本技术公开了一种基极补偿加高阶补偿的无运放带隙基准电压电路,包括:启动模块、带隙基准核心模块、基极电流补偿模块、高阶对数补偿模块和高温区分段补偿模块;其中,启动模块、带隙基准核心模块、基极电流补偿模块、高阶对数补偿模块和高温区分段补偿模块均与电源V<subgt;DD</subgt;连接,并且,还均接地;启动模块、带隙基准核心模块、基极电流补偿模块、高阶对数补偿模块和高温区分段补偿模块依次连接,并且,高阶对数补偿模块还分别与启动模块和带隙基准核心模块相互连接。本发明能够提高带隙基准电压电路的精度和稳定性,并且显著降低基准输出温漂。
背景技术
带隙基准电路在电子领域中扮演着至关重要的角色,它们为各种模拟和数字电路提供不随环境温度变化的稳定的参考电压。这种电路的设计基于半导体材料的能带间隙,能够在不同环境条件下,如温度变化时,维持电压的稳定性。这种稳定性使得带隙基准电路非常适合用于需要高精度和可靠性的应用,例如在数据转换器中,它们确保模拟信号能够准确地转换为数字信号。
此外,带隙基准电路也广泛应用于电源管理领域,它们帮助维持电源电压的一致性,这对于保持电子设备的稳定运行至关重要。在动态存储和闪存技术中,带隙基准电路同样发挥着重要作用,它们提供的稳定电压对于数据的正确存储和读取至关重要。
随着技术的发展,对带隙基准电路的性能要求也在不断提高。现代电子系统不仅需要它们在常温下工作稳定,还要求在极端温度下也能保持性能,这对于便携式设备和工业控制系统尤为重要。因此,带隙基准电路的设计和优化是电子工程领域中一个活跃的研究领域,不断有新的技术和方法被开发出来以满足这些日益增长的需求。
传统的带隙基准电路利用双极型晶体管运放钳位技术,得到一路随温度成正相关的电流IPTAT(英文全称为:Currents Proportional to Absolute Temperature)和一路随温度成负相关的电流ICTAT(英文全称为:Currents Complementary to AbsoluteTemperature),使二者温度系数相互抵消,得到与温度无关的电压。
图1为传统带隙基准电压电路的电路原理图。如图1,三极管Q11和三极管Q12的发射极面积之比为,则IPTAT正温度系数电流的表达式为:
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其中,为热电压,,是环境温度(用开尔文度量),是波尔茨曼常数,是单位电荷量常数,和均为电流放大倍数。
受工艺、温度影响,不同三极管的电流放大倍数有限、互不相同且随温度变化,IPTAT电流含有高阶项,传统基准电压电路不能消除电流放大倍数带来的影响。
三极管的基极-发射极电压(Base-Emitter Voltage, VBE)会因为工艺制造、过程控制不均匀变成与温度非线性相关,假设温度为,基准电压的温度系数为0,则VBE的表达式如下:
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其中,是环境温度为0时的VBE值,为温度系数,为PN结电流偏离PTAT特性的指数系数,是环境温度为时的VBE值。
所以,图1的基准电压的表达式为:
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但是,双极型晶体管运放钳位技术仅将温度特性曲线进行了一阶补偿,由于双极型晶体管(全称为双极性结型晶体管,英文全称为:Bipolar Junction Transistor, 简称为BJT)的三极管电流放大倍数存在温度曲率,而且电流放大倍数一般在100倍以下,因而IPTAT含有与温度相关的高次项。BJT三极管的基极发射极电压VBE存在温度曲率,导致ICTAT含有与温度相关的高次项。所以温度特性曲线呈现出以二次项占主导的抛物线形状。此外,传统的含运放的带隙基准电路采用运放进行钳位,运放引入的失调电压也会对基准电压的精度产生影响,同时还引入了新的噪声。此外,传统的基准电压生成电路,经计算得到温度系数一般在50ppm左右,难以满足微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)领域、工控领域的高精度、极低环境温度影响的要求。
实现思路