CN116560448B - 带隙基准电压源电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种带隙基准电压源电路。带隙基准电压源电路包括自偏置电路和基准电压产生电路；自偏置电路包括：第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管；第二PNP型三极管的发射极、第三PNP型三极管的发射极以及第四PNP型三极管的发射极连接到第一PNP型三极管的集电极；第三PNP型三极管的基极分别连接到第二PNP型三极管的基极和集电极，第三PNP型三极管的集电极连接到第四PNP型三极管的基极；第二PNP型三极管的集电极和第三PNP型三极管的集电极连接到基准电压产生电路，以使基准电压产生电路中的第一三极管组中的三极管的集电极电压和第二三极管组中的三极管的集电极电压相等。

Description

带隙基准电压源电路

技术领域

本公开总体说来涉及集成电路技术领域，更具体地讲，涉及一种带隙基准电压源电路。

背景技术

在模拟集成电路和混合信号设计领域，基准电压源是一个很重要的模块，为系统的其他模块提供稳定的基准电压，这个基准电压随电源电压、温度、工艺的变化很小。随着电路集成度的提高，通过将基准电压源集成到芯片内部，来降低系统的成本。

传统的带隙基准电压源电路如图1所示，带隙基准电压源电路包括：PMOS管：M1、M2、M3，PNP型晶体管：PQ1、PQ2、PQ3，电阻：R1和R2，运算放大器OP。传统的带隙基准电压源电路包括运算放大器，运算放大器不仅占用面积，而且运算放大器的失调电压会加大基准电压的失调电压。

发明内容

本公开的示例性实施例在于提供一种带隙基准电压源电路，电路结构简单，未使用运算放大器，不仅减小了失调电压和噪声，而且节省了电路版图面积，降低了成本。

根据本公开实施例，提供一种带隙基准电压源电路，包括：自偏置电路和基准电压产生电路；其中，所述自偏置电路包括：第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管；所述第二PNP型三极管的发射极、所述第三PNP型三极管的发射极以及所述第四PNP型三极管的发射极连接到所述第一PNP型三极管的集电极，所述第一PNP型三极管的发射极连接到电源；所述第三PNP型三极管的基极分别连接到所述第二PNP型三极管的基极和集电极，所述第三PNP型三极管的集电极连接到所述第四PNP型三极管的基极，所述第四PNP型三极管的集电极接地；所述第二PNP型三极管的集电极和所述第三PNP型三极管的集电极连接到所述基准电压产生电路，以使所述基准电压产生电路中的第一三极管组中的三极管的集电极电压和第二三极管组中的三极管的集电极电压相等。

可选地，所述第一三极管组包括第一数量个NPN型三极管，所述第一数量为1或大于1的整数，当所述第一数量为大于1的整数时，所述第一数量个NPN型三极管相互并联；所述第二三极管组包括第二数量个NPN型三极管，所述第二数量为1大于1的整数，当所述第二数量为大于1的整数时，所述第二数量个NPN型三极管相互并联；其中，所述第一三极管组中的NPN型三极管的集电极连接到所述第二PNP型三极管的集电极、所述第二三极管组中的NPN型三极管的集电极连接到所述第三PNP型三极管的集电极。

可选地，所述基准电压产生电路包括：所述第一三极管组、所述第二三极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻；其中，所述第一三极管组中的NPN型三极管的发射极连接到所述第二电阻的第一连接端，所述第二电阻的第二连接端分别连接到所述第三电阻的第一连接端和所述第二三极管组中的NPN型三极管的发射极，所述第三电阻的第二连接端接地；所述第一三极管组中的NPN型三极管的基极连接到所述第一电阻的第一连接端，所述第一电阻的第二连接端连接到所述第二三极管组中的NPN型三极管的基极；所述第一电阻的第一连接端还用于输出带隙基准电压。

