CN102323847B - 基于温度补偿的电压基准电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于温度补偿的电压基准电路，包括正温度系数生成单元、负温度系数生成单元、温度补偿电路、镜像电路和分压电路；利用T项来补偿T项，利用Tln(T)项来补偿Tln(T)项，使电压基准电路补偿的针对性更强；输出基准电压与T和Tln(T)无关，得到零温度系数的基准电压；可以通过调节分压电路中电阻的比例关系来确定输出电压值，本发明提供的电压基准电路具有补偿针对性强、零温度系数、输出电压值可调的优点，有效克服了传统电压基准电路补偿针对性弱、温度系数不能完全消除、输出电压值固定的缺点，本发明可广泛应用于模拟IC和数模混合IC领域。

Description

基于温度补偿的电压基准电路

技术领域

本发明涉及一种电压基准电路，适用于需要低温度系数基准电压的模拟IC和数模混合IC领域，特别涉及一种基于温度补偿的电压基准电路。

背景技术

低温度系数的电压基准电路是许多模拟电路中必不可少的重要部分，其工作原理是：采用正负温度系数电压加权叠加的方式，来产生低温度系数电压，达到降低基准电压随温度变化的目的。传统的电压基准由负温度系数的三极管PN结电压和正温度系数的三极管PN结电压差加权叠加得到，如图1所示(不考虑电阻的温度系数)，运算放大器A0使g0点和f0点电压相等，可得 $I_{C_{Q10}}{R}_{30}=I_{C_{Q20}}{R}_{20},$ 则：

$V_{\mathrm{REF}}=V_{{\mathrm{BE}}_{Q10}}+\mathrm{\Δ}{V}_{B{E}_{Q10,Q20}}\·\frac{R_{20}}{R_{10}}---\left(1\right)$

其中，V_BE为三极管Q10的PN结电压，

为三极管Q10和Q20的PN结电压差。由于：

$V_{\mathrm{BE}}=V_T\ln \left(\frac{I_C}{I_S}\right)=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln \left(\frac{I_C}{b\·T^{2.5}\·e^{\frac{-E_g}{\mathrm{kT}}}}\right)---\left(2\right)$

其中，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子的电量，I_C为三极管的集电极电流，b为比例系数，E_g为硅的带隙能量。

再由式(2)可得：

${\mathrm{\ΔV}}_{{\mathrm{BE}}_{Q10,Q20}}=V_T\ln \left(\frac{I_{C_{Q10}}}{I_S}\right)-V_T\ln \left(\frac{I_{C_{Q20}}}{n_0{I}_S}\right)=V_T\ln \left(n_0\frac{I_{C_{Q10}}}{I_{C_{Q20}}}\right)=\frac{k\ln \left(n_0\frac{R_{20}}{R_{30}}\right)}{q}\·T---\left(3\right)$

其中，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子的电量，n₀为由三极管Q20与Q10的个数之比。

由式(2)可得：

$V_{{\mathrm{BE}}_{Q10}}=\frac{E_g}{q}+\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln \left(I_{C_{Q10}}\right)-\frac{2.5k}{q}T\ln \left(T\right)-\frac{k\ln \left(b\right)}{q}T---\left(4\right)$

其中，

$I_{C_{Q10}}=\frac{I_{C_{Q20}}{R}_{20}}{R_{30}}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{{\mathrm{BE}}_{Q10,Q20}}}{R_{10}}\·\frac{R_{20}}{R_{30}}=\frac{{\mathrm{kR}}_{20}\ln \left(n_0\frac{R_{20}}{R_{30}}\right)}{q{R}_{10}{R}_{30}}\·T---\left(5\right)$

得到：

$V_{{\mathrm{BE}}_{Q10}}=\frac{E_g}{q}+\frac{k\ln \left(\frac{k{R}_{20}\ln \left(n_0\frac{R_{20}}{R_{30}}\right)}{\mathrm{qb}{R}_{10}{R}_{30}}\right)}{q}\·T-\frac{1.5k}{q}\·T\ln \left(T\right)---\left(6\right)$

