電壓基準(zhǔn)電路的制作方法

專利名稱：電壓基準(zhǔn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路技木，尤其涉及一種電壓基準(zhǔn)電路。
背景技術(shù)：
在集成電路系統(tǒng)中，電壓基準(zhǔn)電路是ー個(gè)常見且重要的電路模塊，它的精度、溫度系數(shù)、電源電壓抑制比等特性都是電路的重要性能指標(biāo)。電壓基準(zhǔn)電路可以通過很多種電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，最常見的是帶隙基準(zhǔn)電路(bandgap電路)。bandgap電路的電路結(jié)構(gòu)也有很多種，圖I所示為ー種常見的bandgap電路結(jié)構(gòu)，主要由三極管Ql、Q2，電阻Rl、R2、R3，以及運(yùn)算放大器Al構(gòu)成，各器件之間的連接關(guān)系如圖I所示。bandgap電路的優(yōu)點(diǎn)是能提供較精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓，并且基準(zhǔn)電壓隨溫度、電源電壓、エ藝角等的變化都非常小，使得它可以作為理想的基準(zhǔn)電壓源，廣泛應(yīng)用于很多聞性能系統(tǒng)中。但是，在bandgap電路中，為提供較為精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓，往往都要采用運(yùn)算放大器及多個(gè)三極管器件，這使得bandgap電路的面積和功耗都較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電壓基準(zhǔn)電路，用以降低電壓基準(zhǔn)電路的面積和功耗。本發(fā)明一方面提供一種電壓基準(zhǔn)電路，包括電流鏡像電路、第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第一電阻、第二電阻和三極管；所述電流鏡像電路的供電端與電源連接，所述電流鏡像電路的輸入端與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述電流鏡像電路的第一輸出端與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，所述電流鏡像電路的第二輸出端通過所述第一電阻與所述三極管的輸入端連接，所述三極管的基極和集電極連接；所述第一場效應(yīng)管的柵極與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，所述第一場效應(yīng)管的源極與所述第二場效應(yīng)管的柵極連接，并通過所述第二電阻與所述第三場效應(yīng)管的漏極連接；所述第二場效應(yīng)管的源極與地連接；所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第三場效應(yīng)管的漏極連接，所述第三場效應(yīng)管的源極與所述地連接；所述三極管的輸出端與所述地連接；所述第二場效應(yīng)管的電流密度大于所述第三場效應(yīng)管的電流密度；所述電流鏡像電路的第二輸出端輸出的第一電流的大小與所述輸入端輸出的基準(zhǔn)電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系；所述三極管與所述第一電阻構(gòu)成所述電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，用于輸出基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明另一方面提供一種電壓基準(zhǔn)電路，包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第一電流鏡像電路、第二電流鏡像電路、第一電阻、第二電阻和三極管；
所述第一場效應(yīng)管的源極、所述第二場效應(yīng)管的源極和所述第一電流鏡像電路的供電端分別與電源連接；所述第二場效應(yīng)管的漏極通過所述第一電阻分別與所述第一場效應(yīng)管的柵極和所述第三場效應(yīng)管的源極連接，所述第二場效應(yīng)管的柵極和所述第二場效應(yīng)管的漏極連接；所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接；所述第一場效應(yīng)管的漏極、所述第三場效應(yīng)管的漏極和所述第一電流鏡像電路的輸入端分別與所述第二電流鏡像電路的第一輸出端、所述第二電流鏡像電路的輸入端和所述第二電流鏡像電路的第二輸出端連接，所述第二電流鏡像電路的供電端與地連接；所述第一電流鏡像電路的輸出端通過所述第二電阻與所述三極管的輸入端連接，所述三極管的輸出端與所述地連接，所述三極管的基極和所述三極管的集電極連接；所述第二場效應(yīng)管的電流密度小于所述第一場效應(yīng)管的電流密度；所述第ニ電流鏡像電路的第二輸出端輸入的第一電流的大小與所述第ニ電流鏡像電路的輸入端輸入的基準(zhǔn)電流的大小相等；所述第一電流鏡像電路的輸出端輸出的第二 電流的大小與所述第一電流鏡像電路的輸入端輸出的所述第一電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系；所述三極管與所述第二電阻構(gòu)成所述電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，用于輸出基準(zhǔn)電壓。