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专利号: 2017110576980
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MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,包括一阶带隙基准电路(1),所述一阶带隙基准电路(1)中源极与栅极短接的PMOS管的漏极构成二极管的正向端,一阶带隙基准电路(1)中漏极与PMOS管的衬底构成二极管的反向端,其特征在于,还包括高温区域温度曲率补偿电路(2)、低温区域温度分段补偿电路(3)及启动电路(4),其中,所述一阶带隙基准电路(1)的信号输出端分别电连接高温区域温度曲率补偿电路(2)的信号输入端、低温区域温度分段补偿电路(3)的信号输入端以及启动电路(4)的信号输入端,所述启动电路(4)的信号输出端电连接所述一阶带隙基准电路(1)的启动信号输入端,所述一阶带隙基准电路(1)产生低温度系数的带隙参考电压,所述高温区域温度曲率补偿电路(2)与所述低温区域温度分段补偿电路(3)对所述一阶带隙基准电路(1)所产生的带隙参考电压进行温度补偿,所述启动电路(4)为所述一阶带隙基准电路(1)提供启动信号;

所述一阶带隙基准电路(1)包括:PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、PMOS管M7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、误差放大器A1以及误差放大器A2,在所述一阶带隙基准电路(1)中,PMOS管M3的源极分别与PMOS管M4的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极、PMOS管M7的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M3的漏极分别与误差放大器A1的正向输入端以及电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端分别与PMOS管M1的栅极、PMOS管M1的源极以及PMOS管M1的漏极相连,PMOS管M1的衬底分别与PMOS管M2的衬底以及外部地线GND相连,PMOS管M3的栅极分别与误差放大器A1的输出端、PMOS管M4的栅极、PMOS管M6的栅极、PMOS管M8的栅极、PMOS管M13的栅极以及NMOS管Ms4的漏极相连,PMOS管M4的漏极分别与误差放大器A1的反向输入端、误差放大器A2的反向输入端、PMOS管M2的栅极、PMOS管M2的漏极以及PMOS管M2的源极相连,PMOS管M5的漏极分别与误差放大器A2的正向输入端以及电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端与外部地线GND相连,PMOS管M5的栅极分别与误差放大器A2的输出端、PMOS管M7的栅极、PMOS管M12的栅极以及NMOS管Ms5的漏极相连,PMOS管M6的漏极分别与PMOS管M7的漏极、带隙基准输出端VREF、NMOS管Ms3的栅极以及电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端分别与PMOS管M11的漏极、PMOS管M15的漏极以及电阻R4的一端相连,电阻R4的另一端与外部地线GND相连。

2.根据权利要求1所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述一阶带隙基准电路(1)采用源极、漏极与栅极短接的PMOS管来组成二极管,将源极、漏极与栅极短接的PMOS管的漏-衬底电压产生的负温度系数电压VCTAT,与源极、漏极与栅极短接的两个PMOS管的漏-衬底电压之差产生的正温度系数电压VPTAT加权获得一阶带隙基准电压。

3.根据权利要求1所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述一阶带隙基准电路(1)中源极、漏极与栅极短接的PMOS管M1的漏极与衬底分别构成二极管的正向端与反向端,源极、漏极与栅极短接的PMOS管M2的漏极与衬底分别构成二极管的正向端与反向端,PMOS管M1与PMOS管M2具有相同的沟道长度,PMOS管M1的沟道宽度是PMOS管M2的N倍,PMOS管M3与PMOS管M4具有相同的沟道宽长比,PMOS管M6与PMOS管M3具有相同的沟道宽长,PMOS管M6的漏极电流在电阻R3与电阻R4上产生电压VPTAT为式中,R1、R3与R4分别为电阻R1、电阻R3与电阻R4的阻值,q是电子电

荷,k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度;所有电阻采用相同材料,电压VPTAT具有正温度特性;

PMOS管M7与PMOS管M5具有相同的沟道宽长,PMOS管M7的漏极电流I7在电阻R3与电阻R4上产生电压VCTAT为 式中,R2为电阻R2的阻值,VDB2为PMOS管M2的漏-衬