由(1)式、(3)式、(6)式得到：

$V_{\mathrm{REF}}=\frac{E_g}{q}+\frac{k\ln \left(\frac{k{R}_{20}{\left(n_0\frac{R_{20}}{R_{30}}\right)}^{\frac{R_{20}}{R_{10}}}\ln \left(n_0\frac{R_{20}}{R_{30}}\right)}{\mathrm{qb}{R}_{10}{R}_{30}}\right)}{q}\·T-\frac{1.5k}{q}\·T\ln \left(T\right)---\left(7\right)$

对比(3)式和(6)式可知，

与T相关，而

不但与T相关，还与Tln(T)相关，因此，二者相加后，只能用与T相关的项来补偿与Tln(T)相关的项，如(7)式所示。因此，传统的电压基准电路，其基准电压V_REF始终与T和Tln(T)相关，不能完全消除基准电压的温度系数，普通标准工艺制作的传统基准电压温度系数约为40ppm/℃(百万分之一每摄氏度)，即在-40℃到85℃的温度范围内，基准电压变化率为：

40ppm/℃×[85℃-(-40℃)]×100％＝0.5％。

因此急需一种能够消除T和Tln(T)影响的具有零温度系数的基于温度补偿的电压基准电路。来克服传统基准电压产生电路输出基准电压与T和Tln(T)相关导致的温度系数不能完全消除的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种能够消除T和Tln(T)影响的具有零温度系数的基于温度补偿的电压基准电路。来克服传统基准电压产生电路输出基准电压与T和Tln(T)相关导致的温度系数不能完全消除的问题。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的基于温度补偿的电压基准电路，包括正温度系数生成单元、负温度系数生成单元、温度补偿电路、镜像电路和分压电路；

所述正温度系数生成单元，用于产生包含Tln(T)项的正温度系数电压，并输出包含T项和Tln(T)项的正温度系数的电流；

所述负温度系数生成单元，用于产生包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，并输出包含T项的正温度系数的电流；

所述温度补偿电路，用于将包含T项和Tln(T)项的正温度系数电流转换为包含T项和Tln(T)项的正温度系数电压，补偿负温度系数生成单元产生的包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，负温度系数生成单元和温度补偿电路共同产生零温度系数的基准电压；

其中，T为绝对温度；

所述镜像电路，用于将负温度系数生成单元的输出电流镜像m倍后输入到正温度系数生成单元；

所述分压电路，用于调节输出电压，并确定正温度系数生成单元、负温度系数生成单元中的工作电压。

进一步，所述温度补偿电路包括电阻R5，所述正温度系数生成单元包括运算放大器A1、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R4，所述运算放大器A1的正输入端接三极管Q4的基极，运算放大器A1的负输入端接三极管Q4的集电极，运算放大器A1的输出接三极管Q4的发射极，所述R6的一端与运算放大器A1的负输入端及三极管Q4的集电极连接，所述R6的另一端接地，所述三极管Q4的发射极和三极管Q3的发射极之间接电阻R4，三极管Q3的集电极与镜像电路的一端连接，所述三极管Q3的基极和三极管Q4的基极连接；

进一步，所述负温度系数生成单元包括运算放大器A2、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，电阻R3；所述三极管Q1的发射极与运算放大器A2的正输入端连接，所述运算放大器A2的正输入端和电阻R3的一端相接，三极管Q2的发射极通过电阻R1与运算放大器A2的负输入端连接，所述运算放大器A2的负输入端与电阻R2的一端连接，所述运算放大器A2的输出端与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与电阻R2、电阻R3的另一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q1、三极管Q2的集电极与镜像电路的另一端连接，所述运算放大器A2的输出端与分压电路连接；

进一步，所述镜像电路包括第一NMOS管M1，第二NMOS管M2，所述第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的源极均接地，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的栅极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与第二NMOS管M2的漏极连接，所述第一NMOS管M1的漏极与三极管Q3的集电极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与三极管Q1、三极管Q2的集电极连接；

