一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路。
【【背景技術】】
[0002]帶隙基準是集成電路中最常見的參考電壓電路，它能夠提供不受電源電壓和環境溫度影響的高精度參考電壓。
[0003]典型的低壓帶隙基準I如圖1中左邊虛線框I所示，由二極管、電阻、電流鏡和放大器組成。
[0004]兩個二極管Dl和D2用于產生正比于溫度的電壓，二極管Dl和D2的面積大小不同，二極管Dl由N個二極管D2并聯而成，N通常等于8。由于流經Dl和D2的電流相等，Dl和D2的電壓差AVd正比于溫度。
[0005]PMOS管電流源MPll和MP12的尺寸相同，它們的柵極均由放大器14驅動，用于產生兩路完全相同的偏置電流。
[0006]放大器14的正輸入端連接電阻Rl和電阻R2的一端以及PMOS管MPll的漏極，負輸入端連接電阻R3的一端、二極管D2的正極和PMOS管MP12的漏極，輸出端連接PMOS管電流源MPll和MP12的刪極，在負反饋的作用下使放大器正輸入端和負輸入端的電壓相同。
[0007]電阻Rl用于產生正比于溫度的電流，由于放大器14的正輸入端和負輸入端的電壓相同，Rl兩端的電壓等于二極管Dl和D2的電壓差AVD，由于AVd正比于溫度，所以流經電阻Rl的電流正比于溫度。
[0008]電阻R2與二極管Dl和電阻Rl并聯，R2兩端的電壓等于二極管D2的電壓，由于二極管正向導通電壓是負溫度系數的，流經電阻R2的電流也是負溫度系數。當電阻R2與Rl的電阻值滿足一定的比例，流經R2和Rl的電流溫度系數相反，電流之和為零溫度系數，即PMOS管電流源MPll和MP12的電流I與溫度無關。
[0009]電阻R2和R3的電阻值相等，由于放大器14的正輸入端和負輸入端的電壓相等，因此流經電阻R2和R3的電流相等。由于PMOS管電流源MPll和MP12的電流相同，因此流經二極管Dl和D2的電流也相等。
[0010]PMOS管電流源MP13的柵極與PMOS管電流源MPl I和MP12的柵極相連且尺寸也相等，因此PMOS管電流源MP13的電流等于PMOS管電流源MPl I和MP12的電流I，并且與溫度無關，電流I流經電阻R4，R4上的電壓Vref也與溫度無關。
[0011 ]流過 Rl 的電流 Iei= AV d/R1，
[0012]流過R2 的電流 Ik2= VD2/R2，
[0013]因此PMOS 管電流源 MPl I 的電流 I = Δ VD/R1+VD2/R2
[0014]由于PMOS管MP11，MP12，MP13的電流相等，R4上的電壓，即帶隙基準的電壓Vref為:
[0015]Vref = I*R3 = ( Δ VD/R1+VD2/R2) *R4 (1-1)
[0016]此電壓與溫度和電源電壓無關，也只與電阻Rl，R21，R4的比值相關，因此也與電阻的溫度系數無關。
[0017]這種結構的帶隙基準有一個顯著地缺點就是輸出電壓受放大器14的失調電壓影響，之前的分析假定放大器正輸入端和負輸入端的電壓相等，即放大器的失調電壓為零。實際上受集成電路工藝失配和放大器的有限增益影響，放大器的正負輸入端之間有不能忽略的失調電壓Vos，考慮到失調電壓的影響，帶隙基準的輸出電壓為:
[0018]Vref = I*R4 = ( Δ VD/Rl+VD2/R2+Vos/Rl) *R4 (1-2)
[0019]其中，Vos/Rl為放大器失調電壓引入的誤差電流。
[0020]通常R4的電阻值遠大于Rl，因此失調電壓影響會被放大R4/R1倍，通常達到幾十毫伏的量級，極大地影響帶隙基準的電壓精度。由于失調電壓受溫度影響，帶隙基準的溫度特性也會受到影響。
【
【發明內容】
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[0021]本發明的目的在于提供一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路，以解決放大器失調電壓對低壓帶隙基準電路的電壓精度和溫度特性的影響，消除放大器失調電壓引入的誤差。
[0022]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0023]一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路，包括低壓帶隙基準和放大器失調電壓補償電路；
[0024]所述低壓帶隙基準包括放大器；
[0025]所述放大器失調電壓補償電路，包括失調電壓采集和轉換電路、第一電流減法電路和第二電流減法電路；
[0026]失調電壓采集和轉換電路，用于采集放大器的失調電壓并將它轉換為電流信號；
[0027]第一電流減法電路，用于在失調電壓大于零時產生補償電流；
[0028]第二電流減法電路，用于在失調電壓小于零時產生補償電流。