上述技術(shù)方案中的ー種電壓基準(zhǔn)電路，利用電流鏡像電路控制電壓基準(zhǔn)電路中各支路的電流之間的比例關(guān)系，通過選用適當(dāng)?shù)膱鲂?yīng)管，利用場效應(yīng)管之間的柵源電壓差的正溫度特性，補(bǔ)償三極管由于負(fù)溫度特性而變化的電壓，從而在電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓；另外，由于該電壓基準(zhǔn)電路中不需要使用運(yùn)算放大器，且僅使用了一個(gè)三極管，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。上述技術(shù)方案中的另ー種電壓基準(zhǔn)電路，利用兩個(gè)電流鏡像電路配合控制電壓基準(zhǔn)電路中各支路的電流之間的比例關(guān)系，通過選用適當(dāng)?shù)膱鲂?yīng)管，利用場效應(yīng)管之間的柵源電壓差的正溫度特性，補(bǔ)償三極管由于負(fù)溫度特性而變化的電壓，從而在電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓；另外，由于該電壓基準(zhǔn)電路中不需要使用運(yùn)算放大器，且僅使用了一個(gè)三極管，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。


圖I為ー種常見的bandgap電路結(jié)構(gòu)；圖2A為本發(fā)明一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為本發(fā)明一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A為本發(fā)明另一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)意圖；圖3B為本發(fā)明另ー種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2A為本發(fā)明一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2B為本發(fā)明ー種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖，即圖2B為圖2A所示的電壓基準(zhǔn)電路的ー種具體的電路結(jié)構(gòu)。
如圖2A和圖2B所示,該電壓基準(zhǔn)電路包括電流鏡像電路(Current Mirror) 11、第一場效應(yīng)管12、第二場效應(yīng)管13、第三場效應(yīng)管14、第一電阻15、第二電阻16和三極管17。本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中的場效應(yīng)管為N溝道場效應(yīng)管。電流鏡像電路11包括供電端、輸入端、第一輸出端和第二輸出端。供電端與電源連接，用于為電壓基準(zhǔn)電路供電，電流從供電端流入電流鏡像電路11，分別從電流鏡像電路11的輸入端、第一輸出端和第二輸出端流出，需要說明的是，輸入端和輸出端僅為對電流鏡像電路端ロ的定義，并不體現(xiàn)電流的流向。

電流鏡像電路11的輸入端與第一場效應(yīng)管12的漏極連接，從電流鏡像電路11的輸入端流入第一場效應(yīng)管12的電流為基準(zhǔn)電流，基準(zhǔn)電流經(jīng)過第二電阻16流入第三場效應(yīng)管14 ;電流鏡像電路11的第一輸出端與第二場效應(yīng)管13的漏極連接，從電流鏡像電路11的第一輸出端流入第二場效應(yīng)管13的電流為第二電流；電流鏡像電路11的第二輸出端通過第一電阻15與三極管17的輸入端連接，從電流鏡像電路11的第二輸出端流入第一電阻15和三極管17的電流為第一電流。第一場效應(yīng)管12包括柵極、源極和漏極，第一場效應(yīng)管12的漏極與電流鏡像電路11的輸入端連接；第一場效應(yīng)管12的柵極與第二場效應(yīng)管13的漏極連接，第一場效應(yīng)管12的源極與第二場效應(yīng)管13的柵極連接，并且第一場效應(yīng)管12的源極還通過第二電阻16與第三場效應(yīng)管14的漏極連接。第二場效應(yīng)管13包括柵極、源極和漏極，第二場效應(yīng)管13的漏極分別與電流鏡像電路11的第一輸出端和第一場效應(yīng)管12的柵極連接；第二場效應(yīng)管13的柵極與第一場效應(yīng)管12的源極連接，并通過第二電阻16與第三場效應(yīng)管14的漏極連接；第二場效應(yīng)管13的源極與地連接。第三場效應(yīng)管14包括柵極、源極和漏極，第三場效應(yīng)管14的漏極通過第二電阻16與第一場效應(yīng)管12的源極和第二場效應(yīng)管13的柵極連接，并且第三場效應(yīng)管14的漏極與第三場效應(yīng)管14的柵極連接；第三場效應(yīng)管14的源極與地連接。其中，第三場效應(yīng)管14的柵極和漏極被連接在一起之后，第三場效應(yīng)管14在本發(fā)明實(shí)施例中的功用相當(dāng)于ニ極管。三極管17包括發(fā)射極、基極和集電極，三極管17的基極和集電極連接，該三極管17在本發(fā)明實(shí)施例中的功用相當(dāng)于ニ極管。當(dāng)選用PNP型三極管作為三極管17吋，則該三極管17的發(fā)射極作為輸入端，其集電極即為輸出端；當(dāng)選用NPN型三極管作為三極管17吋，則該三極管17的集電極作為輸入端，其發(fā)射極即為輸出端。三極管17的輸入端通過第一電阻15與電流鏡像電路11的第二輸出端連接；三極管17的輸出端與地連接。