带隙基准电压源的制作方法

1.本实用新型涉及一种带隙基准电压源技术，属于集成电路领域。


背景技术：

2.在所有芯片的内部，与温度关系很小的电压基准被证实在许多模拟电路中是必不可少的。大多数工艺参数是随着温度变化的，所以如果一个基准是与温度无关的，那么通常它也是与工艺无关的。零温度系数的电压基准由两个具有相反温度关系的量以适当的权重相加得到。带隙基准电压源输出的零温度系数电压可以输送给零温度系数的电流模块，低压差线性稳压器，或者给关键模块(adc)提供较为精确的与温度无关的参考电压。
3.图1是传统的带隙基准电压源，如果两个双极型晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极
‑
发射极电压的差值δv
be
就与绝对温度成正比。那么将该电压差值作用在一个电阻上，并利用电流镜拷贝流过该电阻的电流，就可以获得ptat电流(绝对温度成正比的电流)。
4.利用运放的钳位作用，将节点x和y的电压拉至相等，最终使得i1＝i2。因此基极
‑
发射极电压的差值δv
be
就是电阻r1两端的电压。基极
‑
发射极电压的差值δv
be
可以表示为：
[0005][0006]
v
be2
代表晶体管q2的开启电压，v
be1
代表晶体管q1的开启电压；
[0007]
v
t
代表晶体管的热电压，i
s
代表晶体管的饱和电流，两个晶体管的饱和电流相同，n是q1晶体管与q2晶体管并联个数的比值。
[0008]
与温度成正比的iptat电流的表达式为：
[0009][0010]
该电流通过pmos晶体管pm1、pm2、pm3的电流镜像与电阻r2形成与温度正相关的电压。因此零温度系数的带隙基准电压vbg表达式为：
[0011][0012]
v
be_q3
代表q3的基极
‑
发射极电压。
[0013]
实际应用中，由于制造工艺的偏差镜像管pmos无法非常精准的镜像iptat电流，并且现阶段制造出来的pnp管的性能远远不如npn管的性能稳定和优异，最终使得零温度系数电压vbg的值偏大或者偏小，且不是与温度无关的电压量。