进一步，所述分压电路包括电阻R7和电阻R8，所述电阻R8与运算放大器A2的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R7的一端以及三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4的基极连接，所述电阻R7的另一端与第一NMOS管M1的源极和第二NMOS管M2的源极连接，运算放大器A2与电阻R5、电阻R8的连接点为基准电路的输出端Vo；

进一步，所述输出基准电压Vo的值由电阻R7和电阻R8的比值决定，V_O＝(E_g/q)·(1+R₇/R₈)，其中，(E_g/q)为硅的带隙电压，通过调节电阻R7和电阻R8的比值，得到不同幅度的输出基准电压；

进一步，所述电阻R4和电阻R5满足以下关系：

进一步，所述负温度系数生成单元包括至少一个三极管Q1和至少一个三极管Q2，所述所有的三极管Q2和所有的三极管Q1的个数之比为n，所述正温度系数生成单元包括至少一个三极管Q3和至少一个三极管Q4，所述所有的三极管Q4与所有的三极管Q3个数之比为p，所述镜像电路包括至少一个第一NMOS管M1和至少一个第二NMOS管M2，其中，n＞1，p＞1。

本发明的优点在于：本发明的基于温度补偿的电压基准电路，与传统的电压基准电路路相比，它具有以下特点：

1.传统的电压基准电路用T项来补偿Tln(T)项，而本发明的基于温度补偿的电压基准电路，利用T项来补偿T项，利用Tln(T)项来补偿Tln(T)项，因此本发明的电压基准电路的补偿的针对性更强。

2.传统电压基准电路用T项来补偿Tln(T)项，因此，输出基准电压与T和Tln(T)同时相关，导致其温度系数不能完全消除，约为40ppm/℃，而本发明的电压基准电路，其输出基准电压与T和Tln(T)无关，因此本发明电路能够得到零温度系数的基准电压。

3.传统的电压基准电路输出电压幅度为硅的带隙电压，因此其输出电压为固定值，而本发明电路的电压基准V_O＝(E_g/q)·(1+R₇/R₈)，可以通过调节电阻R7和电阻R8的比例关系，灵活地确定输出电压值，因此本发明电路可得到一定范围的任意输出电压值。

综上所述，本发明的基于温度补偿的电压基准电路同时具有补偿针对性强、零温度系数、输出电压值可调的优点，有效克服了传统电压基准电路补偿针对性弱、温度系数不能完全消除、输出电压值固定的缺点。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是传统的电压基准电路的电路图；

图2是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例1电路图；

图3是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例2电路图；

图4是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例3电路图；

图5是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例4电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图2是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例1电路图，如图所示：本发明提供的基于温度补偿的电压基准电路，包括正温度系数生成单元1、负温度系数生成单元2、温度补偿电路3、镜像电路4和分压电路5；

所述正温度系数生成单元1，用于产生包含Tln(T)项的正温度系数电压，并输出包含T项和Tln(T)项的正温度系数的电流；

所述负温度系数生成单元2，用于产生包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，并输出包含T项的正温度系数的电流；

所述温度补偿电路3，用于将包含T项和Tln(T)项的正温度系数电流转换为包含T项和Tln(T)项的正温度系数电压，补偿负温度系数生成单元产生的包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，负温度系数生成单元和温度补偿电路共同产生零温度系数的基准电压；

其中，T为绝对温度；

所述镜像电路4，用于将负温度系数生成单元的输出电流镜像m倍后输入到正温度系数生成单元；

所述分压电路5，用于调节输出电压，并确定正温度系数生成单元、负温度系数生成单元中的工作电压。

作为上述实施例的进一步改进，所述温度补偿电路包括电阻R5，所述正温度系数生成单元包括运算放大器A1、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R4，所述运算放大器A1的正输入端接三极管Q4的基极，运算放大器A1的负输入端接三极管Q4的集电极，运算放大器A1的输出接三极管Q4的发射极，所述R6的一端与运算放大器A1的负输入端及三极管Q4的集电极连接，所述R6的另一端接地，所述三极管Q4的发射极和三极管Q3的发射极之间接电阻R4，三极管Q3的集电极与镜像电路的一端连接，所述三极管Q3的基极和三极管Q4的基极连接。