可选地，还包括：参考电压产生电路，其中，所述参考电压产生电路产生的参考电压的电压值为M*所述带隙基准电压的电压值，M为大于1的实数。

可选地，所述参考电压产生电路包括：第一NPN型三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；其中，所述第一NPN型三极管的集电极连接到所述电源，所述第一NPN型三极管的发射极连接到所述第五电阻的第一连接端，所述第一NPN型三极管的基极连接到所述第四PNP型三极管的发射极，所述第五电阻的第一连接端还用于输出所述参考电压；所述第五电阻的第二连接端经由所述第四电阻连接到所述第一电阻的第二连接端，所述第五电阻的第二连接端还连接到所述第六电阻的第一连接端，所述第六电阻的第二连接端经由所述第七电阻接地，所述第六电阻的第二连接端还连接到所述第一电阻的第一连接端。

可选地，所述自偏置电路还包括：电容；其中，所述第四PNP型三极管的基极还经由所述电容接地。

可选地，还包括：用于为所述基准电压产生电路提供启动电流的启动电路。

可选地，所述启动电路包括：第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第五PNP型三极管、第八电阻；其中，所述第五PNP型三极管的基极分别连接到所述第二NPN型三极管的集电极、所述第三NPN型三极管的集电极、所述第一PNP型三极管的基极；所述第二NPN型三极管的发射极、所述第三NPN型三极管的发射极以及所述第五PNP型三极管的集电极经由所述第八电阻接地；所述第五PNP型三极管的发射极连接到所述电源，所述第二NPN型三极管的基极连接到第一偏置电压源，所述第五PNP型三极管的基极还连接到第二偏置电压源，所述第三NPN型三极管的基极连接到所述第一电阻的第一连接端。

可选地，所述带隙基准电压的电压值为：

其中，V_be表示所述第一三极管组中的NPN型三极管的基极和发射极之间的电压值，R1表示所述第一电阻的阻值，R2表示所述第二电阻的阻值，R3表示所述第三电阻的阻值，V_T表示热电压的电压值，N表示所述第一三极管组中的第一数量个NPN型三极管的发射极面积之和与所述第二三极管组中的第二数量个NPN型三极管的发射极面积之和的比值。

可选地，所述M的值为：

其中，R1表示所述第一电阻的阻值，R4表示所述第四电阻的阻值，R5表示所述第五电阻的阻值，R6表示所述第六电阻的阻值，R7表示所述第七电阻的阻值。

根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路，电路结构简单，未使用运算放大器，不仅减小了失调电压和噪声，而且节省了电路版图面积，降低了成本。此外，本公开未使用MOS管来实现带隙基准电压源电路，降低了工艺复杂度。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出现有的带隙基准电压源电路的结构示意图；

图2示出根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路的结构示意图；

图3示出根据本公开的另一示例性实施例的带隙基准电压源电路的结构示意图。

具体实施方式

现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。

图2示出根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路的结构示意图。

如图2所示，根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路包括：自偏置电路100和基准电压产生电路200。

基准电压产生电路200为带隙基准核心电路，用于产生带隙基准电压Vbg。

自偏置电路100连接到基准电压产生电路200，用于使基准电压产生电路200中的第一三极管组(即，图3中的201)中的三极管的集电极电压和第二三极管组(即，图3中的202)中的三极管的集电极电压相等。

具体地，自偏置电路100包括：第一PNP型三极管101、第二PNP型三极管102、第三PNP型三极管103、第四PNP型三极管104。

第二PNP型三极管102的发射极、第三PNP型三极管103的发射极以及第四PNP型三极管104的发射极均连接到第一PNP型三极管101的集电极，第一PNP型三极管101的发射极连接到电源。第一PNP型三极管101的基极被提供偏置电压，下面将给出由启动电路(即，图3中的400)为第一PNP型三极管101的基极提供偏置电压的示例性实施例。

第三PNP型三极管103的基极分别连接到第二PNP型三极管102的基极和集电极，第三PNP型三极管103的集电极连接到第四PNP型三极管104的基极，第四PNP型三极管104的集电极接地GND。