第一電阻15的兩端分別與電流鏡像電路11的第二輸出端和三極管17的輸入端連接；第ニ電阻16的一端分別與第一場效應(yīng)管12的源極和第二場效應(yīng)管13的柵極連接，第二電阻16的另一端分別與第三場效應(yīng)管14的漏極和第三場效應(yīng)管14的柵極連接。具體的工作原理為，通過將第一場效應(yīng)管12的源極與第二場效應(yīng)管13的柵極連接，使得第二電阻與第一場效應(yīng)管12的源極連接的一端相對于地的電壓為第二場效應(yīng)管13的柵源電壓；通過將第三場效應(yīng)管14的柵極和漏極連接，使得第二電阻16與第三場效應(yīng)管14的漏極連接的一端相對于地的電壓為第三場效應(yīng)管14的柵源電壓。因此第二電阻16兩端的電壓差為第二場效應(yīng)管13的柵源電壓與第三場效應(yīng)管14的柵源電壓之差，從而基準(zhǔn)電流的大小由第二場效應(yīng)管13的柵源電壓的大小、第三場效應(yīng)管14的柵源電壓的大小以及第ニ電阻16的電阻大小決定。第一場效應(yīng)管12的柵極與第二場效應(yīng)管13的漏極連接，在本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中構(gòu)成反饋電路，通過選用適當(dāng)?shù)牡谝粓鲂?yīng)管12能夠使得該電壓基準(zhǔn)電路エ作在合適的靜態(tài)工作點(diǎn)上，并且能夠?qū)﹄娫吹脑肼暺鸬揭欢ǖ囊种谱饔?。三極管17和第一電阻15構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的輸出端,從該輸出端輸出的電壓為基準(zhǔn)電壓，也就是說，在本發(fā)明實(shí)施例的電路中，電流鏡像電路11的第ニ輸出端相對于地的電壓為基準(zhǔn)電壓。設(shè)基準(zhǔn)電壓為VMf，第一電阻15的電阻大小為R1，流過第一電阻15的第一電流的大小為I1，第二電阻16的電阻大小為R2，流過第二電阻16的基準(zhǔn)電流的大小為I。，第二場效應(yīng)管13的柵源電壓為Vgs2，第三場效應(yīng)管14的柵源電壓為Vgs3，三極管17的發(fā)射極與基 極之間的電壓差為I Vbe I，由于PNP型三極管的Vbe小于零，NPN型三極管的Vbe大于零，故此處取\e的絕對值進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中，第二場效應(yīng)管13的電流密度大于第三場效應(yīng)管14的電流密度，具體的，可以包括以下方式。方式一，通過電流鏡像電路11控制第二電流的大小與基準(zhǔn)電流的大小相等，并且在選擇第二場效應(yīng)管13和第三場效應(yīng)管14時(shí)，將溝道寬長比W/L較大的場效應(yīng)管作為第三場效應(yīng)管14，將W/L較小的場效應(yīng)管作為第二場效應(yīng)管13。其中，當(dāng)分別輸入兩個(gè)場效應(yīng)管的電流相等吋，則W/L較小的場效應(yīng)管的I Vgs I較大，相應(yīng)地，該場效應(yīng)管的電流密度較大。在采用N溝道場效應(yīng)管的情況下，Vgs2大于Vgs3。方式ニ，選用W/L相等的兩個(gè)場效應(yīng)管分別作為第二場效應(yīng)管13和第三場效應(yīng)管14，并且通過電流鏡像電路11控制第二電流的大小大于基準(zhǔn)電流的大小，從而使得第二電流輸入第二場效應(yīng)管13，并且基準(zhǔn)電流輸入第三場效應(yīng)管14之后，第二場效應(yīng)管13的電流密度大于第三場效應(yīng)管14的電流密度。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式下，Vgs2大于Vgs3。方式三，結(jié)合上述兩種方式，不僅通過電流鏡像電路11控制第二電流的電流大小大于基準(zhǔn)電流的大小，而且選用W/L較小的場效應(yīng)管作為第二場效應(yīng)管13，選用W/L較大的場效應(yīng)管作為第三場效應(yīng)管14。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式下，Vgs2大于Vgs3。除了需要滿足第二場效應(yīng)管13的電流密度小于第三場效應(yīng)管14的電流密度以夕卜，電流鏡像電路11還需要控制第二輸出端輸出的第一電流的大小與基準(zhǔn)電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系。該第一比例關(guān)系具體為，第一電流與基準(zhǔn)電流的第一比例關(guān)系為Ifk1 XI。。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)可知，Vref=|VJ+VK1，其中，Vri=R1XI1, I1=Ic1XI0, I0= (Vgs2-Vgs3) /R2因此，Vref=I Vbe I +R1 Xk1X (Vgs2-Vgs3) /R2,即Vref= I Vbe I+R1 X Ic1XAVgsZR2由此可知，本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓，由三極管17的導(dǎo)通電壓IV1J、第二場效應(yīng)管13的柵源電壓、第三場效應(yīng)管14的柵源電壓、第一電阻和第二電阻的大小，以及第一電流和基準(zhǔn)電流的比例關(guān)系共同決定。