作为上述实施例的进一步改进，所述负温度系数生成单元包括运算放大器A2、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，电阻R3；所述三极管Q1的发射极与运算放大器A2的正输入端连接，所述运算放大器A2的正输入端和电阻R3的一端相接，三极管Q2的发射极通过电阻R1与运算放大器A2的负输入端连接，所述运算放大器A2的负输入端与电阻R2的一端连接，所述运算放大器A2的输出端与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与电阻R2、电阻R3的另一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q1、三极管Q2的集电极与镜像电路的另一端连接，所述运算放大器A2的输出端与分压电路连接。

作为上述实施例的进一步改进，所述镜像电路包括第一NMOS管M1，第二NMOS管M2，所述第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的源极均接地，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的栅极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与第二NMOS管M2的漏极连接，所述第一NMOS管M1的漏极与三极管Q3的集电极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与三极管Q1、三极管Q2的集电极连接。

作为上述实施例的进一步改进，所述分压电路包括电阻R7和电阻R8，所述电阻R8与A2的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R7的一端以及三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4的基极连接，所述电阻R7的另一端与第一NMOS管M1的源极和第二NMOS管M2的源极连接，运算放大器A2与电阻R5、电阻R8的连接点为基准电路的输出端Vo。

作为上述实施例的进一步改进，所述输出基准电压Vo的值由电阻R7和电阻R8的比值决定，V_O＝(E_g/q)·(1+R₇/R₈)，其中，(E_g/q)为硅的带隙电压，通过调节电阻R7和电阻R8的比值，得到不同幅度的输出基准电压。

作为上述实施例的进一步改进，所述电阻R4和电阻R5满足以下关系：

作为上述实施例的进一步改进，所述负温度系数生成单元包括至少一个三极管Q1和至少一个三极管Q2，所有的三极管Q2和所有的三极管Q1的个数之比为n，正温度系数生成单元包括至少一个三极管Q3和至少一个三极管Q4，所述所有的三极管Q4与所有的三极管Q3个数之比为p，镜像电路包括至少一个第一NMOS管M1和至少一个第二NMOS管M2，所有的第一NMOS管M1和第二NMOS管M2个数之比为m，其中，n＞1，p＞1。

下面详细描述本发明提供的基于温度补偿的电压基准电路的原理和具体实施方式：

本发明具体实施的一种总体结构如图2所示，包括两个运算放大器A1～A2、四个三极管Q1～Q4、两个MOS管M1～M2和八个电阻R1～R8。结点a、结点b、结点c、结点d分别为三极管Q4、三极管Q3、三极管Q2、三极管Q1的基极连接点；结点e为电阻R7和电阻R8的公共接点且与三极管Q4、三极管Q3、三极管Q2、三极管Q1的基极连接；结点f为运算放大器A2正输入端与三极管Q1发射极连接点，结点g为运算放大器A2负输入端与电阻R1和电阻R2公共接点的汇合点，结点h为三极管Q4与运算放大器A1负输入端的连接点，结点i为运算放大器A2输出端；图2中的具体连接关系与本说明书的发明内容部分相同，此处不考虑电阻和MOS管的温度系数，它的工作原理如下：

三极管Q1和三极管Q2的PN结电压差产生包含T项的正温度系数电压，运算放大器A2使结点f和结点g的电压相等，因此，电阻R1上的电压为：

$V_{R1}={\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}\mathrm{1,2}}=V_T\ln \left(\frac{I_{Q1}}{I_S}\right)-V_T\ln \left(\frac{I_{Q2}}{{\mathrm{nI}}_s}\right)=V_T\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})=\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q}\·T---\left(8\right)$

其中，n为三极管Q2与三极管Q1的个数之比。

三极管Q3和三极管Q4的PN结电压差产生包含T项和Tln(T)项的正温度系数的电压，即R4上的电压：

$V_{R4}={\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{BE}\mathrm{3,4}}=V_T\ln (p\·\frac{I_{Q3}}{I_{Q4}})=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln (p\·\frac{I_{Q3}}{I_{Q4}})---\left(9\right)$

