零溫度系數可調電壓基準源的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及模擬集成電路領域，特別是涉及應用在帶隙電壓基準源設計中的一種 零溫度系數可調電壓基準源。
【背景技術】
[0002] 在模擬集成電路的設計中，電壓基準的應用越來越普遍，也變得越來越重要。電壓 基準的電壓輸出一般不隨供電電源變化而變化，它的電源抑制比高，同時應具有良好的溫 度特性。在所有的電壓基準結構中，帶隙基準的輸出特性無疑是最突出的。通常帶隙基準 源雖然能產生對VDD和溫度相對穩定的基準電壓，但其局限性是其只能產生固定的基準電 壓。顯然，固定的基準電壓對于電路設計者而言限制非常大，特別是在功耗要求和核心電壓 越來越低的情況下，要想克服上述問題和限制，必須對基準源的結構有所改進。通常的帶 隙基準產生的基準電壓為1.25V(常溫)，接近于硅的禁帶寬度，它的輸出是不能隨意調節 的。另外，隨著芯片電源電壓不斷降低，通常帶隙基準源的1. 25V輸出已無法滿足設計的 需求。

【發明內容】

[0003] 本發明主要解決的技術問題是提供一種零溫度系數可調電壓基準源，其中 帶隙基準電壓電路具有輸出可調節的功能，利用雙極晶體管的基極-發射極電壓 ^與絕對溫度成反比構建電流源電路，和工作在不同電流下的兩個雙極型晶體管的基 極-發射極電壓的差值_1^與絕對溫度成正比構建電流源電路。設計中通過二者電流的 加權相加來獲得零溫度系數的基準電壓。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種零溫度系數可調 電壓基準源，包括：正溫度系數電流源產生電路、負溫度系數電流源產生電路和可調電阻 R2 ;所述正溫度系數電流源產生電路包括PM0S晶體管M7、M8和雙極型晶體管Ql、Q2 ;工作 在不同電流下的雙極型晶體管Ql、Q2的基極-發射極電壓之間的差值與絕對溫度成 正比，利用電流鏡電路獲得與溫度成正比的由PM0S晶體管M7、M8構成的正溫度系數電流 源，PM0S晶體管M7、M8構成共源共柵電流源L鏡像正溫度系數電流源；所述負溫度系數電 流源產生電路包括PM0S晶體管M15、M16和雙極型晶體管Q3 ;雙極晶體管Q3的基極-發 射極電壓:?:與絕對溫度成反比，利用電流鏡電路獲得與溫度成反比的由PM0S晶體管M15、 M16構成的負溫度系數電流源，PM0S晶體管M15、M16構成共源共柵電流源12鏡像負溫度 系數電流源；電流源1:的輸出由PM0S晶體管M8漏極輸出，電流源12的輸出由PM0S晶體 管M16漏極輸出，PM0S晶體管M8與M16的漏極相連實現零溫度系數基準電流IREF;電流源 1:與電流源12以適當的權重碑、:::?相加，使得
犮立，得到具有零溫度系數 的電流基準Zjsr=αιΑ+ ;PM0S晶體管M8與M16的漏極相連再與可調電阻R2的一端相 連，可調電阻R2的另一端接地。
[0005] 優選的，所述正溫度系數電流源產生電路還包括PM0S晶體管Ml、M2、M3、M4,NM0S 晶體管M5、M6,電阻R1和正溫度系數啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管M1、M2、M3、M4 組成共源共柵結構的電流鏡電路與NM0S晶體管M5、M6組成的電流鏡電路構成自偏置的正 溫度系數電壓源電路，正溫度系數啟動電路模塊STARTUP接入NM0S晶體管M5的漏極端；雙 極晶體管Q1、Q2的基極與集電極短接構成二極管并使雙極晶體管Q2的發射極與電阻R1的 一端相連，電阻R1的另一端與NM0S晶體管M6的源極相連，雙極晶體管Q1的發射極與NM0S 晶體管M5的源極相連，NM0S晶體管M5、M6的源極端電壓相等；PM0S晶體管M7、M8的柵極 分別于晶體管M2、M4的柵極相連以實現電流鏡像；正溫度系數的電流^為，由PM0S晶 體管M7、M8組成共源共柵結構的電流源構成；雙極晶體管Q2比Q1大，雙極晶體管Q1、Q2基 極-發射極電壓的差具有正溫度系數
其中K為雙極 晶體管Q2與Q1并聯個數之比；Q1兩端的電壓:等于Q2兩端的電壓竭_和電阻R1兩端 的電壓之和，即
：_%可推出：：
；流過雙極晶體管 Ql、Q2的兩條支路的電流相等，其基極-發射極電壓降之差落在電阻R1上。
