体管m6、第七晶体管m7、第八晶体管m8和第九晶体管m9；

第四晶体管m4的第一极与第二电源连接，第四晶体管m4的第二极与第五晶体管m5的第二极连接，第四晶体管m4的栅极与第一电源连接；

第五晶体管m5的栅极以及第一极与第一电源连接；

第六晶体管m6的第一极与第一电源连接，第六晶体管m6的第二极与第一晶体管m1的第二极连接，第六晶体管m6的栅极与第四晶体管m4的第二极连接；

第七晶体管m7的第一极与第二电源连接，第七晶体管m7的第二极与第八晶体管m8的第二极连接，第七晶体管m7的栅极与第六晶体管m6的第二极连接；

第八晶体管m8的第一极与第一电源连接，第八晶体管m8的第二极与其栅极连接，第八晶体管m8的栅极与第九晶体管m9的栅极连接；

第九晶体管m9的第一极与第一电源连接，第九晶体管m9的第二极与第四晶体管m4的第二极连接。

可选的，第四晶体管m4和第七晶体管m7的导电沟道相同；第五晶体管m5、第六晶体管m6、第八晶体管m8和第九晶体管m9的导电沟道相同，并且与第四晶体管m4的导电沟道不同。在图4中，示例性的，第四晶体管m4和第七晶体管m7为p型晶体管，第五晶体管m5、第六晶体管m6、第八晶体管m8和第九晶体管m9为n型晶体管，这仅是本发明实施例的一个具体示例，而非对本发明的限制，可选的，第四晶体管m4和第七晶体管m7可以为n型晶体管，第五晶体管m5、第六晶体管m6、第八晶体管m8和第九晶体管m9可以为p型晶体管。

该启动电路120的工作过程为：由于第四晶体管m4的第一极与第二电源连接，第二电源为正电压vdd，第四晶体管m4和第五晶体管m5的栅极与第一电源连接，第一电源为接地电压gnd，上电后，第四晶体管m4导通，第一节点n1的起始电压为第一电源的电压vdd，第六晶体管m6导通，第六晶体管m6的第二极电压下拉至接地电压gnd，即第二节点n2的电压下拉至接地电压gnd，第一晶体管m1的第二极电压下拉至接地电压gnd，第一晶体管m1导通，电流镜110启动工作。

电流镜110启动工作后，当第二节点n2的电压低于vdd-vth，其中vth为第七晶体管m7的阈值电压，第七晶体管m7导通，第八晶体管m8和第九晶体管m9导通，第一节点n1的电压下拉至接地电压gnd，启动电路120关闭，该电压基准源启动完成。

需要说明的是，本实施例在实施例二的基础上，仅仅给出了一种启动电路120的具体示例和工作原理，使电压基准源实现启动，而本实施例提供的电压基准源与实施例二提供的电压基准源的工作原理类似，在此不再赘述。

请继续参见图4，在上述各实施例的基础上，可选的，该电压基准源还可以为：

电流镜110还包括第十晶体管m10、第十一晶体管m11、第十二晶体管m12和第三电阻r3；第一晶体管m1通过第十晶体管m10与第一三极管q1连接，第二晶体管m2通过第十一晶体管m11与第二三极管q2连接，第三晶体管m3通过第十二晶体管m12与第三三极管q3连接；

其中，第十晶体管m10的第一极与第一晶体管m1的第二极连接，第十晶体管m10的第二极与第一晶体管m1的栅极以及第三电阻r3的第一端连接，第十晶体管m10的栅极与第十一晶体管m11的栅极以及第十二晶体管m12的栅极连接；第十一晶体管m11的第一极与第二晶体管m2的第二极连接，第十一晶体管m11的第二极与第二电阻r2的第二端连接；第十二晶体管m12的第一极与第三晶体管m3的第二极连接，第十二晶体管m12的第二极与第三三极管q3的第一极连接；第三电阻r3的第二端与第十晶体管m10的栅极以及第一三极管q1的第一极连接。

在本实施例中，通过设置电流镜110还包括第十晶体管m10、第十一晶体管m11、第十二晶体管m12和第三电阻r3，使第一晶体管m1和第十晶体管m10形成共源共栅结构，第二晶体管m2和第十一晶体管m11形成共源共栅结构，第三晶体管m3和第十二晶体管m12形成共源共栅结构，达到提高电流镜镜像的精度，更好地抑制第一电源的噪声，使电压基准源抗干扰能力更强的效果。

可选的，第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第十晶体管m10、第十一晶体管m11和第十二晶体管m12的导电沟道相同。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。