一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源制造技術

本發明專利技術公開了一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源，包括：第一P溝道場效應管、第二P溝道場效應管、第三P溝道場效應管、第四P溝道場效應管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和電壓反饋電路。該具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源通過采用雙層電流鏡結構以及增加偏置電阻，降低了各個電流鏡之間的溝道長度調制效應的影響，保證了電流倍乘系數的準確性，進而降低了輸出電壓的失調。

【技術實現步驟摘要】
一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源
本專利技術涉及帶隙基準源
，具體地，涉及一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源。
技術介紹
在集成電路設計中主要分成模擬電路和數字電路兩部分。片上帶隙電壓基準源作為模擬電路的核心模塊，它的性能好壞決定著整個模擬電路乃至整個芯片的性能好壞與功能實現。目前應用最廣泛、性能指標最好的帶隙電壓基準都是采用雙極型器件實現。它的原理是將正溫度系數的電壓和負溫度系數的電壓以一定的系數相疊加來得到近似零溫度系數的帶隙電壓。隨著技術的進步和人們對系統要求指標的提高，系統對帶隙電壓基準源指標要求也不斷提高，特別是在電壓輸入范圍、電路失調、電源電壓抑制比和功耗等方面。有些系統電源電壓的變化范圍很寬(如2.5V～5.5V)，并且要求功耗很低以延長系統工作時間(例如：電池供電系統、雙界面IC卡系統等)；有些系統要求較高的電源抑制比可以減小輸出基準電壓受到系統電源噪聲的影響(例如：電源管理系統)；有些系統要求輸出基準電壓的失調很小(例如：ADC和DAC電路等)。現有的技術方案很難同時滿足以上不同的電路系統對帶隙電壓基準源的要求。現有的高電源電壓抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)的電路一般采用圖1所示的結構。核心的帶隙基準電路由電流鏡MP1、MP2、MP3，電阻R3、R4和三極管Q1、Q2組成。環路放大器通過檢測B點電壓來控制VREG點，使其工作在正確的電壓上。該結構采用電壓負反饋的方法來實現核心節點電壓VREG在很寬的頻率范圍內的穩定，從而提高了輸出電壓的電源抑制比。電路的輸出電壓為：其中，Vbe2為Q2的基極-發射極電壓，VT為熱電壓，R3為電阻R3的阻值，R4為電阻R4的阻值。通過對以上現有技術的研究和實際電路系統應用環境的考慮很容易發現現有技術存在以下缺點：(1)、在現有技術中為了實現很寬的電源電壓范圍，同時支持高、低電源電壓輸入，考慮到電路的可靠性和壽命，電路本身必須采用高壓器件實現。而高壓器件受到其本身高閾值電壓的影響，很難支持低電壓(如：2.5V)工作狀態，或者在低電壓條件下性能會有很大的下降。(2)、在現有的技術中，為了實現很高的電源電壓抑制比減小基準電壓受到系統電源的影響，一般采用電壓級聯(例如：共源共柵結構、電源regulator等)和很大的片上濾波電容實現。電壓級聯會限制輸入電壓范圍，片上濾波電容會占用很大的芯片面積，從而提高芯片的生產成本。(3)、在式子(1)中輸出電壓的精度受到電流倍乘因子N的影響，N的變化會導致輸出電壓的變化，從而影響輸出電壓的精度。由于A、B兩點(Vbe)和E點(VBG)電壓差別較大，受到溝道長度調制效應的影響，很難通過電流鏡的比例實現精確的倍乘因子N，進而影響輸出電壓VBG的精度。