运算放大器A1使结点a和结点h的电压相等，忽略所有三极管的基极电流，因此，电阻R6上的电压为：

$V_{R6}=V_{R7}=\frac{R_7}{R_8+R_7}\·V_O---\left(10\right)$

可得：

$I_{Q4}=I_{R6}=\frac{R_7}{{(R_8+R_7)R}_6}\·V_O---\left(11\right)$

第一NMOS管M1和第二NMOS管M2构成的电流镜将三极管Q1～Q2的集电极电流之和镜像m倍后，作为三极管Q3的集电极电流，得：

$I_{Q3}=m\·(I_{Q1}+I_{Q2})=m\·(1+\frac{R_2}{R_3})I_{Q2}---\left(12\right)$

由式(8)可得：

$I_{Q2}=\frac{V_{R1}}{R_1}=\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\·T---\left(13\right)$

由(12)式、(13)式，得：

$I_{Q3}=\frac{m\·k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\·(1+\frac{R_2}{R_3})\·T={\mathrm{\α}}_1\·T---\left(14\right)$

其中，

${\mathrm{\α}}_1=\frac{m\·k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\·(1+\frac{R_2}{R_3})---\left(15\right)$

由(9)式、(11)式、(14)式，得：

$I_{R4}=\frac{V_{R4}}{R_4}=\frac{k}{q{R}_4}[\ln \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1\·p\·R_6\·(R_8+R_7)}{R_7\·V_O}\right)+\ln \left(T\right)]\·T={\mathrm{\α}}_2\·T+{\mathrm{\α}}_3\·T\ln \left(T\right)---\left(16\right)$

其中，

${\mathrm{\α}}_2=\frac{k}{q{R}_4}\·\ln \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1\·p\·R_6\·(R_8+R_7)}{R_7\·V_O}\right)---\left(17\right)$

${\mathrm{\α}}_3=\frac{k}{{\mathrm{qR}}_4}---\left(18\right)$

由(12)式、(14)式、(16)式，得电阻R5上的电流为：

$I_{R5}=I_{Q1}+I_{Q2}+I_{Q3}+I_{R4}=(\frac{m+1}{m}\·{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)\·T+{\mathrm{\α}}_3\·T\ln \left(T\right)---\left(19\right)$

三极管Q1产生包含T项和Tln(T)项的负温度系数的PN结电压，由(4)式，可得三极管Q1的PN结电压为：

$V_{{\mathrm{BE}}_{Q1}}=V_T\ln \left(\frac{I_{Q1}}{I_s}\right)=\frac{E_g}{q}+\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln \left(I_{Q1}\right)-\frac{2.5k}{q}T\ln \left(T\right)-\frac{k\ln \left(b\right)}{q}T---\left(20\right)$

其中，

$I_{Q1}=\frac{R_2}{R_3}{I}_{Q2}---\left(21\right)$

电阻R8上的电压为：

$V_{R8}=V_{{\mathrm{BE}}_{Q1}}+V_{R3}+V_{R5}=V_{{\mathrm{BE}}_{Q1}}+I_{Q2}\·R_2+I_{R5}\·R_5---\left(22\right)$

其中V_R3为电阻R3产生的正温度系数电压，V_R5为包含T项和Tln(T)项的正温度系数电压。

由式(13)式、(19)-(22)式可得

$V_{R8}=\frac{E_g}{q}+\frac{k}{q}\ln \left(\frac{R_2}{R_3}\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\right)\·T-\frac{1.5k}{q}\·T\ln \left(T\right)-\frac{k\ln \left(b\right)}{q}\·T+R_2\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\·T+(\frac{m+1}{m}\·{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)\·R_5\·T+{\mathrm{\α}}_3\·R_5\·T\ln \left(T\right)$

$=\frac{E_g}{q}+\left\{\frac{k}{q}\ln \right(\frac{R_2}{R_3}\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1})-\frac{k\ln \left(b\right)}{q}+R_2\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}+(\frac{m+1}{m}\·{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)\·R_5\}\·T+\{-\frac{1.5k}{q}+{\mathrm{\α}}_3\·R_5\}\·T\ln \left(T\right)---\left(23\right)$