第二PNP型三极管102的集电极和第三PNP型三极管103的集电极连接到基准电压产生电路200。

根据本公开的示例性实施例的自偏置电路能够使基准电压产生电路中的第一三极管组中的三极管的集电极电压和第二三极管组中的三极管的集电极电压相等，且无需使用运算放大器，不仅减小了失调电压和噪声，而且节省了电路版图面积，降低了成本。

参照图3，作为示例，基准电压产生电路200可包括：第一三极管组201、第二三极管组202、第一电阻203、第二电阻204、第三电阻205。

第一三极管组201包括第一数量个NPN型三极管，第一数量可为1或大于1的整数，应该理解，图3中仅示出第一三极管组201包括单个NPN型三极管的情况，但实际上可包括至少一个NPN型三极管，当第一数量为大于1的整数时，第一数量个NPN型三极管相互并联。

第二三极管组202包括第二数量个NPN型三极管，第二数量可为1或大于1的整数，应该理解，图3中仅示出第二三极管组202包括单个NPN型三极管的情况，但实际上可包括至少一个NPN型三极管，当第二数量为大于1的整数时，第二数量个NPN型三极管相互并联。

第一三极管组201中的NPN型三极管的集电极连接到第二PNP型三极管102的集电极、第二三极管组202中的NPN型三极管的集电极连接到第三PNP型三极管103的集电极。

作为示例，第一三极管组201中的NPN型三极管的发射极连接到第二电阻204的第一连接端，第二电阻204的第二连接端分别连接到第三电阻205的第一连接端和第二三极管组202中的NPN型三极管的发射极，第三电阻205的第二连接端接地。第一三极管组201中的NPN型三极管的基极连接到第一电阻203的第一连接端，第一电阻203的第二连接端连接到第二三极管组202中的NPN型三极管的基极。第一电阻203的第一连接端还用于输出带隙基准电压Vbg。

作为示例，带隙基准电压Vbg的电压值为：

其中，V_be表示第一三极管组201中的NPN型三极管的基极和发射极之间的电压值(即，基极-发射极电压值)，R1表示第一电阻203的阻值，R2表示第二电阻204的阻值，R3表示第三电阻205的阻值，V_T表示热电压的电压值，N表示第一三极管组201中的第一数量个NPN型三极管的发射极面积之和与第二三极管组202中的第二数量个NPN型三极管的发射极面积之和的比值。

第一三极管组201中的NPN型三极管的基极-发射极电压与第二三极管组202中的NPN型三极管的基极-发射极电压之间的差值ΔV_be是具有正温度系数的电压，ΔV_be＝V_TlnN，流过第二电阻204的电流I_e是PTAT电流，因此，V_be具有负温度系数，V_T具有正温度系数，通过适当选择合适的第一电阻203、第二电阻204、第三电阻205、以及N值，就可以得到零温度系数的基准电压。

根据本公开的示例性实施例的基准电压产生电路200可通过第一电阻203的第一连接端提供1.2V的带隙基准电压Vbg。

参照图3，作为示例，根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路还可包括：参考电压产生电路300。

参考电压产生电路300用于产生参考电压Vref，参考电压Vref为带隙基准电压Vbg的M倍，即，Vref＝M*Vbg，其中，M为大于1的实数。

作为示例，参考电压产生电路300可包括：第一NPN型三极管301、第四电阻302、第五电阻303、第六电阻304、第七电阻305。

第一NPN型三极管301的集电极连接到电源，第一NPN型三极管301的发射极连接到第五电阻303的第一连接端，第一NPN型三极管301的基极连接到第四PNP型三极管104的发射极，第五电阻303的第一连接端还用于输出参考电压Vref。