當(dāng)工作溫度發(fā)生變化時(shí)，第一電阻和第二電阻的電阻大小的比值不會隨之變化，而三極管由于其工作特性，使得其導(dǎo)通電壓Iv1J會隨著溫度的升高而降低，反之同理，即三極管具有負(fù)溫度特性；場效應(yīng)管由于其工作特性，同樣具有負(fù)溫度特性，但是由于電流密度不同的場效應(yīng)管隨著溫度的變化，其柵源電壓變化的幅度不同，具體的，在工作溫度升高時(shí)，電流密度較小的場效應(yīng)管，Vgs下降的幅度較大，而電流密度較大的場效應(yīng)管，Vgs下降的幅度較小。本發(fā)明所采用的場效應(yīng)管為N溝道場效應(yīng)管，第二場效應(yīng)管13的Vgs2和第三場效應(yīng)管14的Vgs3均大于零。因此，在第二場效應(yīng)管13和第三場效應(yīng)管14各自具有負(fù)溫度特性的情況下，兩場效應(yīng)管的柵源電壓之差Λ Vgs=Vgs2-Vgs3，具有正溫度特性，也就是說，隨著溫度的升高，AVgs是增大的。因此，利用AVgs的正溫度特性能夠補(bǔ)償三極管17由于負(fù)溫度特性而變化的電壓。另外，由于相對于八\3而言，Vbe的數(shù)值較大，而數(shù)值八ん較小，故為了利用AVgs更有效地起到電壓補(bǔ)償作用，需要選擇合適的も、R2和Ic1，從而在第一電阻15和三極管17構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。其中各元器件具體的參數(shù)指標(biāo)，需要根據(jù)實(shí)際的電路結(jié)構(gòu)決定。本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，利用電流鏡像電路控制電壓基準(zhǔn)電路中各支路的電流之間的比例關(guān)系，通過選用適當(dāng)?shù)膱鲂?yīng)管，利用場效應(yīng)管之間的柵源電壓差的正溫度特性，補(bǔ)償三極管由于負(fù)溫度特性而變化的電壓，從而在電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓；另外，由于該電壓基準(zhǔn)電路中不需要使用運(yùn)算放大器，且僅使用了ー個(gè)三極管，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。進(jìn)ー步地，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，該電壓基準(zhǔn)電路還可以包括，第一電阻的大小與第二電阻的大小滿足預(yù)設(shè)的第二比例關(guān)系。第一電阻與第二電阻的第二比例關(guān)系為Rfk2 X R2，從而使得參考電壓為Vref=IVbeKk1Xk2X AVgs0由此可知，本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓，由三極管17的導(dǎo)通電壓IV1J、第二場效應(yīng)管13的柵源電壓、第三場效應(yīng)管14的柵源電壓、第一電流和基準(zhǔn)電流的比例關(guān)系，以及第一電阻和第二電阻的比例關(guān)系共同決定。雖然第二場效應(yīng)管13和第三場效應(yīng)管14均具有負(fù)溫度特性，但是Λ Vgs具有正溫度特性，并通過選擇合適的h和k2，即選擇合適的第一電流與基準(zhǔn)電流的第一比例關(guān)系，以及第ー電阻15與第二電阻16的第二比例關(guān)系，則能夠?qū)⑷龢O管17隨著工作溫度而變化的電壓得到補(bǔ)償，從而盡量保持基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，通過預(yù)設(shè)第一電阻與第二電阻之間的比例關(guān)系，使得在該電壓基準(zhǔn)電路中對三極管由于負(fù)溫度特性產(chǎn)生變化的電壓進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，控制兩電阻之間的比例關(guān)系、第一電流與基準(zhǔn)電流之間的比例關(guān)系以及兩場效應(yīng)管之間的柵源電壓差即可，在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路的電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。進(jìn)ー步地，在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，該電壓基準(zhǔn)電路中所選用的第一場效應(yīng)管12、第二場效應(yīng)管13和第三場效應(yīng)管14為N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。、
在本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路的電路結(jié)構(gòu)中，N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管基于其工作特性，更適用于該電壓基準(zhǔn)電路。本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，選用N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管作為第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管，基于該電壓基準(zhǔn)電路的電路結(jié)構(gòu)更有利于獲得較高精度的基準(zhǔn)電壓，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，芯片面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。