[发明专利]一种高电源抑制比的双环控制带隙基准电路

说明书

一种高电源抑制比的双环控制带隙基准电路，属于电源管理技术领域。本发明提出双环控制模式产生带隙基准电压，第一个环路利用第一运算放大器的高增益特性保证第二NPN双极结型晶体管和第三NPN双极结型晶体管的集电极电位相同，从而产生温度特性准确的基准电压，第二个环路在基准建立好后利用第二运算放大器的负反馈特性产生与电源电压波动无关的局部电源电压，使电源电压的扰动被负反馈隔离，从而提升了基准电路的电源抑制比。本发明在确保基准电压的准确性的同时也获得了高的电源抑制比，实现了变化率为20.38ppm/℃的基准电压的输出。

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种双环控制的带隙基准电路，具有较高的电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio , PSRR）。

背景技术

模拟电路广泛应用各种基准电压和基准电流作为电路的信号偏置。所谓基准，是指不受电源变化影响且与绝对温度具有特定变化关系的电流或者直流电压。在数模混合电路中，电源电压波动较大，所以核心电路的局部电源电压一般采用由基准电路产生的低灵敏度电压。由于大多数工艺参数是随着温度变化的，所以为保证所需偏置电压或电流不受环境温度影响，需要带隙基准电路的设计来控制。

早已有研究证明，双极晶体管的物理参数最具实验重复性且同时拥有正负温度系数的参量，所以与温度相关的基准电路一般由双极晶体管组成。双极晶体管由两个PN结组成，其中PN结的正向压降即基极-发射极电压V_BE与温度T成反比例系数且满足：

其中V_BE指双极晶体管基极-发射极电压；m为双极晶体管中载流子迁移率随温度变化的参数；V_T指双极晶体管的阈值电压且V_T=kT/q；Eg指硅的带隙能量且Eg≈1.12eV；q指单个电子的电荷量；指对V_BE求T的偏导数；k指玻尔兹曼常数

由此得知，V_BE与温度成反比例关系且和V_BE自身大小有关。两个双极晶体管工作在不同的集电极或发射极电流下时，它们的基极-发射极电压V_BE的差值△V_BE与温度成正比例关系，且满足：

其中n指两个双极晶体管集电极面积的比值，将上述两个与温度呈相反趋势变化的物理参量以一定比例系数连接即可产生与温度无关的物理参量即基准电压V_ref：

其中、指任意参数。传统的带隙基准电路如图1所示，运算放大器A₀提供大的环路增益，当其输出建立时，差分运算放大器A₀的两个输入极被钳位至相同电位，所以Q1和Q2基极-发射极电压的差值△V_BE为电阻R_PTAT上的压降，得到基准电压V_ref，且满足 ，V_BE2是Q2的基极-发射极电压。通过设计电阻阻值和n的取值，得到基准电压。然而这种单环控制的带隙基准电路在输入电源电压发生变化时，基准电压会直接受到电源纹波的影响，从而导致基准电压的漂移，电路电源抑制比差。

发明内容

针对传统单环控制的带隙基准电路产生的基准电压受电源纹波影响导致电源抑制比差的问题，本发明提出一种双环控制的带隙基准电路，第一个环路利用运放的高增益特性保证第二NPN双极结型晶体管NPN2和第三NPN双极结型晶体管NPN3的集电极电位相同从而产生温度特性准确的基准电压，第二个环路在基准建立好后利用运放的负反馈特性产生与输入电源电压波动无关的局部电源电压，使输入电源电压的扰动被负反馈隔离，从而提升了基准电路的电源抑制比。

本发明的技术方案为：