[发明专利]一种二阶补偿基准电压产生电路

说明书

技术领域

本发明涉及微电子电路技术领域，特别涉及一种高精度、低温度系数的BiCMOS(双极互补金属氧化物半导体)基准电压源电路。

背景技术

基准源通常是指在电路中做电压基准和电流基准的精准、稳定的信号源。随着集成电路产业的不断发展，高性能模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、电源管理等集成电路芯片设计中，高精度、低温度系数、高稳定的基准源设计十分关键。

典型的CMOS（互补金属氧化物半导体）帯隙基准源的工作原理是：利用CMOS工艺中寄生双极晶体管的具有负温度系数的基极-发射极电压V_BE和在不同电流密度下具有正温度系数的基极-发射级电压的差值△V_BE以适当的权值相加，从而达到零温度系数的目的。衡量电压基准源的一个重要的指标是温度系数TC(Temperature Coefficient)，其表达式为：

ppm/℃(其中ppm为百万分之一)

其中，V_max和V_min分别表示基准电压最大值和最小值，V_average表示基准电压平均值，T_max和T_min分别表示温度最高值和最低值。

典型的一阶补偿基准源电路结构如图1所示。其中，运算放大器OTA所形成的反馈环路迫使其正负输入端的电压维持相等，假设双极晶体管Q1、Q2的发射结面积比为N，则Q1、Q2的基极-发射级电压差为所以流过电阻R₁、R₂两条支路的电流相等，且均与绝对温度成正比（PTAT），即由此可以得出基准电压

Vref=VBE2+R2R1kTq1n(N)]]>

其中，V_BE2为晶体管Q2的基极-发射级电压，k为玻尔兹曼常数，q是电子电量，T为绝对温度。

由于双极晶体管的基极-发射级电压V_BE具有负温度系数，约为-2mV/℃，而△V_BE具有正温度系数，约为0.085mV/℃。因此，适当地选择电阻比值R₂/R₁和晶体管Q1、Q2的发射结面积比N，可以使V_ref中温度的一阶项相互抵消，得到一个低温度系数的基准电压V_ref，典型一阶补偿的温度系数一般在10～50ppm/℃。由此可见，典型帯隙基准源仅对基极-发射级电压V_BE的一阶线性部分进行补偿，因而精度有限，无法满足高精度模拟电路和数模混合电路对基准电压的要求。

为了克服一阶温度补偿基准源的稳定性和精确性的限制，科研人员提出了多种高阶补偿技术以获得高精度、高稳定性的基准电压，如分段曲率校正、指数温度补偿以及温度的二阶补偿等曲率补偿技术，其温度系数约为3～10ppm/℃，使得基准源性能得到大幅提升。然而这些技术都是基于标准CMOS工艺的二阶补偿电路，由于采用复杂的电路结构，使得基准源占用芯片面积大，且由于器件失配引起输出电压的稳定性变差。

发明内容

本发明提供了一种二阶补偿基准电压产生电路，本发明降低了基准电路的复杂度，提高了基准电压的稳定性，满足了高性能模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）以及其它高性能集成电路的应用，详见下文描述：