若要V_R8与温度无关，则T和Tln(T)前的系数均为0，可得

$\frac{k}{q}\ln \left(\frac{R_2}{R_3}\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}\right)-\frac{k\ln \left(b\right)}{q}+R_2\frac{k\·\ln (n\·\frac{R_2}{R_3})}{q\·R_1}+(\frac{m-1}{m}\·{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)\·R_5=0---\left(24\right)$

$-\frac{1.5k}{q}+{\mathrm{\α}}_3\·R_5=0---\left(25\right)$

由(18)式、(25)式，得：

$\frac{R_5}{R_4}=\frac{3}{2}---\left(26\right)$

由(23)式、(18)式、(25)式可知，此时

$V_O\·\frac{R_8}{R_7+R_8}=V_{R8}=\frac{E_g}{q}---\left(27\right)$

其中，V_o为补偿后的输出基准电压，(E_g/q)为硅的带隙电压。

由(15)式、(17)式、(24)式、(26)式，可得：

$\ln \left(R_1\right)=\ln \left(\frac{k\·r_{\mathrm{2,3}}\·\ln (n\·r_{\mathrm{2,3}})}{q\·b}\right)+\frac{3}{2}\·\ln \left[\frac{m\·p\·k\·\ln (n\·r_{\mathrm{2,3}})\·(1+r_{\mathrm{2,3}})\·r_{\mathrm{6,1}}\·r_{\mathrm{8,7}}}{E_g}\right]---\left(28\right)$

$+r_{\mathrm{2,1}}\·\ln (n\·r_{\mathrm{2,3}})+r_{\mathrm{5,1}}\·(m+1)\·(1+r_{\mathrm{2,3}})\·\ln (n\·r_{\mathrm{2,3}})$

其中

$r_{\mathrm{2,1}}=\frac{R_2}{R_1},$ $r_{\mathrm{5,1}}=\frac{R_5}{R_1},$ $r_{\mathrm{6,1}}=\frac{R_6}{R_1},$ $r_{\mathrm{2,3}}=\frac{R_2}{R_3},$ $r_{\mathrm{8,7}}=\frac{R_8}{R_7}---\left(29\right)$

选定(29)式中的电阻比例系数后(理论上来讲，(29)式中的比值可为任意值，选取时可根据具体工艺选择便于版图设计的比值)，就可通过(28)式计算出电阻R₁的大小，再代入(26)式和(29)式，可得电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆的阻值。

由(27)式可得补偿后的输出基准电压：

$V_O=\frac{E_g}{q}\·(1+\frac{R_7}{R_8})---\left(30\right)$

由(30)式可知，V_O表达式中不包含与温度T相关的项，因此补偿后的输出基准电压，温度系数为零；补偿后的输出基准电压V_O由电阻R₇和电阻R₈的比值决定，因此，通过调节电阻R₇和电阻R₈的比值，可以得到不同幅度的输出基准电压。其中电阻R7的取值要使M2工作在饱和区，三极管Q1～Q4工作在放大区。本发明的基于温度补偿的电压基准电路采用通用硅栅BiCMOS工艺制造。

实施例2

图3是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例2电路图，如图所示，本实施例与实施例1的区别在于：电阻R1接在三极管Q2的发射极上，电阻R2接在三极管Q2的集电极与第二NMOS管M2漏极之间，电阻R3接在三极管Q1的集电极与第二NMOS管M2漏极之间，运算放大器A2的正输入端接在三极管Q1的集电极上，运算放大器A2的负输入端接在三极管Q2的集电极与电阻R2之间。

实施例3

图4是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例3电路图，如图所示，本实施例与实施例2的区别在于：三极管Q1、Q2、Q3、Q4为NPN型；第一MOS管M1和第二MOS管M2为N沟道增强型MOS场效应管，电阻R5和电阻R7的公共连接端接地。

