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专利号: 2015103722038
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,包括启动电路(1)、前调整器电路(2)、带隙基准电路(3)、低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)、高温区域分段线性温度补偿电路(6);

其中所述启动电路(1)的启动信号输出端分别接所述前调整器电路(2)、带隙基准电路(3)、低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)以及高温区域分段线性温度补偿电路(6)的启动信号输入端,所述带隙基准电路(3)的信号输出端分别接所述前调整器电路(2)、低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域

1.5

与绝对温度T 成正比的温度补偿电路(5)以及高温区域分段线性温度补偿电路(6)的信号输入端,所述前调整器电路(2)的电压信号输出端分别接所述带隙基准电路(3)、低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)以及高温区域分段线性温度补偿电路(6)的工作电源电压输入端,所述带隙基准电路(3)的输出电压信号接所述启动电路(1)的电压信号输入端;

所述启动电路(1)使得带隙基准参考电路正常工作,产生带隙基准电压输出,所述前调整器电路(2)用于提高带隙基准参考电路的电源抑制比,所述前调整器电路(2)的输出电压VREG作为所述带隙基准电路(3)、低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)以及高温区域分段线性温度补偿电路(6)的工作电源电压,所述带隙基准电路(3)产生低温度系数的带隙参考电压:正温度系数电压VPTAT和负温度系数电压VCTAT,所述低温区域分段线性温度补偿电路(4)产生低温区具有分段线性的电压VPC_Low,所述高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)产生与绝对温度T1.5成正比的电压 所述高温区域分段线性温度补偿电路(6)产生高温区具有分段线性的电压VPC_High,所述低温区域分段线性温度补偿电路(4)、高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)以及高温区域分段线性温度补偿电路(6)用于对所述带隙基准电路(3)进行温度补偿,即:将低温区具有分段线性的电压VPC_Low、与绝对温度T1.5成正比的电压 加入到带隙基准电路(3)产生的带隙参考电压中,并从带隙基准电路产生的带隙基准电压中抽去除高温区具有分段线性的电压VPC_High。

2.根据权利要求1所述的高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,

所述启动电路(1)包括:PMOS管Ms1、PMOS管Ms2、NMOS管Ms3、NMOS管Ms4、NMOS管Ms5、NMOS管Ms6以及NMOS管Ms7,其中PMOS管Ms1的源极与外部电源VDD相连,PMOS管Ms1的栅极与PMOS管Ms1的漏极以及PMOS管Ms2的源极相连,PMOS管Ms2的栅极与PMOS管Ms2的漏极、NMOS管Ms3的漏极、NMOS管Ms4的栅极、NMOS管Ms5的栅极、NMOS管Ms6的栅极以及NMOS管Ms7的栅极相连,NMOS管Ms3的源极与NMOS管Ms4的源极、NMOS管Ms5的源极、NMOS管Ms6的源极、NMOS管Ms7的源极以及外部地线GND相连;

所述前调整器电路(2)包括:PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6、NMOS管M7以及PMOS管M8,其中PMOS管M1的源极与外部电源VDD相连,PMOS管M1的栅极与PMOS管M1的漏极、PMOS管M2的栅极、NMOS管Ms4的漏极以及NMOS管M3的漏极相连,NMOS管M3的栅极与NMOS管M6的栅极、NMOS管M7的栅极、NMOS管M7的漏极以及PMOS管M8的漏极相连,NMOS管M3的源极与NMOS管M4的源极、NMOS管M6的源极、NMOS管M7的源极以及外部地线GND相连,PMOS管M2的源极与外部电源VDD相连,PMOS管M2的漏极与NMOS管M4的漏极、PMOS管M5的源极、PMOS管M8的源极、PMOS管M9的源极、PMOS管M10的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M12的源极、PMOS管M17的源极、PMOS管M18的源极、PMOS管M19的源极、PMOS管M20的源极、PMOS管M26的源极、PMOS管M27的源极、PMOS管M25的源极、PMOS管M28的源极、PMOS管M31的源极、PMOS管M32的源极、PMOS管M33的源极、PMOS管M36的源极以及PMOS管M37的源极相连,PMOS管M5的漏极与NMOS管M4的栅极以及NMOS管M6的漏极相连;