技术实现要素：

[0014]
本实用新型目的是为了解决传统的带隙基准电压源受到工艺偏差影响大，输出电压不精准且与温度相关的问题，提供了一种带隙基准电压源。
[0015]
本实用新型所述带隙基准电压源，包括电阻r1～r11，双极型晶体管q1～q7，nmos晶体管nm1～nm2，pmos晶体管pm1～pm2和电容c1；
[0016]
电源vdd同时连接电阻r3的一端、pmos晶体管pm1的源端、pmos晶体管pm2的源端、双极型集体管q7的集电极和基极；双极型集体管q7的发射极连接电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接双极型集体管q6的集电极；
[0017]
电源地gnd同时连接双极型集体管q1、q3、q4、q5的发射极、电阻r4的一端和电阻r11的一端；
[0018]
双极型晶体管q1的基极同时连接电阻r1的一端和电阻r2的一端；
[0019]
双极型晶体管q1的集电极同时连接电阻r1的另一端和双极型晶体管q2的基极；
[0020]
电阻r2的另一端同时连接电阻r3的另一端、nmos晶体管nm1的栅极和nmos晶体管nm2的栅极；nmos晶体管的nm2的源端连接双极型集体管q5的集电极；
[0021]
电阻r4的另一端连接双极型集体管q2的发射极；
[0022]
双极型集体管q2的集电极连接nmos晶体管nm1的源端；
[0023]
nmos晶体管nm1的漏端同时连接pmos晶体管pm2的栅极、pmos晶体管pm1的漏端和栅极；
[0024]
双极型集体管q3的基极同时连接电阻r5的一端和电阻r6的一端；
[0025]
双极型集体管q3的集电极同时连接电阻r5的另一端和双极型集体管q4的基极；
[0026]
双极型集体管q4的集电极同时连接电阻r8的一端、电容c1的一端和双极型集体管q5的基极；电容c1的另一端连接电阻r10的一端；
[0027]
电阻r8的另一端连接电阻r9的一端；
[0028]
电阻r9的另一端同时连接电阻r6的另一端、电阻r11的另一端和双极型集体管q6的发射极，并作为带隙基准电压vbg输出端口；
[0029]
双极型集体管q6的基极同时连接pmos晶体管pm2的漏端、电阻r10的一端和nmos晶体管nm2的漏端，并作为外部电压vbias输出端口。
[0030]
优选地，电阻r6和r9的阻值相等且在版图上匹配。
[0031]
优选地，电阻r5和r8的阻值相等且在版图上匹配。
[0032]
优选地，双极型晶体管q3的并联个数是双极型晶体管q4的n倍，n>4，双极型晶体管q4置于n个双极型晶体管q3中间位置构成阵列结构。
[0033]
本实用新型的有益效果：本实用新型提出一种新型带隙基准电压源，摒弃传统的带隙基准电压源的设计理念，需要用pmos管镜像iptat电流，且其中的pnp晶体管性能不如npn晶体管，结果会造成带隙基准电压源与温度相关，本实用新型设计的新型带隙基准电压源结构，不用镜像iptat电流并使用性能更好的npn晶体管，能够很好的得到与温度无关且受工艺偏差影响更小的基准电压。
附图说明
[0034]
图1是传统带隙基准电压源的电路原理图；
[0035]
图2是本实用新型所述带隙基准电压源的电路原理图。
具体实施方式
[0036]
具体实施方式一：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述带隙基准电压源，包括电阻r1～r11，双极型晶体管q1～q7，nmos晶体管nm1～nm2，pmos晶体管pm1～pm2和电容c1；
[0037]
电源vdd同时连接电阻r3的一端、pmos晶体管pm1的源端、pmos晶体管pm2的源端、双极型集体管q7的集电极和基极；双极型集体管q7的发射极连接电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接双极型集体管q6的集电极；
[0038]
电源地gnd同时连接双极型集体管q1、q3、q4、q5的发射极、电阻r4的一端和电阻r11的一端；
[0039]
双极型晶体管q1的基极同时连接电阻r1的一端和电阻r2的一端；
[0040]
双极型晶体管q1的集电极同时连接电阻r1的另一端和双极型晶体管q2的基极；
[0041]
电阻r2的另一端同时连接电阻r3的另一端、nmos晶体管nm1的栅极和nmos晶体管nm2的栅极；nmos晶体管的nm2的源端连接双极型集体管q5的集电极；
[0042]
电阻r4的另一端连接双极型集体管q2的发射极；
[0043]
双极型集体管q2的集电极连接nmos晶体管nm1的源端；
[0044]
nmos晶体管nm1的漏端同时连接pmos晶体管pm2的栅极、pmos晶体管pm1的漏端和栅极；
[0045]
双极型集体管q3的基极同时连接电阻r5的一端和电阻r6的一端；
[0046]
双极型集体管q3的集电极同时连接电阻r5的另一端和双极型集体管q4的基极；
[0047]
双极型集体管q4的集电极同时连接电阻r8的一端、电容c1的一端和双极型集体管q5的基极；电容c1的另一端连接电阻r10的一端；
[0048]
电阻r8的另一端连接电阻r9的一端；
[0049]
电阻r9的另一端同时连接电阻r6的另一端、电阻r11的另一端和双极型集体管q6的发射极，并作为带隙基准电压vbg输出端口；
[0050]
双极型集体管q6的基极同时连接pmos晶体管pm2的漏端、电阻r10的一端和nmos晶体管nm2的漏端，并作为外部电压vbias输出端口。外部电压vbias输出端口用于与外部电路连接，电压vbias为提供给外部电路的电压。
[0051]
电阻r6和r9的阻值相等且在版图上匹配。
[0052]
电阻r5和r8的阻值相等且在版图上匹配。
[0053]
双极型晶体管q4的并联个数是双极型晶体管q3的n倍，n>4，双极型晶体管q3置于n个双极型晶体管q4中间位置构成阵列结构。
[0054]
下面结合图2说明工作原理。本实用新型中提出了一种新型带隙基准电压源，因此无镜像iptat电流并使用到npn晶体管是该实用新型实现方式的关键。
[0055]
在阐述传统带隙基准电压源实现方式中，需要镜像iptat电流，使用到钳位运放和pnp晶体管，以上这些结构在制造工程中的偏差都将使得输出基准电压偏离仿真值且受温度影响。不利于保证其他高性能模块的基准电压需求。
[0056]
图2提出的新型带隙基准电压源，解决了传统带隙基准电压源因为自身结构导致
输出的基准电压不精确且与温度相关的问题。
[0057]
电阻r6和r9的阻值相等且在版图上需要匹配，电阻r5和r8的阻值相等且在版图上需要匹配，双极型晶体管q4的并联个数是双极型晶体管q3的n倍，例如n＝8，则在画版图时可以把晶体管q3单独一个放置在8个晶体管q4的中央，形成3行3列式，达到最佳匹配。晶体管q3和q4集电极的电流完全相等。因此零温度系数的带隙基准电压vbg的表达式为：
[0058][0059]
式中：v
be_q4
表示晶体管q4的基极
‑
发射极电压，v
t
代表晶体管的热电压。
[0060]
相较于传统带隙基准电压源，新型带隙基准电压源的iptat电流和v
be
在同一支路上产生，省略掉了电流镜像环节，也不需要运放进行xy两节点的钳位，只需要晶体管q3、q4的基极接到电阻r5两端就能实现iptat电流的产生，避免了运放的输入端引入的失调带来的基准电压偏差。
[0061]
晶体管q5、nm2、q6和电阻r9、r8形成负反馈环路，最主要的作用是的抑制电源波动提高电源抑制比，使得vbg的电压在有电源纹波的情况下更稳定。在该环路内还使用到调零电阻r10和弥勒补偿电容c1，调节该环路的相位裕度。
[0062]
晶体管q1、q2，电阻r1、r2、r3、r4，晶体管nm1、pm1、pm2共同组成了零温度系数的共源共栅电压电流偏置部分，能够有效阻止电源纹波的干扰和减小温度影响。
[0063]
本实用新型提出的新型带隙基准电压源，与温度相关的正负温度系数的电压在同一路径产生，采用简单可靠的负反馈环路提高该模块的电源抑制比稳定了基准电压，该种结构在版图上也更容易实现高度匹配能够最大限度的减小制造工艺带来的基准电压偏差和温度漂移。