实施例4

图5是本发明的基于温度补偿的电压基准电路的实施例4电路图，如图所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：三极管Q1、Q2、Q3、Q4为NPN型；第一MOS管M1和第二MOS管M2为N沟道增强型MOS场效应管，电阻R5和电阻R7的公共连接端接地。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：包括正温度系数生成单元、负温度系数生成单元、温度补偿电路、镜像电路和分压电路；

所述正温度系数生成单元，用于产生包含T项和Tln(T)项的正温度系数电压，并输出包含T项和Tln(T)项的正温度系数的电流；

所述负温度系数生成单元，用于产生包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，并输出包含T项的正温度系数的电流；

所述温度补偿电路，用于将包含T项和Tln(T)项的正温度系数电流转换为包含T项和Tln(T)项的正温度系数电压，补偿负温度系数生成单元产生的包含T项和Tln(T)项的负温度系数电压，负温度系数生成单元和温度补偿电路共同产生零温度系数的基准电压；

其中，T为绝对温度；

所述镜像电路，用于将负温度系数生成单元的输出电流镜像m倍后输入到正温度系数生成单元，其中m为正整数；

所述分压电路，用于调节基准电压，并确定正温度系数生成单元、负温度系数生成单元中的工作电压。

2.根据权利要求1所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述温度补偿电路包括电阻R5，所述正温度系数生成单元包括运算放大器A1、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R4，所述运算放大器A1的正输入端接三极管Q4的基极，运算放大器A1的负输入端接三极管Q4的集电极，运算放大器A1的输出端接三极管Q4的发射极，所述电阻R6的一端与运算放大器A1的负输入端及三极管Q4的集电极连接，所述电阻R6的另一端接地，所述三极管Q4的发射极和三极管Q3的发射极之间接电阻R4，三极管Q3的集电极与镜像电路的一端连接，所述三极管Q3的基极和三极管Q4的基极连接。

3.根据权利要求2所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述负温度系数生成单元包括运算放大器A2、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，电阻R3；所述三极管Q1的发射极与运算放大器A2的正输入端连接，所述运算放大器A2的正输入端和电阻R3的一端相接，三极管Q2的发射极通过电阻R1与运算放大器A2的负输入端连接，所述运算放大器A2的负输入端与电阻R2的一端连接，所述运算放大器A2的输出端与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与电阻R2、电阻R3的另一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q1、三极管Q2的集电极与镜像电路的另一端连接，所述运算放大器A2的输出端与分压电路连接。

4.根据权利要求3所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述镜像电路包括第一NMOS管M1，第二NMOS管M2，所述第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的源极均接地，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2的栅极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与第二NMOS管M2的漏极连接，所述第一NMOS管M1的漏极与三极管Q3的集电极连接，所述第二NMOS管M2的栅极与三极管Q1、三极管Q2的集电极连接。

5.根据权利要求4所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述分压电路包括电阻R7和电阻R8，所述电阻R8的一端与运算放大器A2的输出端连接，所述电阻R8的另一端与电阻R7的一端以及三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4的基极连接，所述电阻R7的另一端与第一NMOS管M1的源极和第二NMOS管M2的源极连接，运算放大器A2与电阻R5、电阻R8的连接点为基准电路的输出端i。

6.根据权利要求5所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述基准电路输出端的基准电压V_O的值由电阻R7和电阻R8的比值决定，V_O＝(E_g/q)·(1+R₇/R₈)，其中，(E_g/q)为硅的带隙电压，通过调节电阻R7和电阻R8的比值，得到不同幅度的输出基准电压。

7.根据权利要求6所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述电阻R4和电阻R5满足以下关系：

8.根据权利要求7所述的基于温度补偿的电压基准电路，其特征在于：所述负温度系数生成单元包括至少一个三极管Q1和至少一个三极管Q2，所述所有的三极管Q2和所有的三极管Q1的个数之比为n，所述正温度系数生成单元包括至少一个三极管Q3和至少一个三极管Q4，所述所有的三极管Q4与所有的三极管Q3个数之比为p，其中，n>1，p>1。

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