[发明专利]电压基准源电路及电压基准源生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及集成电路中的电压基准源。

背景技术

带隙电压基准源是模拟集成电路以及数模混合集成电路设计中重要的IP电路之一。其主要作用是在低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，简称“LDO”)，DC-DC(直流-直流转换)，模数转换器(Analog Digital Converter，简称“ADC”)/数模转换器(Digital Analog Converter，简称“DAC”)以及系统级芯片(System on Chip，简称“SoC”)系统中提供稳定的电压或电流，同时在精密测量仪表中也有广泛的应用。

现有的带隙电压基准源基于两个三极管基极-发射极电压差ΔV_BE产生正温度系数电压与三极管基极与发射极电压两端电压V_BE的负温度系数线性叠加的原理。随着电路设计中精度要求的不断提高，由于基准电压线性补偿后仍残留一定的温度系数，其温度系数指标难以满足高性能模拟电路的要求。因此采用高阶温度补偿技术实现较低温度系数的基准电压，高阶温度补偿一般是利用额外高阶补偿电路产生非线性正温度系数电压与一阶基准电压叠加以实现低温度系数的基准电路。

具体地说，在目前的一种方案中，采用了数字开关控制接入校准电路中的PMOS管(P型MOS管)的数目，调节分压管和控制管的等效沟道长度，从而获得低温度系数的参考电压。这种带隙电压基准源电路尽管能够达到较低的非线性温度系数，如：仿真结果10.6ppm/℃。但是由于运算放大器失调电压及其温度系数的影响，高精度系统中应用时必然会对基准电压的温度系数和精度产生严重的影响。与此同时，要得到精确的基准电压，就必须增加开关的数量来进行更为细致的沟道调控。这也增加了整个系统控制逻辑的复杂性以及芯片管角的数量。

在目前的另一种方案中，通过设计产生一阶、二阶、三阶正温度特性电流，通过比例叠加后转换为非线性正温度特性电压，从而对基准电压中非线性负温度系数进行抵消。其仿真最优温度系数为0.7ppm/℃，尽管该结构能够实现温度系数为亚1ppm/℃量级的基准电压，但是其温度系数稳定性随着工艺角的变化，高阶正温度特性电流发生较大的变化，由于其比例是固定的，因此其叠加之后的非线性正温度特性与理想值相比较会发生很大的偏差，无法进行高阶自适应温度补偿，且由于运放的非理想特性，会使基准电压温度系数进一步退化，同时也会影响输出电压的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压基准源电路及电压基准源生成方法，以较简单的结构实现具有超低温度系数并且温度系数较为稳定的电压基准源。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电压基准源电路，包含：

基准核心电路，用于生成正温度系数电流；

高阶温度系数补偿电路，用于生成电流大小随温度变化而变化的非线性正温度系数电流；

基准电压输出电路，用于将基准核心电路生成的正温度系数电流转换为正温度系数电压，并将一负温度系数电压与正温度系数电压进行叠加，得到一阶基准电压，将高阶温度系数补偿电路生成的非线性正温度系数电流转换为非线性正温度系数电压，并将转换的非线性正温度系数电压与一阶基准电压进行叠加，得到电压基准源。

本发明的实施方式还提供了一种电压基准源生成方法，包含以下步骤：

生成正温度系数电流和负温度系数电压；

将生成的正温度系数电流转换为正温度系数电压，并将生成的负温度系数电压与转换后的正温度系数电压进行叠加，得到一阶基准电压；

生成电流大小随温度变化而变化的非线性正温度系数电流；

将生成的非线性正温度系数电流转换为非线性正温度系数电压，并将转换的非线性正温度系数电压与一阶基准电压进行叠加，得到电压基准源。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

通过高阶温度系数补偿电路产生一种自适应非线性PTAT(正温度系数)电流，将该电流转化为一自适应非线性PTAT电压后与一阶基准电压进行叠加，产生一种近似零温度系数的基准电压，作为电压基准源。由于该非线性自适应PTAT电压对一阶基准电压中的非线性负温度系数进行了抵消，从而使得电压基准源具有更低的温度系数。也就是说，高阶温度补偿技术在保留了一阶基准原有特性的基础上，具有自适应非线性温度系数补偿特性，极大地改善了电压基准源的温度系数。而且，结构简单易于集成，补偿支路稳定性较好，且对电压基准源初始精度影响较小。