基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路

本发明涉及电压基准电路，特别涉及一种基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路。

背景技术：

1、电压基准源为其他电路提供稳定，不受工艺、电压、温度(pvt)变化的电压参考，广泛的应用于开关电源、模数转化器、线性稳压源等电路。随着信息时代的发展，尤其是在航天探索，能源勘探领域中，其需要工作设备在更宽的温度范围内正常工作，部分达到200℃以上或零下60℃，这对基准电路设计提出了挑战。目前，主流设计主要能覆盖-40℃到125℃温度工作范围，而在更高或更低的温度下，其温度曲线变得十分恶劣。而现有的针对高温工作温度下的电压基准源其温度系数一般在100ppm/℃以上，且功耗相对较大，在100μw左右。故需要一种可以应用于更宽范围且有较低温度系数的电压基准电路。

2、针对以上需求，采用高阶补偿可以实现低温度系数，与一般的基准电路相比，高阶补偿是通过对基准源随温度函数的高阶项进行补偿，消除输出电压对温度的一阶导系数甚至更高阶系数，实现更低的温度系数。高阶补偿需要根据不同器件其随温度变化的特性曲线的互补性实现更低的温度系数，为实现这一目的，通常需要引入更多的回路使得整体功耗提高较高，同时也增加了版图面积。

3、针对于更广泛的应用范围，以及针对pvt的影响，许多设计采用三极管集成cmos实现减小对pvt的影响。但在先进制程下，三极管的温度特性严重恶化，不适用于宽温度范围。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，通过电阻阵列实现对基准源进行修调的仅采用cmos的电压基准电路，并通过内环的电阻高阶补偿实现低功耗和低温度系数。

2、本发明实施例提供一种基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，包括：启动电路及偏置电路，用于进行电路的上电启动和提供偏置电压；

3、运算放大电路，用于实现输入的同向端和反向端锁定电压；

4、运算放大电路；所述运算放大电路包括第一n型三极管mn1、第二n型三极管mn2、第五n型三极管mn5、第三p型三极管mp3、第四p型三极管mp4、环路补偿电阻r1、环路补偿电容c1；用于利用运放的虚短特性对ztc-mos高阶补偿，其中第一n型三极管mn1、第二n型三极管mn2组成差分对管，环路补偿电阻r1和环路补偿电容c1为环路补偿阻容，第三p型三极管mp3和第四p型三极管mp4为电流镜负载，用于进行双端输入转单端输出、第五n型三极管mn5为尾电流源，用于定义运算放大电路的电流值；

5、电阻及ztc-mos补偿电路，所述电阻及ztc-mos补偿电路包括：mnx、第一p型三极管mp1、第二p型三极管mp2、第一调节电阻ra1、第二调节电阻ra2、第三调节电阻ra3；mnx的栅端和ra1分别接在运放的两个输入端，通过第一调节电阻ra1定义mnx的栅端电压，同时通过第一p型三极管mp1、第二p型三极管mp2两个电流源为mnx提供电流值，通过第一调节电阻ra1和mnx之间的高阶补偿实现具有低温漂系数输出的电压基准源，通过第二调节电阻ra2、第三调节电阻ra3调整mnx的源漏端电压以及调整输出电压基准值；

6、电阻阵列修调电路，用于通过三位修调点并通过三八译码器以及电阻开关阵列实现对第一调节电阻ra1、第二调节电阻ra2、第三调节电阻ra3的八位精度修调，实现对pvt影响的减弱。。

7、在本发明的一个实施例中，在所述启动电路及偏置电路中，所述启动电路包括第六n型三极管mn6、第七n型三极管mn7、第七p型三极管mp7，所述偏置电路包括第三n型三极管mn3、第四n型三极管mn4、第五p型三极管mp5、第六p型三极管mp6、偏置调节电阻r2，其中，第七p型三极管mp7的源端接电源，栅端和漏端短接并与第六n型三极管mn6的栅端以及第七n型三极管mn7的漏端连接，在启动时第六n型三极管mn6的栅端开始充电直至导通，第六n型三极管mn6的源端为第四n型三极管mn4、第五n型三极管mn5提供上电时的偏置电压，加速启动；当电路启动完毕后，第七n型三极管mn7管导通，以避免第六n型三极管mn6管源端电压持续上升，第三n型三极管mn3、第四n型三极管mn4、第五p型三极管mp5、第六p型三极管mp6为电流源接法，并通过偏置调节电阻r2调整偏置电路的偏置点，为第五n型三极管mn5提供栅极电压偏置。

8、在本发明的一个实施例中，所述运算放大电路包括第一n型三极管mn1、第二n型三极管mn2、第五n型三极管mn5、第三p型三极管mp3、第四p型三极管mp4、环路补偿电阻r1、环路补偿电容c1；用于利用运放的虚短特性对ztc-mos高阶补偿，其中第一n型三极管mn1、第二n型三极管mn2组成差分对管，环路补偿电阻r1和环路补偿电容c1为环路补偿阻容，三p型三极管mp3和第四p型三极管mp4为电流镜负载，用于进行双端输入转单端输出、第五n型三极管mn5为尾电流源，用于定义运算放大电路的电流值。

9、本发明实施例的基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，具有以下有益效果：

10、(1)提出了基于环路内正负温度系数电阻的高阶补偿结构，实现了兼顾高阶补偿和低温度系数的优点，并避免了添加额外回路导致的功耗增加；

11、(2)实现环路内基于电阻阵列的可配置补偿方法，实现了更宽温度范围下的稳定电压输出，在更广温度下的自适应调节可动态补偿恶劣环境温度变化对电路的影响。

12、(3)采用电阻阵列修调结构，实现了对pvt影响的有效减弱，解决了工艺中电阻波动大对电路的影响。

13、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于片上环路高阶补偿的内环电阻高阶补偿电路，属于电压基准电路领域，通过电阻阵列实现对基准源进行修调的仅采用CMOS的电压基准电路，并通过内环的电阻高阶补偿实现低功耗和低温度系数，以恶劣环境开关电源电路作为典型应用，该拓扑结构提出的内环电阻高阶补偿可以显著降低温度系数，实现宽温度范围下工作。

技术研发人员：方中元,樊浩男,范王琛,陈明刚,李泳佳,钱钦松,徐申,孙伟锋
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16