技術實現思路
本專利技術是為了克服現有技術中帶隙基準源受到溝道長度調制效應的影響，輸出電壓精度不高的缺陷，根據本專利技術的一個方面，提出一種低功耗高PSRR帶隙基準源。根據本專利技術實施例的一種低功耗高PSRR帶隙基準源，包括：第一P溝道場效應管、第二P溝道場效應管、第三P溝道場效應管、第四P溝道場效應管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和電壓反饋電路；第一P溝道場效應管、第二P溝道場效應管、第三P溝道場效應管和第四P溝道場效應管組成電流鏡；第一P溝道場效應管的寬長比與第二P溝道場效應管的寬長比的比值為1:N，且第一電阻的阻值與第二電阻的阻值的比值為N:1；第一P溝道場效應管的柵極與第二P溝道場效應管的柵極相連，并與第三P溝道場效應管的漏極相連；第三P溝道場效應管的柵極與第四P溝道場效應管的柵極相連，并與第一電阻和第三電阻的連接節點相連；第一P溝道場效應管的漏極與第三P溝道場效應管的源極相連，第二P溝道場效應管的漏極與第四P溝道場效應管的源極相連；第三P溝道場效應管的漏極依次通過第一電阻、第三電阻與第一雙極型晶體管的發射極相連；第四P溝道場效應管的漏極通過第二電阻與第二雙極型晶體管的發射極相連，且第四P溝道場效應管的漏極還與電壓輸出端相連；第一雙極型晶體管的基極與第二雙極型晶體管的基極相連并接地，第一雙極型晶體管的集電極與第二雙極型晶體管的集電極相連并接地；電壓反饋電路的電壓反饋輸入端與第四P溝道場效應管的漏極相連，電壓反饋輸出端分別與第一P溝道場效應管的源極、第二P溝道場效應管的源極相連；電壓反饋電路用于根據第四P溝道場效應管的漏極電壓確定輸出反饋電壓，控制第三P溝道場效應管的漏極電壓與第四P溝道場效應管的漏極電壓相等。在上述技術方案中，第一雙極型晶體管與第二雙極型晶體管的發射極面積之比為M:1；電壓輸出端的輸出電壓為：其中，Vbe2為第二雙極型晶體管的基極-發射極電壓，VT為熱電壓，R2為第二電阻的阻值，R3為第三電阻的阻值。在上述技術方案中，電壓反饋電路包括：第五P溝道場效應管、第六P溝道場效應管、第七P溝道場效應管、第八P溝道場效應管、第九P溝道場效應管、第十P溝道場效應管、第一N溝道場效應管、第二N溝道場效應管、第三N溝道場效應管、第四N溝道場效應管、第五N溝道場效應管、第六N溝道場效應管、第七N溝道場效應管、第四電阻、補償電容；第九P溝道場效應管的源極與第十P溝道場效應管的源極相連并接外部電源，第九P溝道場效應管的柵極與第十P溝道場效應管的柵極相連并與第十P溝道場效應管的漏極相連，第十P溝道場效應管的漏極還與第三N溝道場效應管的漏極相連；第九P溝道場效應管與第十P溝道場效應管組成電流鏡；第九P溝道場效應管的漏極為電壓反饋輸出端，并分別與第五P溝道場效應管的源極、第六P溝道場效應管的源極相連；第五P溝道場效應管的柵極與第二P溝道場效應管的柵極相連；第六P溝道場效應管的柵極為電壓反饋輸入端，與第四P溝道場效應管的漏極相連；第七P溝道場效應管的柵極、第八P溝道場效應管的柵極分別與第四P溝道場效應管的柵極相連；第五P溝道場效應管的漏極與第七P溝道場效應管的源極相連，第六P溝道場效應管的漏極與第八P溝道場效應管的源極相連；第七P溝道場效應管的漏極與第一N溝道場效應管的柵極、第二N溝道場效應管的柵極和第三N溝道場效應管的柵極相連；第七P溝道場效應管的漏極還通過第四電阻與第一N溝道場效應管漏極相連的；第八P溝道場效應管的漏極分別與第二N溝道場效應管的漏極、第七N溝道場效應管的柵極相連；第七N溝道場效應管的漏