圖3A為本發(fā)明另一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)不意圖，圖3B為本發(fā)明另一種電壓基準(zhǔn)電路實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖，即圖3B為圖3A所示的電壓基準(zhǔn)電路的ー種具體的電路結(jié)構(gòu)。如圖3A和圖3B所不,該電壓基準(zhǔn)電路包括第一場效應(yīng)管11、第二場效應(yīng)管12、第 三場效應(yīng)管13、第一電流鏡像電路14、第二電流鏡像電路15、第一電阻16、第二電阻17和三極管18。本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中的場效應(yīng)管為P溝道場效應(yīng)管。第一場效應(yīng)管11包括柵極、源極和漏極，第一場效應(yīng)管11的源極與電源連接；第一場效應(yīng)管11的柵極分別與第一電阻16和第三場效應(yīng)管13的源極連接；第一場效應(yīng)管11的漏極分別第二電流鏡像電路15的第一輸出端和第三場效應(yīng)管13的柵極連接。第二場效應(yīng)管12包括柵極、源極和漏極，第二場效應(yīng)管12的源極與電源連接；第ニ場效應(yīng)管12的柵極與第二場效應(yīng)管12的漏極連接；第二場效應(yīng)管12的漏極分別與第二場效應(yīng)管12的柵極和第一電阻16連接。第三場效應(yīng)管13包括柵極、源極和漏極，第三場效應(yīng)管13的源極分別與第一電阻16和第一場效應(yīng)管11的柵極連接；第三場效應(yīng)管13的柵極與第一場效應(yīng)管11的漏極和第二電流鏡像電路15的第一輸出端連接；第三場效應(yīng)管13的漏極與第二電流鏡像電路15的輸入端連接。第一電阻16的一端分別與第二場效應(yīng)管12的漏極和第二場效應(yīng)管12的柵極連接；第ー電阻16的另一端分別與第三場效應(yīng)管13的源極和第一場效應(yīng)管11的柵極連接。第二電流鏡像電路15包括供電端、輸入端、第一輸出端和第二輸出端。第二電流鏡像電路15的供電端與地連接；第二電流鏡像電路15的輸入端與第三場效應(yīng)管13的漏極連接，流入該輸入端的電流為基準(zhǔn)電流；第二電流鏡像電路15的第一輸出端分別與第一場效應(yīng)管11的漏極和第三場效應(yīng)管13的柵極連接，流入該第一輸出端的電流為第三電流；第ニ電流鏡像電路15的第二輸出端與第一電流鏡像電路14的輸入端連接，流入該第二輸出端的電流為第一電流。當(dāng)該電壓基準(zhǔn)電路正常工作吋，基準(zhǔn)電流、第三電流和第一電流分別從第二電流鏡像電路15的輸入端、第一輸出端和第二輸出端流入，并從第二電流鏡像電路15的供電端流出，需要說明的是，輸入端和輸出端僅為對電流鏡像電路端ロ的定義，并不體現(xiàn)電流的流向。第一電流鏡像電路14包括供電端、輸入端和輸出端。第一電流鏡像電路14的供電端與電源連接，用于為電壓基準(zhǔn)電路供電；第一電流鏡像電路14的輸入端與第二電流鏡像電路15的第二輸出端連接，流出該第一電流鏡像電路14的輸入端，并流入第二電流鏡像電路15的第二輸出端的電流為第一電流；第一電流鏡像電路14的輸出端通過第二電阻17與三極管18的輸入端連接，流出該輸出端的電流為第二電流。電流從第一電流鏡像電路14的供電端流入，分別從輸入端和輸出端流出，需要說明的是，輸入端和輸出端僅為對電流鏡像電路端ロ的定義，并不體現(xiàn)電流的流向。第二電阻17的兩端分別與第一電流鏡像電路14的輸出端和三極管18的輸入端連接。三極管18包括發(fā)射極、基極和集電極，三極管18的基極和集電極連接，該三極管18在本發(fā)明實(shí)施例中的功用相當(dāng)于ニ極管。當(dāng)選用PNP型三極管作為三極管18吋，則該三極管18的發(fā)射極作為輸入端，其集電極即為輸出端；當(dāng)選用NPN型三極管作為三極管18吋，則該三極管18的集電極作為輸入 端，其發(fā)射極即為輸出端。三極管18的輸入端通過第二電阻17與第一電流鏡像電路14的輸出端連接；三極管18的輸出端與地連接。具體的工作原理為，通過將第二場效應(yīng)管12的柵極和漏極連接，使得第一電阻16與第二場效應(yīng)管12的漏極連接的一端相對于地的電壓為第二場效應(yīng)管12的柵源電壓；通過將第一場效應(yīng)管11的柵極與第三場效應(yīng)管13的源極連接，使得第一電阻與第三場效應(yīng)管13的源極連接的一端相對于地的電壓為第一場效應(yīng)管11的柵源電壓。因此，第一電阻16兩端的電壓差為第二場效應(yīng)管12的柵源電壓與第一場效應(yīng)管11的柵源電壓之差，從而流入第二電流鏡像電路15的輸入端的基準(zhǔn)電流的大小由第一場效應(yīng)管11的柵源電壓的大小、第二場效應(yīng)管12的柵源電壓的大小以及第一電阻的大小決定。第三場效應(yīng)管13的柵極與第一場效應(yīng)管11的漏極連接，在本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中構(gòu)成反饋電路，通過選用適當(dāng)?shù)牡谌龍鲂?yīng)管13能夠使該電壓基準(zhǔn)電路工作在合適的靜態(tài)工作點(diǎn)上，并且能夠?qū)﹄娫吹脑肼暺鸬揭欢ǖ囊种谱饔?。三極管18和第二電阻17構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，從該輸出端輸出的電壓為基準(zhǔn)電壓，也就是說，在本發(fā)明實(shí)施例的電路中，第一電流鏡像電路14的輸出端相對于地的電壓為基準(zhǔn)電壓。