底电压且具有负温度特性,电压VCTAT具有负温度特性。

4.根据权利要求2所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述高温区域温度曲率补偿电路(2)包括:PMOS管M8、PMOS管M10、PMOS管M11、NMOS管M9以及电阻R5,在所述高温区域温度曲率补偿电路(2)中,PMOS管M8的源极分别与PMOS管M10的源极、PMOS管M11的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M8的漏极分别与NMOS管M9的栅极以及电阻R5的一端相连,电阻R5的另一端分别与NMOS管M9的源极以及外部地线GND相连,PMOS管M10的漏极分别与PMOS管M10的栅极、PMOS管M11的栅极以及NMOS管M9的漏极相连。

5.根据权利要求4所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述高温区域温度曲率补偿电路(2)中PMOS管M8的沟道宽长比是PMOS管M3的β1倍,PMOS管M11的沟道宽长比是PMOS管M10的β2倍,使得M9在高温时工作于亚阈值区,PMOS管M11的漏极电流I11在电阻R4上产生的电压VNL1为R1、R4分别为电阻R1、电阻R4的阻值,式中,Cox是单位面积栅氧化层电容,q是电子电荷,k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,PMOS管M1的沟道宽度是PMOS管M2的N倍,μn是电子迁移率,n是斜坡因子,VTH是MOS管的阈值电压,(W/L)9是NMOS管M9的沟道宽长比,R5为电阻R5的阻值。

6.根据权利要求2所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述低温区域温度分段补偿电路(3)包括:PMOS管M12、PMOS管M13、PMOS管M14、PMOS管M15、NMOS管M16以及NMOS管M17,在所述低温区域温度分段补偿电路(3)中,PMOS管M12的源极分别与PMOS管M13的源极、PMOS管M14的源极、PMOS管M15的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M12的漏极分别与NMOS管M16的漏极、NMOS管M16的栅极以及NMOS管M17的栅极相连,NMOS管M16的源极分别与NMOS管M17的源极以及外部地线GND相连,PMOS管M13的漏极分别与PMOS管M14的漏极、PMOS管M14的栅极、PMOS管M15的栅极以及NMOS管M17的漏极相连。

7.根据权利要求6所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述低温区域温度分段补偿电路(3)中PMOS管M12的沟道宽长比是PMOS管M5的β3倍,PMOS管M13的沟道宽长比是PMOS管M3的β4倍,PMOS管M15的沟道宽长比是PMOS管M14的β5倍,NMOS管M16与NMOS管M17具有相同的沟道宽长比,PMOS管M15的漏极电流I15在电阻R4上产生的电压VNL2为 R2、R4分别为电阻R2、电阻R4的阻值,式中,Tr1为参考温度,且小于室温T0,VDB2为PMOS管M2的漏-衬底电压且具有负温度特性,q是电子电荷,k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,R1表示电阻R1的阻值,PMOS管M1的沟道宽度是PMOS管M2的N倍。

8.根据权利要求2所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述启动电路(4)包括:PMOS管Ms1、PMOS管Ms2、NMOS管Ms3、NMOS管Ms4以及NMOS管Ms5,在所述启动电路(4)中,PMOS管Ms1的源极与外部电源VDD相连,PMOS管Ms1的栅极分别与PMOS管Ms1的漏极以及PMOS管Ms2的源极相连,PMOS管Ms2的栅极分别与PMOS管Ms2的漏极、NMOS管Ms4的栅极、NMOS管Ms5的栅极以及NMOS管Ms3的漏极相连,NMOS管Ms3的源极分别与NMOS管Ms4的源极、NMOS管Ms5的源极以及外部地线GND相连。

9.根据权利要求2所述的MOS管实现二极管的高阶温度补偿带隙基准电路,其特征在于,所述输出电压VREF为VREF=VCTAT+VPTAT+VNL1+VNL2,其中,VCTAT为具有负温度系数电压,VPTAT为具有正温度系数电压,VNL1为高温区具有温度曲率特性电压,VNL2为低温区具有温度分段特性电压。