[发明专利]一种带隙基准源产生装置

说明书

技术领域

本发明属于模拟电路领域，特别涉及一种CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)装置，该装置产生与电源电压、温度无关的带隙基准源。

背景技术：

输出不随电源电压和温度变化的基准源产生装置在数据转换系统和稳压系统中应用非常广泛。相比于其他基准源产生装置，带隙基准源产生装置由于具有以下优点：与标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)工艺完全兼容；可以工作于低电源电压下；温度漂移、噪声和电源电压抑制比(Power Supply RejectRatio，简称PSRR)等性能能够满足大部分系统的要求，成为设计基准源产生装置的第一选择。在数据转换系统和稳压系统中，带隙基准源的温度漂移特性、噪声和PSRR性能直接影响了整体电路的性能。由于数据转换系统和稳压系统的精度越来越高，对其中的带隙基准源的温度漂移特性、噪声和PSRR性能的要求也越来越高。由于传统的带隙基准源产生装置输出的基准源大约为1.25-V(Volt，伏特)，而实际系统中应用到的基准源并不是这个值，所以需要另外加入一个同相电压放大器进行直流电平转换。由于同相电压放大器中的运算放大器存在随温度变化的输入失调电压，进行直流电平转换后的基准源的直流电压值和温度漂移特性都会受到影响。当前的CMOS带隙基准源产生装置中，许多技术通过采用电流模结构突破了传统CMOS带隙基准源产生装置对输出基准源的限制，如H.Banba等人公开的题为“一个工作在1-V以下的CMOS带隙基准源电路”文献(美国电机电子工程师协会 固态电子线路杂志，1999，34(5)：670-674)。(“A CMOS Bandgap ReferenceCircuit with Sub-1-V Operation，”IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.34，pp.670-674，May 1999)。这类装置将两个具有相反温度系数的电压相加转化为两个具有相反温度系数的电流的相加。相加后的与电源电压、温度无关的电流在电阻器上产生与电源电压、温度无关的电压基准源。因为电阻器的阻值可调，这类装置输出的基准源也是可调的。上述装置在改进带隙基准源的同时也会引入其他的问题。

上述电流模结构装置的不足之处表现在以下几个方面：第一，没有考虑电流模结构引入的系统失配。这种系统失配会影响基准源的温度漂移特性而且不能通过后端版图设计进行消除。第二，这类电流模装置需要在传统的CMOS带隙基准源产生装置的基础上增加若干个支路，这会增加装置的功耗。第三，该装置中，输出的基准源在反馈环路以外，由于有一个支路没有反馈环的抑制作用，装置的噪声和PSRR性能将会变差。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种带隙基准源产生装置。该装置采用CMOS实现，在一些应用环境下不需要同相电压放大器进行直流电平转换，从而不会引入额外的失调电压。在此基础上同时提高了带隙基准源的温度漂移、噪声和PSRR特性。

本发明提出的一种带隙基准源产生装置，其特征在于，由带隙基准源产生电路和启动电路两部分组成，其中，带隙基准源产生电路的输出端与启动电路输入端相连；所述带隙基准源产生电路包括：一个单端输出OTA，两个PMOS管M1、M2，两个电容器C1、C2，五个电阻器R1、R2A、R2B、R3A、R3B和两个BJT管Q1、Q2；各个器件的连接关系如下：两个PMOS管M1、M2的源极和衬底都接在电源VDD上，PMOS管M1、M2的栅极连在一起，并且与单端输出OTA的输出端、电容器C1、C2的一端相连；M1管的漏极、单端输出OTA的正相输入端、电阻器R3A的一端和电容器C1的另一端在节点C点相连；M2的漏极、单端输出OTA的负相输入端、电阻器R3B的一端和电容器C2的另一端在节点D相连；电阻器R3A的另一端、电阻器R2A的一端和电阻器R1的一端在节点A相连；电阻器R3B的另一端、电阻器R2B的一端和BJT管Q2的发射极在节点B相连；电阻器R2A的另一端与电阻器R2B的另一端分别接地GND；电阻器R1的另一端与BJT管Q1的发射极相连；BJT管Q1、Q2的基极和集电极都接地GND；输出的带隙基准源V_REF在节点D引出；

所述PMOS管M1、M2的宽长比相等；电阻器R2A、R2B的阻值相等，电阻器R3A、R3B的阻值相等；