極與第九P溝道場效應管的漏極相連，且第七N溝道場效應管的源極接地；第一N溝道場效應管的源極與第四N溝道場效應管的漏極相連，第二N溝道場效應管的源極與第五N溝道場效應管的漏極相連，第三N溝道場效應管的源極與第六N溝道場效應管的漏極相連；第四N溝道場效應管的柵極、第五N溝道場效應管的柵極、第六N溝道場效應管的柵極分別相連，并與第一N溝道場效應管的漏極相連；第四N溝道場效應管的源極、第五N溝道場效應管的源極、第六N溝道場效應管的源極分別相連且接地；補償電容的一端與第八P溝道場效應管的漏極相連、另一端與第九P溝道場效應管的漏極相連。在上述技術方案中，第一N溝道場效應管、第二N溝道場效應管、第三N溝道場效應管、第四N溝道場效應管、第五N溝道場效應管、第六N溝道場效應管、第九P溝道場效應管、第十P溝道場效應管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源，其特征在于，包括：第一P溝道場效應管、第二P溝道場效應管、第三P溝道場效應管、第四P溝道場效應管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和電壓反饋電路；所述第一P溝道場效應管、所述第二P溝道場效應管、所述第三P溝道場效應管和所述第四P溝道場效應管組成電流鏡；所述第一P溝道場效應管的寬長比與所述第二P溝道場效應管的寬長比的比值為1:N，且所述第一電阻的阻值與所述第二電阻的阻值的比值為N:1；所述第一P溝道場效應管的柵極與所述第二P溝道場效應管的柵極相連，并與所述第三P溝道場效應管的漏極相連；所述第三P溝道場效應管的柵極與所述第四P溝道場效應管的柵極相連，并與所述第一電阻和所述第三電阻的連接節點相連；所述第一P溝道場效應管的漏極與所述第三P溝道場效應管的源極相連，所述第二P溝道場效應管的漏極與所述第四P溝道場效應管的源極相連；所述第三P溝道場效應管的漏極依次通過所述第一電阻、所述第三電阻與所述第一雙極型晶體管的發射極相連；所述第四P溝道場效應管的漏極通過所述第二電阻與所述第二雙極型晶體管的發射極相連，且所述第四P溝道場效應管的漏極還與電壓輸出端相連；所述第一雙極型晶體管的基極與所述第二雙極型晶體管的基極相連并接地，所述第一雙極型晶體管的集電極與所述第二雙極型晶體管的集電極相連并接地；所述電壓反饋電路的電壓反饋輸入端與所述第四P溝道場效應管的漏極相連，電壓反饋輸出端分別與所述第一P溝道場效應管的源極、所述第二P溝道場效應管的源極相連；所述電壓反饋電路用于根據所述第四P溝道場效應管的漏極電壓確定輸出反饋電壓，控制所述第三P溝道場效應管的漏極電壓與所述第四P溝道場效應管的漏極電壓相等。...

【技術特征摘要】
1.一種具有低失調電壓高PSRR的帶隙基準源，其特征在于，包括：第一P溝道場效應管、第二P溝道場效應管、第三P溝道場效應管、第四P溝道場效應管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和電壓反饋電路；所述第一P溝道場效應管、所述第二P溝道場效應管、所述第三P溝道場效應管和所述第四P溝道場效應管組成電流鏡；所述第一P溝道場效應管的寬長比與所述第二P溝道場效應管的寬長比的比值為1:N，且所述第一電阻的阻值與所述第二電阻的阻值的比值為N:1；所述第一P溝道場效應管的柵極與所述第二P溝道場效應管的柵極相連，并與所述第三P溝道場效應管的漏極相連；所述第三P溝道場效應管的柵極與所述第四P溝道場效應管的柵極相連，并與所述第一電阻和所述第三電阻的連接節點相連；所述第一P溝道場效應管的漏極與所述第三P溝道場效應管的源極相連，所述第二P溝道場效應管的漏極與所述第四P溝道