所述带隙基准电路(3)包括:PMOS管M9、PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M36、PMOS管M37、误差放大器A1、误差放大器A2、PNP型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2以及电阻R3,其中PMOS管M9的漏极与误差放大器A1的反向输入端以及PNP型三极管Q1的发射极相连,PMOS管M9的栅极与PMOS管M10的栅极、误差放大器A1的输出端、NMOS管Ms5的漏极、PMOS管M8的栅极、PMOS管M12的栅极、PMOS管M20的栅极、PMOS管M28的栅极以及PMOS管M36的栅极相连,PMOS管M10的漏极与PMOS管M5的栅极、误差放大器A1的正向输入端、误差放大器A2的反向输入端以及电阻R1相连,电阻R1的另一端与PNP型三极管Q2的发射极相连,PNP型三极管Q1的基极与PNP型三极管Q1的集电极、PNP型三极管Q2的基极、PNP型三极管Q2的集电极以及外部地线GND相连,PMOS管M11的栅极与误差放大器A2的输出端、NMOS管Ms6的漏极、PMOS管M17的栅极、PMOS管M31的栅极以及PMOS管M37的栅极相连,PMOS管M11的漏极与误差放大器A2的正向输入端以及电阻R2相连,电阻R2的另一端与外部地线GND相连,PMOS管M36的漏极与PMOS管M37的漏极、NMOS管Ms3的栅极、PMOS管M19的漏极、PMOS管M25的漏极、NMOS管M35的漏极、带隙基准参考电路的输出端VREF以及电阻R3相连,电阻R3的另一端与外部地线GND相连;

所述低温区域分段线性温度补偿电路(4)包括:PMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18以及PMOS管M19,其中PMOS管M12的漏极与NMOS管M13的漏极、NMOS管M13的栅极以及NMOS管M14的栅极相连,PMOS管M17的漏极与NMOS管M14的漏极、NMOS管M15的漏极、NMOS管M15的栅极以及NMOS管M16的栅极相连,PMOS管M18的漏极与PMOS管M18的栅极、PMOS管M19的栅极以及NMOS管M16的漏极相连,NMOS管M13的源极与NMOS管M14的源极、NMOS管M15的源极、NMOS管M16的源极以及外部地线GND相连;

所述高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)包括:PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、NMOS管M24、PMOS管M25、PMOS管M26以及PMOS管M27,其中PMOS管M20的漏极与NMOS管M21的漏极、NMOS管M21的栅极以及NMOS管M22的栅极相连,PMOS管M26的漏极与PMOS管M26的栅极、PMOS管M27的栅极、PMOS管M25的栅极、NMOS管Ms7的漏极以及NMOS管M23的漏极相连,NMOS管M23的栅极与NMOS管M24的栅极、NMOS管M24的漏极以及PMOS管M27的漏极相连,NMOS管M23的源极与NMOS管M22的漏极相连,NMOS管M21的源极与NMOS管M22的源极、NMOS管M24的源极以及外部地线GND相连;

所述高温区域分段线性温度补偿电路(6)包括:PMOS管M28、NMOS管M29、NMOS管M30、PMOS管M31、PMOS管M32、PMOS管M33、NMOS管M34以及NMOS管M35,其中PMOS管M28的漏极与NMOS管M29的漏极、NMOS管M29的栅极以及NMOS管M30的栅极相连,PMOS管M31的漏极与PMOS管M32的漏极、PMOS管M32的栅极、PMOS管M33的栅极以及NMOS管M30的漏极相连,PMOS管M33的漏极与NMOS管M34的漏极、NMOS管M34的栅极以及NMOS管M35的栅极相连,NMOS管M29的源极与NMOS管M30的源极、NMOS管M34的源极、NMOS管M35的源极以及外部地线GND相连。

3.根据权利要求2所述的高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,

所述带隙基准电路(3)中PMOS管M9与PMOS管M10具有相同的宽长比,PMOS管M10的漏极电流I10为: 式中,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,R1为电阻R1的阻值,N是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比;

PMOS管M11的漏极电流I11为: 式中,VEB1为PNP型三极管Q1的发射极-基极电压,R2为电阻R2的阻值;