[0006] 優選的，所述負溫度系數電流源產生電路還包括PM0S晶體管M9、M10、Mil、M12， NM0S晶體管M13、M14,電阻R3和負溫度系數啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管M9、M10、 Mil、M12組成共源共柵結構的電流鏡電路與NM0S晶體管M13、M14組成的電流鏡電路構成 自偏置的負溫度系數電壓源電路，負溫度系數啟動電路模塊STARTUP接入晶體管M13的漏 極端；雙極晶體管Q3的基極與集電極短接構成二極管，雙極晶體管Q3的發射極與NM0S晶 體管M13的源極相連；雙極晶體管Q3的集電極與地相連并與電阻R3的一端相連，R3另一 端與NM0S晶體管M14的源極相連，NM0S晶體管M13、M14的源極端電壓相等；PM0S晶體管 M15、M16的柵極分別與PM0S晶體管M10、M12的柵極相連以實現電流鏡像；負溫度系數的電 流12為.??，由PM0S晶體管M15、M16組成共源共柵結構的電流源構成；雙極晶體管Q3基 極-發射極電壓^即二極管的正向電壓具有負溫度系數，常溫下為
流過雙極晶體管Q3和電阻R3這兩條支路的電流相等，BP:
[0007] 優選的，所述PM0S晶體管M8和M16的漏極相連作為零溫度系數的電 流源4^，正溫度系數電流源和負溫度系數電流源以適當的權重相加得到零溫 度系數的電流源，即;零溫度系數的電流源的溫度系數為零，即：
丨，從而可得到
;零溫度系數的可調電壓基準源由零溫度系數的電流源加一個可調電阻R2 構成，即PM0S晶體管M8和M16的漏極相連再與電阻R2的一端相連，R2的另一端接地；零 溫度系數可調電壓源REGV即為電阻R2兩端電壓i朋r_S2。
[0008] 本發明的有益效果是：本發明提供一種零溫度系數可調電壓基準源電路，采用共 源共柵的電流鏡結構以實現輸出基準電壓與電源電壓無關，正負溫度系數的電流源的疊加 以實現零溫度系數的基準源，通過調節電阻達到輸出基準電壓軌到軌。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明零溫度系數可調電壓基準源電路的結構示意圖； 圖2是通過改變可調電阻R2的阻值實現零溫度系數可調基準電壓的示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能 更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0011] 請參閱圖1和圖2，本發明實施例包括： 一種零溫度系數可調電壓基準源，電路設計中采用了與電源電壓無關的自偏置電路， 基準源主要通過工作在不同電流下的兩個雙極型晶體管Q1、Q2的基極-發射極電壓的差值 與絕對溫度成正比，利用由NM0S晶體管M2、M4、M7、M8構成的電流鏡電路從而獲得一 個與溫度成正比的由NM0S晶體管Μ7、Μ8構成電流源；另外雙極晶體管的基極-發射極電壓 與絕對溫度成反比，利用由NM0S晶體管Μ10、Μ12、Μ15、Μ16構成的電流鏡電路從而獲得 一個與溫度成反比的由NM0S晶體管Μ15、Μ16構成電流源；利用二者的加權相加來獲得零溫 度系數的基準電流源，通過與可調整電阻R2相連從而獲得零溫度系數可調電壓基準源，從 而解決了只能產生固定帶隙基準電壓的局限性。
[0012] 將兩個具有正反溫度系數的量以適當的權重謂、，相加，那么結果就會顯示為零 溫度系數；對于隨溫度變化方向相反的PM0S晶體管Μ7、Μ8的漏極電流IJPPM0S晶體管 Μ15、Μ16的漏極電流12來說，使獨
〖立，這樣就得到具有零溫度系數的 電流基螺& ;雙極晶體管Q3的基極與發射極短接構成^極管，其基極-發射 極電壓即二極管的正向電壓具有負溫度系數；工作在不相等的電流下兩個雙極晶體管Q1、Q2的基極與發射極短接構成二極管，其基極-發射極電壓的差值具有正溫度系數；具有 正負溫度系數的電壓通過自偏置電流鏡電路由PM0S晶體管M8、M16的漏極輸出正負溫度系 數的電流Ii、12，此正負溫度系數的電流以適當的權重珥、，相加后與可調電阻R2相連，其 輸出電壓REGV構成零溫度系數的寬輸出電壓，可以達到軌到軌的范圍。
[0013] 正溫度系數電流源產生電路包括PM0S晶體管Ml、M2、M3、M4、M7、M8,NM0S晶體管 M5、M6,雙極晶體管Q1、Q2,電阻R1和正溫度系數啟動電路模塊STARTUP;由PM0S晶體管Ml、 M2、M3、M4組成共源共柵結構的電流鏡電路與NM0S晶體管M5、M6組成的電流鏡電路構成 自偏置的正溫度系數電壓源電路，正溫度系數啟動電路模塊START