場效應管的源極相連；所述第三P溝道場效應管的漏極依次通過所述第一電阻、所述第三電阻與所述第一雙極型晶體管的發射極相連；所述第四P溝道場效應管的漏極通過所述第二電阻與所述第二雙極型晶體管的發射極相連，且所述第四P溝道場效應管的漏極還與電壓輸出端相連；所述第一雙極型晶體管的基極與所述第二雙極型晶體管的基極相連并接地，所述第一雙極型晶體管的集電極與所述第二雙極型晶體管的集電極相連并接地；所述電壓反饋電路的電壓反饋輸入端與所述第四P溝道場效應管的漏極相連，電壓反饋輸出端分別與所述第一P溝道場效應管的源極、所述第二P溝道場效應管的源極相連；所述電壓反饋電路用于根據所述第四P溝道場效應管的漏極電壓確定輸出反饋電壓，控制所述第三P溝道場效應管的漏極電壓與所述第四P溝道場效應管的漏極電壓相等。2.根據權利要求1所述的帶隙基準源，其特征在于，所述第一雙極型晶體管與所述第二雙極型晶體管的發射極面積之比為M:1；所述電壓輸出端的輸出電壓為：其中，Vbe2為第二雙極型晶體管的基極-發射極電壓，VT為熱電壓，R2為第二電阻的阻值，R3為第三電阻的阻值。3.根據權利要求1或2所述的帶隙基準源，其特征在于，所述電壓反饋電路包括：第五P溝道場效應管、第六P溝道場效應管、第七P溝道場效應管、第八P溝道場效應管、第九P溝道場效應管、第十P溝道場效應管、第一N溝道場效應管、第二N溝道場效應管、第三N溝道場效應管、第四N溝道場效應管、第五N溝道場效應管、第六N溝道場效應管、第七N溝道場效應管、第四電阻、補償電容；所述第九P溝道場效應管的源極與所述第十P溝道場效應管的源極相連并接外部電源，所述第九P溝道場效應管的柵極與所述第十P溝道場效應管的柵極相連并與所述第十P溝道場效應管的漏極相連，所述第十P溝道場效應管的漏極還與所述第三N溝道場效應管的漏極相連；所述第九P溝道場效應管與所述第十P溝道場效應管組成電流鏡；所述第九P溝道場效應管的漏極為電壓反饋輸出端，并分別與所述第五P溝道場效應管的源極、所述第六P溝道場效應管的源極相連；所述第五P溝道場效應管的柵極與所述第二P溝道場效應管的柵極相連；所述第六P溝道場效應管的柵極為電壓反饋輸入端，與所述第四P溝道場效應管的漏極相連；所述第七P溝道場效應管的柵極、所述第八P溝道場效應管的柵極分別與所述第四P溝道場效應管的柵極相連；所述第五P溝道場效應管的漏極與所述第七P溝道場效應管的源極相連，所述第六P溝道場效應管的漏極與所述第八P溝道場效應管的源極相連；所述第七P溝道場效應管的漏極與所述第一N溝道場效應管的柵極、所述第二N溝道場效應管的柵極和所述第三N溝道場效應管的柵極相連；所述第七P溝道場效應管的漏極還通過所述第四電阻與所述第一N溝道場效應管漏極相連；所述第八P溝道場效應管的漏極分別與所述第二N溝道場效應管的漏極、所述第七N溝道場效應管的柵極相連；所述第七N溝道場效應管的漏極與所述第九P溝道場效應管的漏極相連，且所述第七N溝道場效應管的源極接地；所述第一N溝道場效應管的源極與所述第四N溝道場效應管的漏極相連，所述第二N溝道場效應管的源極與所述第五N溝道場效應管的漏極相連，所述第三N溝道場效應管的源極與所述第六N溝道場效應管的漏極相連；所述第四N溝道場效應管的柵極、所述第五N溝道場效應管的柵極、所述第六N溝道場效應管的柵極分別相連，并與所述第一N溝道場效應管的漏極相連；所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇勝新，杜新綱，楊小坤，原義棟，胡毅，何洋，李振國，
申請(專利權)人：國家電網公司，北京南瑞智芯微電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11