第五电阻303的第二连接端经由第四电阻302连接到第一电阻203的第二连接端，第五电阻303的第二连接端还连接到第六电阻304的第一连接端，

第六电阻304的第二连接端经由第七电阻305接地，第六电阻304的第二连接端还连接到第一电阻203的第一连接端。

作为示例，M的值可为：其中，R1表示第一电阻203的阻值，R4表示第四电阻302的阻值，R5表示第五电阻303的阻值，R6表示第六电阻304的阻值，R7表示第七电阻305的阻值。例如，当带隙基准电压Vbg为1.2V时，可通过适当选择合适的上述电阻，通过第五电阻303的第一连接端输出2.5V的参考电压Vref。

此外，作为示例，自偏置电路100还可包括：电容105，第四PNP型三极管104的基极还经由电容105接地。通过增加电容105，能够降低环路扰动、振荡，使参考电压更为稳定。

参照图3，作为示例，根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路还可包括：启动电路400。

启动电路400用于为基准电压产生电路200提供启动电流。

作为示例，启动电路400可包括：第二NPN型三极管401、第三NPN型三极管402、第五PNP型三极管403、第八电阻404。

第五PNP型三极管403的基极分别连接到第二NPN型三极管401的集电极、第三NPN型三极管402的集电极、第一PNP型三极管101的基极。

第二NPN型三极管401的发射极、第三NPN型三极管402的发射极以及第五PNP型三极管403的集电极均经由第八电阻404接地。

第五PNP型三极管403的发射极连接到电源，第二NPN型三极管401的基极连接到第一偏置电压源(即，第一偏置电压源为第二NPN型三极管401的基极提供偏置电压Vbias1)，第五PNP型三极管403的基极还连接到第二偏置电压源(第二偏置电压源为第五PNP型三极管403的基极提供偏置电压Vbias2)，第三NPN型三极管402的基极连接到第一电阻203的第一连接端。

根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路带有启动功能，能够提供启动电压和电流，防止带隙基准电压源电路处于零状态。

根据本公开的示例性实施例的启动电路400的工作原理如下：带隙基准电压源电路启动时，偏置电压Vbias1为高电平，使第八电阻404的上端电压升高，从而使第三NPN型三极管402的基极Vbg电压升高，为基准电压产生电路200提供启动电压，这会避免带隙基准电压源电路出现零状态，与此同时，第五PNP型三极管403和第一PNP型三极管101导通，第一PNP型三极管101为带隙基准电压源电路提供电流。当带隙基准电压源电路工作时，产生的Vbg的电压是1.2V，使第三NPN型三极管402的发射极电流增大，所以第八电阻404上端的电压增大，最终使第二NPN型三极管401不导通。

带隙基准电压源电路的工作原理如下：偏置电压Vbias2可以使带隙基准电压源电路中的第五PNP型三极管403和第一PNP型三极管101导通，第四PNP型三极管104起到箝位作用，使第一三极管组201中的三极管的集电极电压和第二三极管组202中的三极管的集电极电压相等。

根据本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路，没有使用运算放大器，避免运算放大器自身的失调电压和噪声会影响所输出的电压，而且有效减小了芯片的面积。此外，现有的带隙基准电压源电路是由三极管和MOS管构成的，工艺复杂，成本增加。本公开的示例性实施例的带隙基准电压源电路只需采用三极管、电阻、电容，无需采用MOS管，就可获得稳定的带隙基准电压和参考电压，电路结构简单，节省了版图面积，降低了成本。

虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (10)

1.一种带隙基准电压源电路，其特征在于，包括：自偏置电路和基准电压产生电路；

其中，所述自偏置电路包括：第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管；

所述第二PNP型三极管的发射极、所述第三PNP型三极管的发射极以及所述第四PNP型三极管的发射极连接到所述第一PNP型三极管的集电极，所述第一PNP型三极管的发射极连接到电源；

所述第三PNP型三极管的基极分别连接到所述第二PNP型三极管的基极和集电极，所述第三PNP型三极管的集电极连接到所述第四PNP型三极管的基极，所述第四PNP型三极管的集电极接地；

所述第二PNP型三极管的集电极和所述第三PNP型三极管的集电极连接到所述基准电压产生电路，以使所述基准电压产生电路中的第一三极管组中的三极管的集电极电压和第二三极管组中的三极管的集电极电压相等。