設(shè)基準(zhǔn)電壓為VMf，第二電阻17的電阻大小為R2，流過第二電阻17的第二電流的大小為12，第一電阻16的電阻大小為R1，流過第一電阻16的基準(zhǔn)電流的大小為I。，第二場效應(yīng)管12的柵源電壓為Vgs2，第一場效應(yīng)管11的柵源電壓為Vgsl，三極管18的發(fā)射極與基極之間的電壓差為I Vbe I，由于PNP型三極管的Vbe小于零，NPN型三極管的Vbe大于零，故此處取\e的絕對值進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中，第二場效應(yīng)管12的電流密度小于第一場效應(yīng)管11的電流密度，具體的，可以包括以下方式。方式一、通過電流鏡像電路15控制第三電流的大小與基準(zhǔn)電流的大小相等，并且在選擇第一場效應(yīng)管11和第二場效應(yīng)管12時(shí)，將W/L較大的場效應(yīng)管作為第二場效應(yīng)管12，將W/L較小的場效應(yīng)管作為第一場效應(yīng)管11。由于本實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中的場效應(yīng)管為P溝道場效應(yīng)管，其柵源電壓小于零，因此當(dāng)分別輸入兩個(gè)場效應(yīng)管的電流相等吋，W/L較大的場效應(yīng)管的I Vgs I較小，但是Vgs較大，相應(yīng)地，該場效應(yīng)管的電流較小，在這樣的情況下，Vgs2大于Vgsl。方式ニ，選用W/L相等的兩個(gè)場效應(yīng)管分別作為第二場效應(yīng)管12和第一場效應(yīng)管11，并且通過第二電流鏡像電路15控制第三電流的大小大于基準(zhǔn)電流的大小，從而使得第ー電流流過第一場效應(yīng)管11，并且基準(zhǔn)電流流過第二場效應(yīng)管之后，第二場效應(yīng)管12的電流密度小于第一場效應(yīng)管11的電流密度，在這樣的實(shí)現(xiàn)方式下，Vgs2大于vgsl。方式三，結(jié)合上述兩種方式，不僅通過第二電流鏡像電路15控制第三電流的大小大于基準(zhǔn)電流的大小，而且選用W/L較大的場效應(yīng)管作為第二場效應(yīng)管12，選用W/L較小的場效應(yīng)管作為第一場效應(yīng)管11。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式下，Vgs2大于Vgsl。除了需要滿足第二場效應(yīng)管12的電流密度小于第一場效應(yīng)管11的電流密度以夕卜，第二電流鏡像電路15還需要控制其第二輸出端所輸入的第一電流的大小與其輸入端所輸入的基準(zhǔn)電流相等，即I1=Itj ;并且利用第一電流鏡像電路14控制其輸出端輸出的第二電流的大小與其輸入端所輸出的第一電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系，即Ifk1XIp也就是說，該第二電流的大小與基準(zhǔn)電流滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系，Ifk1X I。。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)可知， Vref= I Vbe I+Vk2，其中，Vk2=R2XI2, I2=^XI0, I0= (Vgs2_Vgsl)/R1因此，Vref=IVbeKR2Xk1X(Vgs2-Vgsl) /R1,即Vref= I Vbe I+R2 X Ic1X Λ VgsA1由此可知，本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓，由三極管18的導(dǎo)通電壓IV1J、第二場效應(yīng)管12的柵源電壓、第一場效應(yīng)管11的柵源電壓、第一電阻和第二電阻的大小，以及第二電流和基準(zhǔn)電流的比例關(guān)系共同決定。當(dāng)工作溫度發(fā)生變化時(shí)，第一電阻和第二電阻的電阻大小的比值不會隨之變化，而三極管由于其工作特性，使得其導(dǎo)通電壓Iv1J會隨著溫度的升高而降低，反之同理，即三極管具有負(fù)溫度特性；場效應(yīng)管由于其工作特性，同樣具有負(fù)溫度特性，但是由于電流密度不同的場效應(yīng)管隨著溫度的變化，其柵源電壓變化的幅度不同，具體的，在工作溫度升高時(shí)，電流密度較小的場效應(yīng)管，其IvgsI下降的幅度較大，而電流密度較大的場效應(yīng)管，其Ivgs下降的幅度較小。在本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路中，在第二場效應(yīng)管12的Vgs2和第一場效應(yīng)管11的Vgsl均小于零，當(dāng)工作溫度升高吋，IVgs2I和IVgsl的絕對值是分別下降的，并且Ivgs2下降的幅度更大，相應(yīng)地，Vgs2和Vgsltt是增大的，并且Vgs2增大的幅度更大。因此，在第二場效應(yīng)管12和第一場效應(yīng)管11各自具有負(fù)溫度特性的情況下，兩場效應(yīng)管的柵源電壓之差A(yù)Vgs=Vgs2-Vgsl，具有正溫度特性，也就是說，隨著溫度的升高，AVgs是增大的。因此，利用AVgs的正溫度特性能夠補(bǔ)償三極管17由于負(fù)溫度特性而變化的電壓。另外，由于相對于八\3而言，Vbe的數(shù)值較大，而數(shù)值八ん較小，故為了利用AVgs更有效地起到電壓補(bǔ)償作用，需要選擇合適的も、R2和Ic1，從而在第二電阻17和三極管18構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。