[0029]本發明進一步的改進在于:失調電壓采集和轉換電路包括PMOS管MP211、PMOS管MP212、PMOS 管 MP213、PMOS 管 MP214、PMOS 管 MP218、NMOS 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS管麗217和電阻R5 ；PM0S管MP211和PMOS管MP212是兩個尺寸相同的長溝道PM0S，它們的柵極與放大器的輸出相連，它們的漏極分別與PMOS管MP213和PMOS管MP214的源極相連；PM0S 管 MP211、PM0S 管 MP212 和 PMOS 管 MP218 的源極接電源；PM0S 管 MP214 和 PMOS 管MP213的漏極分別連接NMOS管麗216和NMOS管麗215的漏極，NMOS管麗216的漏極和柵極共接，NMOS管麗215的漏極和柵極共接；NM0S管麗215的漏極連接NMOS管麗217的柵極；NMOS管MN217的漏極連接PMOS管MP218的漏極；PM0S管MP218的漏極和柵極共接；NM0S管 MN215、NMOS 管 MN216 和 NMOS 管 MN217 的源極接地；PM0S 管 MP214 和 PMOS 管 MP213 的柵極分別與放大器的正負輸入端相連，用來采集放大器的失調電壓；電阻R5 —端連接PMOS管MP213的源極，另一端連接PMOS管MP214的源極；流經PMOS管MP213和PMOS管MP214的電流分別為Il和12。
[0030]本發明進一步的改進在于:第一電流減法電路用于產生補償電流I1 -12;第一電流減法電路包括 PMOS 管 MP222、NMOS 管 MN221、NMOS 管 MN223 和 NMOS 管 MN224 ；NM0S 管麗221的柵極與NMOS管麗216的柵極相連，構成一組電流鏡；PM0S管MP222的柵極與PMOS管MP218的柵極相連；NMOS管MN223的柵極和漏極短接并與NMOS管MN221和PMOS管MP222的漏極相連；NM0S管麗224的柵極與NMOS管麗223的柵極相連，構成電流鏡；PM0S管MP222的源極接電源，NMOS管MN221、NMOS管MN223和NMOS管MN224的源極接地。
[0031]本發明進一步的改進在于:第二電流減法電路用于產生補償電流=I2 -11;第二電流減法電路包括 NMOS 管 MN231、PMOS 管 MP232、PMOS 管 MP233 和 PMOS 管 MP234 ；NM0S管麗231的柵極與NMOS管麗216的柵極相連，構成一組電流鏡；PM0S管MP232的柵極與PMOS管MP218的柵極相連；PM0S管MP233的柵極和漏極短接并與NMOS管MN231和PMOS管MP232的漏極相連；PM0S管MP234的柵極與PMOS管MP233的柵極相連，構成電流鏡；PM0S管MP232、PMOS管MP233和PMOS管MP234的源極接電源，NMOS管MN231的源極接地。
[0032]本發明進一步的改進在于:所述低壓帶隙基準包括放大器、PMOS管MPll、PMOS管MP12、PM0S管MP13、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極管Dl和二極管D2 ;PM0S管MP11、PMOS管MP12和PMOS管MP13的源極接電源；PM0S管MPl 1、PM0S管MP12和PMOS管MP13柵極接放大器(14)的輸出端；PM0S管MPll的漏極連接放大器的正輸入端、電阻Rl —端和電阻R12 —端；電阻Rl另一端連接二極管Dl正極；PM0S管MP12的漏極連接放大器的正輸入端、二極管D2的正極和電阻R3的一端；PM0S管MP13的漏極連接電阻R4 —端；電阻R2另一端、二極管Dl的負極、二極管D2的負極、電阻R3另一端和電阻R4的另一端接地。
[0033]相對于現有技術，本發明具有以下有益效果:本發明提供一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路，當放大器的失調電壓大于零時，I2小于I P第一電流減法電路輸出電流補償電流，第二電流減法電路輸出電流為零。當放大器的失調電壓小于零時，12大于I1,第二電流減法電路輸出電流補償電流，第一電流減法電路輸出電流為零。因此，不論失調電壓等于多少，補償電路都會自動產生正確的補償電流，消除失調電壓對帶隙基準輸出電壓引入的誤差。
[0034]本發明可以自動補償放大器失調電壓對低壓帶隙基準的輸出電壓的影響。補償效果不受器件工藝角，電源電壓和溫度的影響。本發明僅需要少量的MOS管和電阻，占用的芯片面積極小。本發明電路的功耗極小，僅需幾微安的電流。
【【附圖說明】】
[0035]圖1為本發明放大器失調電壓補償電路的原理圖。
【【具體實施方式】】
[0036]請參閱圖1所示，本發明一種用于低壓帶隙基準的放大器失調電壓補償電路2，包括失調電壓米集和轉換電路21、電流減法電路22和電流減法電路23。
[0037]失調電壓采集和轉換電路21的功能是采集放大器14的失調電壓并將它轉換為電流信號。從帶隙基準的輸出電壓公式1-2看出，放大器失調電壓引入的誤差項是Vos/Rl，這是一個電流項，單位是安培。
[0038]失調電壓采集和轉換電路21包括PMOS管MP211、PMOS管MP212、PMOS管MP213、PMOS 管 MP214、PMOS 管 MP218、NMOS 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS 管 MN217 和電阻 R5。
[0039]PMOS 管 MP211 和 PMOS 管 MP212 為兩個 PMOS 電流源；PM0S 管 MP213 和 PMOS 管MP214 為兩個源極跟隨器；NM0S 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS 管 MN217、PMOS 管 MP218 構成電流鏡像電路。
[0040]PMOS管MP211和PMOS管MP212是兩個尺寸相同的長溝道PMOS，它們的柵極與放大器14的輸出相連，它們的漏極分別與PMOS管MP213和PMOS管MP214的源極相連，為兩個源極跟隨器提供偏置電流，由于兩個電流源的柵電壓相同且為長溝道器件，它