2.根据权利要求1所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述第一三极管组包括第一数量个NPN型三极管，所述第一数量为1或大于1的整数，当所述第一数量为大于1的整数时，所述第一数量个NPN型三极管相互并联；

所述第二三极管组包括第二数量个NPN型三极管，所述第二数量为1或大于1的整数，当所述第二数量为大于1的整数时，所述第二数量个NPN型三极管相互并联；

其中，所述第一三极管组中的NPN型三极管的集电极连接到所述第二PNP型三极管的集电极、所述第二三极管组中的NPN型三极管的集电极连接到所述第三PNP型三极管的集电极。

3.根据权利要求2所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述基准电压产生电路包括：所述第一三极管组、所述第二三极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻；

其中，所述第一三极管组中的NPN型三极管的发射极连接到所述第二电阻的第一连接端，所述第二电阻的第二连接端分别连接到所述第三电阻的第一连接端和所述第二三极管组中的NPN型三极管的发射极，所述第三电阻的第二连接端接地；

所述第一三极管组中的NPN型三极管的基极连接到所述第一电阻的第一连接端，所述第一电阻的第二连接端连接到所述第二三极管组中的NPN型三极管的基极；

所述第一电阻的第一连接端还用于输出带隙基准电压。

4.根据权利要求3所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，还包括：参考电压产生电路，

其中，所述参考电压产生电路产生的参考电压的电压值为M*所述带隙基准电压的电压值，M为大于1的实数。

5.根据权利要求4所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述参考电压产生电路包括：第一NPN型三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；

其中，所述第一NPN型三极管的集电极连接到所述电源，所述第一NPN型三极管的发射极连接到所述第五电阻的第一连接端，所述第一NPN型三极管的基极连接到所述第四PNP型三极管的发射极，所述第五电阻的第一连接端还用于输出所述参考电压；

所述第五电阻的第二连接端经由所述第四电阻连接到所述第一电阻的第二连接端，所述第五电阻的第二连接端还连接到所述第六电阻的第一连接端，所述第六电阻的第二连接端经由所述第七电阻接地，所述第六电阻的第二连接端还连接到所述第一电阻的第一连接端。

6.根据权利要求5所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述自偏置电路还包括：电容；

其中，所述第四PNP型三极管的基极还经由所述电容接地。

7.根据权利要求5所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，还包括：用于为所述基准电压产生电路提供启动电流的启动电路。

8.根据权利要求7所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，所述启动电路包括：第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第五PNP型三极管、第八电阻；

其中，所述第五PNP型三极管的基极分别连接到所述第二NPN型三极管的集电极、所述第三NPN型三极管的集电极、所述第一PNP型三极管的基极；

所述第二NPN型三极管的发射极、所述第三NPN型三极管的发射极以及所述第五PNP型三极管的集电极经由所述第八电阻接地；

所述第五PNP型三极管的发射极连接到所述电源，所述第二NPN型三极管的基极连接到第一偏置电压源，所述第五PNP型三极管的基极还连接到第二偏置电压源，所述第三NPN型三极管的基极连接到所述第一电阻的第一连接端。

9.根据权利要求3所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，

所述带隙基准电压的电压值为：

其中，V_be表示所述第一三极管组中的NPN型三极管的基极和发射极之间的电压值，R1表示所述第一电阻的阻值，R2表示所述第二电阻的阻值，R3表示所述第三电阻的阻值，V_T表示热电压的电压值，N表示所述第一三极管组中的第一数量个NPN型三极管的发射极面积之和与所述第二三极管组中的第二数量个NPN型三极管的发射极面积之和的比值。

10.根据权利要求5所述的带隙基准电压源电路，其特征在于，

所述M的值为：

其中，R1表示所述第一电阻的阻值，R4表示所述第四电阻的阻值，R5表示所述第五电阻的阻值，R6表示所述第六电阻的阻值，R7表示所述第七电阻的阻值。