所述低温区域分段线性温度补偿电路(4)中NMOS管M13与NMOS管M14具有相同的宽长比,NMOS管M15与NMOS管M16具有相同的宽长比,PMOS管M19的漏极电流I19在低温区具有温度分段线性特性,以补偿PNP型三极管Q1的发射极-基极电压VEB1低温区域的温度高阶非线性项,式中,β1为PMOS管M12与PMOS管M10的宽长比之比,β2为PMOS管M17与PMOS管M11的宽长比之比,β3为PMOS管M19与PMOS管M18的宽长比之比,VEB1为PNP型三极管Q1的发射极-基极电压,R1为电阻R1的阻值,R2为电阻R2的阻值,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,N是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比,Tr1为参考温度。

4.根据权利要求2所述的高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,在所述高温区域与绝对温度T1.5成正比的温度补偿电路(5)中PMOS管M20与PMOS管M10具有相同的宽长比,PMOS管M26与PMOS管M27具有相同的宽长比,PMOS管M25的宽长比是PMOS管M26的β8倍,NMOS管M21、PMOS管M20、PMOS管M26、PMOS管M27以及PMOS管M25均工作在饱和区,NMOS管M22工作在深线性区,NMOS管M23与NMOS管M24工作在亚阈值区,NMOS管M23的宽长比是NMOS管M24的β7倍,则PMOS管M25的漏极电流I25为:式中,n是一个大于1的非理想因子,β8是PMOS管M25与PMOS管M26的宽长比之比, 是NMOS管M22的宽长比,μn是电子迁移率,Cox是单位面积栅氧化层电容,N是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比,β7是NMOS管M23与NMOS管M24的宽长比之比,R1为电阻R1的阻值, 是NMOS管M21的宽长比,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,PMOS管M25的漏极电流I25与绝对温度T1.5成正比。

5.根据权利要求2所述的高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,在所述高温区域分段线性温度补偿电路(6)中PMOS管M28的宽长比是PMOS管M10的β4倍,NMOS管M29与NMOS管M30具有相同的宽长比,PMOS管M31的宽长比是PMOS管M11的β5倍,PMOS管M32与PMOS管M33具有相同的宽长比,NMOS管M35的宽长比是NMOS管M34的β6倍,NMOS管M35的漏极电流I35在高温区具有温度分段线性特性,以补偿PNP型三极管Q1的发射极-基极电压VEB1高温区域的温度高阶非线性项,式中,β6是NMOS管M35与NMOS管M34的宽长比之比,β4是PMOS管M28与PMOS管M10的宽长比之比,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,R1为电阻R1的阻值,N是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比,β5是PMOS管M31与PMOS管M11的宽长比之比,VEB1为PNP型三极管Q1的发射极-基极电压,R2为电阻R2的阻值,Tr2为参考温度。

6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的高电源抑制比高阶曲率补偿的带隙基准参考电路,其特征在于,PMOS管M36的宽长比是PMOS管M10的β9倍,PMOS管M37的宽长比是PMOS管M11的β10倍,带隙基准参考电路的输出电压VREF为:其中,

VPTAT为正温度系数电压,

VCTAT为负温度系数电压,

VPC_Low为低温区具有分段线性的电压,

为与绝对温T1.5成正比的电压:

VPC-High为高温区具有分段线性的电压,

式中,β9是PMOS管M36与PMOS管M10的宽长比之比,R3是电阻R3的阻值,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,R1为电阻R1的阻值,N是PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的发射极面积之比,β10是PMOS管M37与PMOS管M11的宽长比之比,VEB1为PNP型三极管Q1的发射极-基极电压,R2为电阻R2的阻值,β1为PMOS管M12与PMOS管M10的宽长比之比,β2为PMOS管M17与PMOS管M11的宽长比之比,β3为PMOS管M19与PMOS管M18的宽长比之比,Tr1为参考温度,n是一个大于1的非理想因子,β8是PMOS管M25与PMOS管M26的宽长比之比, 是NMOS管M22的宽长比,μn是电子迁移率,Cox是单位面积栅氧化层电容,β7是NMOS管M23与NMOS管M24的宽长比之比, 是NMOS管M21的宽长比,k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度,q是电子电荷,β6是NMOS管M35与NMOS管M34的宽长比之比,β4是PMOS管M28与PMOS管M10的宽长比之比,β5是PMOS管M31与PMOS管M11的宽长比之比,Tr2为参考温度。