其中各元器件具體的參數(shù)指標(biāo)，需要根據(jù)實(shí)際的電路結(jié)構(gòu)決定。 本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，利用兩個(gè)電流鏡像電路配合控制電壓基準(zhǔn)電路中各支路的電流之間的比例關(guān)系，通過選用適當(dāng)?shù)膱鲂?yīng)管，利用場效應(yīng)管之間的柵源電壓差的正溫度特性，補(bǔ)償三極管由于負(fù)溫度特性而變化的電壓，從而在電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，獲得精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓；另外，由于該電壓基準(zhǔn)電路中不需要使用運(yùn)算放大器，且僅使用了一個(gè)三極管，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。
進(jìn)ー步地，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，該電壓基準(zhǔn)電路還可以包括,第二電阻的大小與所述第一電阻的大小滿足預(yù)設(shè)的第二比例關(guān)系。第二電阻與第一電阻的第二比例關(guān)系為Rfk2XR1，從而使得參考電壓為Vref= I Vbe I+Ic1Xk2 X Λ Vgs。由此可知，本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓，由三極管18的導(dǎo)通電壓IV1J、第二場效應(yīng)管12的柵源電壓、第一場效應(yīng)管11的柵源電壓、第二電流和基準(zhǔn)電流的比例關(guān)系，以及第二電阻和第一電阻的比例關(guān)系共同決定。雖然第二場效應(yīng)管12和第一場效應(yīng)管11均具有負(fù)溫度特性，但是Λ Vgs具有正溫度特性，并通過選擇合適的h和k2，即選擇合適的第二電流與基準(zhǔn)電流的第一比例關(guān)系，以及第ニ電阻17與第一電阻16的第二比例關(guān)系，則能夠?qū)⑷龢O管18隨著工作溫度而變化的 電壓得到補(bǔ)償，從而盡量保持基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，通過預(yù)設(shè)第二電阻與第一電阻之間的比例關(guān)系，使得在該電壓基準(zhǔn)電路中對三極管由于負(fù)溫度特性產(chǎn)生變化的電壓進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，控制兩電阻之間的比例關(guān)系、第二電流與基準(zhǔn)電流之間的比例關(guān)系以及兩場效應(yīng)管之間的柵源電壓差即可，在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路的電路面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。進(jìn)ー步地，在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，該電壓基準(zhǔn)電路中所選用的第一場效應(yīng)管11、第二場效應(yīng)管12和第三場效應(yīng)管13為P溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。 在本發(fā)明實(shí)施例的電壓基準(zhǔn)電路的電路結(jié)構(gòu)中，P溝道絕緣柵型場效應(yīng)管基于其工作特性，更適用于該電壓基準(zhǔn)電路。本發(fā)明實(shí)施例中的電壓基準(zhǔn)電路，選用P溝道絕緣柵型場效應(yīng)管作為第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管，基于該電壓基準(zhǔn)電路的電路結(jié)構(gòu)更有利于獲得較高精度的基準(zhǔn)電壓，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電壓基準(zhǔn)電路在保證基準(zhǔn)電壓精度的同時(shí)，芯片面積和功耗較大的問題，達(dá)到了利用較小的芯片面積、較低的功耗實(shí)現(xiàn)較高的精度的基準(zhǔn)電壓。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于ー計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)說明的是以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電壓基準(zhǔn)電路,其特征在于,包括電流鏡像電路、第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第一電阻、第二電阻和三極管； 所述電流鏡像電路的供電端與電源連接，所述電流鏡像電路的輸入端與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述電流鏡像電路的第一輸出端與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，所述電流鏡像電路的第二輸出端通過所述第一電阻與所述三極管的輸入端連接，所述三極管的基極和集電極連接； 所述第一場效應(yīng)管的柵極與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，所述第一場效應(yīng)管的源極與所述第二場效應(yīng)管的柵極連接，并通過所述第二電阻與所述第三場效應(yīng)管的漏極連接；所述第二場效應(yīng)管的源極與地連接；所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第三場效應(yīng)管的漏極連接，所述第三場效應(yīng)管的源極與所述地連接；所述三極管的輸出端與所述地連接； 所述第二場效應(yīng)管的電流密度大于所述第三場效應(yīng)管的電流密度； 所述電流鏡像電路的第二輸出端輸出的第一電流的大小與所述輸入端輸出的基準(zhǔn)電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系； 所述三極管與所述第一電阻構(gòu)成所述電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，用于輸出基準(zhǔn)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第二場效應(yīng)管的電流密度大于所述第三場效應(yīng)管的電流密度包括 所述第二場效應(yīng)管的溝道寬長比小于所述第三場效應(yīng)管的溝道寬長比； 和/或輸入所述第二場效應(yīng)管的第二電流的大小，大于輸入所述第三場效應(yīng)管的所述基準(zhǔn)電流的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第一電阻的大小與所述第ニ電阻的大小滿足預(yù)設(shè)的第二比例關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第一場效應(yīng)管、所述第二場效應(yīng)管和所述第三場效應(yīng)管為N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。
5.—種電壓基準(zhǔn)電路,其特征在于,包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第一電流鏡像電路、第二電流鏡像電路、第一電阻、第二電阻和三極管； 所述第一場效應(yīng)管的源極、所述第二場效應(yīng)管的源極和所述第一電流鏡像電路的供電端分別與電源連接；所述第二場效應(yīng)管的漏極通過所述第一電阻分別與所述第一場效應(yīng)管的柵極和所述第三場效應(yīng)管的源極連接，所述第二場效應(yīng)管的柵極和所述第二場效應(yīng)管的漏極連接；所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接； 所述第一場效應(yīng)管的漏極、所述第三場效應(yīng)管的漏極和所述第一電流鏡像電路的輸入端分別與所述第二電流鏡像電路的第一輸出端、所述第二電流鏡像電路的輸入端和所述第ニ電流鏡像電路的第二輸出端連接，所述第二電流鏡像電路的供電端與地連接； 所述第一電流鏡像電路的輸出端通過所述第二電阻與所述三極管的輸入端連接，所述三極管的輸出端與所述地連接，所述三極管的基極和所述三極管的集電極連接； 所述第二場效應(yīng)管的電流密度小于所述第一場效應(yīng)管的電流密度； 所述第二電流鏡像電路的第二輸出端輸入的第一電流的大小與所述第二電流鏡像電路的輸入端輸入的基準(zhǔn)電流的大小相等；所述第一電流鏡像電路的輸出端輸出的第二電流的大小與所述第一電流鏡像電路的輸入端輸出的所述第一電流的大小滿足預(yù)設(shè)的第一比例關(guān)系；所述三極管與所述第二電阻構(gòu)成所述電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，用于輸出基準(zhǔn)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第二場效應(yīng)管的電流密度小于所述第一場效應(yīng)管的電流密度包括 所述第二場效應(yīng)管的溝道寬長比大于所述第一場效應(yīng)管的溝道寬長比； 和/或輸入所述第二場效應(yīng)管的所述基準(zhǔn)電流的大小，小于輸入所述第一場效應(yīng)管的第二電流的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第二電阻的大小與所述第一電阻的大小滿足預(yù)設(shè)的第二比例關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述第一場效應(yīng)管、所述第二場效應(yīng)管和所述第三場效應(yīng)管為P溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電壓基準(zhǔn)電路，包括電流鏡像電路的供電端與電源連接，其輸入端與第一場效應(yīng)管的漏極連接，其第一輸出端與第二場效應(yīng)管的漏極連接，其第二輸出端通過第一電阻與三極管的輸入端連接；第一場效應(yīng)管的柵極與第二場效應(yīng)管的漏極連接，其源極與第二場效應(yīng)管的柵極連接，并通過第二電阻與第三場效應(yīng)管的漏極連接；第二場效應(yīng)管的源極與地連接；第三場效應(yīng)管的柵極與其漏極連接，其源極與地連接；第二場效應(yīng)管的電流密度大于第三場效應(yīng)管；電流鏡像電路輸出的第一電流的大小與基準(zhǔn)電流的大小滿足第一比例關(guān)系；三極管與第一電阻構(gòu)成電壓基準(zhǔn)電路的輸出端，利用較小的芯片面積、較低的功耗獲得了較高精度的基準(zhǔn)電壓。
文檔編號G05F3/30GK102681592SQ20121016040
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者陶云彬 申請人:華為技術(shù)有限公司