CN102419610A - 一种带隙基准源 - Google Patents

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刘扬
应峰
何德军
周之栩
牟陟
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Scarlett Ruipu microelectronics technology (Suzhou) Co., Ltd.
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3PEAKIC (SUZHOU) MICROELECTRONICS Co Ltd
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Abstract

本发明揭示了一种带隙基准源，包括一个零阈值NMOS管MCAS、一个低噪误差放大器A0、一个基极与集电极连接成二极管形式的PNP管Q1和Q2，以及分压电阻Rs和Rf，其中该PNP管Q1和Q2的发射极分别连接分压电阻Rf的第一分压支路和分压电阻Rs、Rf相串联的第二分压支路，该低噪误差放大器的正输入端接入第一分压支路，且其负输入端接入第二分压支路的两分压电阻之间，该NMOS管MCAS的栅极与低噪误差放大器A0的输出相连，且源极与第一、第二分压支路汇聚相接为带隙基准源的输出Vbg。应用本发明技术方案，其所具有的显著优点体现为：该带隙基准源具有温度漂移小、噪声低的特点，且可以利用标准CMOS工艺实现低成本规模制造。

Description

一种带隙基准源
技术领域
本发明涉及带隙基准源，尤其涉及一种应用上与温度无关且低噪声的带隙基准源。
背景技术
随着电子信息技术的不断发展，各种应用功能的设备中都具有处理实现其功能的芯片。而随着应用环境的不同，其中的芯片有可能工作在一定的温度范围内（工业-40~85度，军用-55~125度），这便需要与温度无关的基准源。此外，对于高性能模拟芯片（如精密放大器，模数转换器等），基准源的噪声将会影响到芯片的性能，因此基准源克服温度干扰以及降低基准源的噪声，对芯片在特定应用环境下的高性能发挥，具有突出的意义。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种带隙基准源，以满足带隙基准在温度和噪声方面的应用要求。
本发明目的的一种实现方案为：
一种带隙基准源，其特征在于包括：一个NMOS管MCAS、一个低噪误差放大器A0、一个基极与集电极连接成二极管形式的PNP管Q1和Q2，以及分压电阻Rs和Rf，其中所述PNP管Q1和Q2的发射极分别连接分压电阻Rf的第一分压支路和分压电阻Rs、Rf相串联的第二分压支路，所述低噪误差放大器的正输入端接入第一分压支路，且其负输入端接入第二分压支路的两分压电阻之间，所述NMOS管MCAS的栅极与低噪误差放大器A0的输出相连，且源极与第一、第二分压支路汇聚相接为带隙基准源的输出Vbg。
进一步地，所述低噪误差放大器的结构组成包括由NPN对管Q3和Q4组成的差分对、作为尾电流源的电阻Rtail以及由PMOS管MP3、MP4和电阻RL构成的源极负反馈负载电路，其中NPN对管Q3、Q4的基极分别为放大器的正、负输入端，且NPN对管Q4的集电极为低噪误差放大器的输出。
进一步地，所述PNP管Q1具有负温度系数，PNP管Q2的面积是PNP管Q1的8倍，且所通过的电流相同。
进一步地，所述NMOS管MCAS为零阈值器件。
本发明技术方案的应用，其所具有的显著优点体现为：该带隙基准源具有温度漂移小、噪声低的特点，且可以利用标准CMOS工艺实现低成本规模制造。
附图说明
图1是本发明带隙基准源的整体连接结构示意图；
图2是图1所示带隙基准源的低噪误差放大器的连接结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
本发明为满足带隙基准在温度和噪声方面的应用要求，创新提出了一种带隙基准源。该基准源的特别结构如图1所示，包括一个零阈值NMOS管MCAS、一个低噪误差放大器A0、一个基极与集电极连接成二极管形式的PNP管Q1和Q2，以及分压电阻Rs和Rf，其中PNP管Q1和Q2的发射极分别连接分压电阻Rf的第一分压支路和分压电阻Rs、Rf相串联的第二分压支路，该低噪误差放大器的正输入端接入第一分压支路，且其负输入端接入第二分压支路的两分压电阻之间，该NMOS管MCAS的栅极与低噪误差放大器A0的输出相连，且源极与第一、第二分压支路汇聚相接为带隙基准源的输出Vbg。
这其中，PNP管Q1的电压具有负温度系数；另一方面，PNP管Q2的面积是PNP管Q1的8倍，但通过同样的电流，则PNP管Q1和Q2的发射极的电压差便具有了正温度系数。在某一温度下，输出Vbg具有零温度系数。
为了避免MOS管MCAS的低频1/f噪声，带隙基准源采用电阻反馈结构。再者，该带隙基准源中采用零阈值的NMOS管MCAS，可以增大放大器的输出范围，因此可以使电路工作在低电源电压条件下。
如图2所述，再从该带隙基准源的低噪误差放大器进一步来看：通常三极管与MOS管相比具有更大的跨导，三极管的跨导为集电极电流Ic与热电势VT的比值Ic/VT，处于饱和区MOS管的跨导为两倍的漏电流与过驱动电压的比值2×ID/Vdsat，常温下VT=26mV, 而Vdsat一般为100mV~200mV。只要流过低噪误差放大器的电流远小于流过核心电路中Q1和Q2的电流，就存在电压裕度应用NPN管作为放大器的输入对管。而与采用MOS管做为输入管相比，由于跨导更大，采用NPN管的放大器具有更低的噪声。
选用NPN管Q3和Q4作为放大器的输入对管，同时PMOS负载采用源极负反馈形式降低1/f噪声。例如其中PMOS管MP4的噪声将会由于源极负反馈降低（1+gmMP4×RL）倍，其中gmMP4为MP4的跨导。
通过以上关于电路结构及其降噪效果的实例描述可见，应用本发明的带隙基准源，具有温度漂移小、噪声低的特点，且可以利用标准CMOS工艺实现低成本规模制造，保障了芯片在特定应用环境下的高性能发挥。

Claims (4)

1. 一种带隙基准源，其特征在于包括：一个NMOS管MCAS、一个低噪误差放大器A0、一个基极与集电极连接成二极管形式的PNP管Q1和Q2，以及分压电阻Rs和Rf，其中所述PNP管Q1和Q2的发射极分别连接分压电阻Rf的第一分压支路和分压电阻Rs、Rf相串联的第二分压支路，所述低噪误差放大器的正输入端接入第一分压支路，且其负输入端接入第二分压支路的两分压电阻之间，所述NMOS管MCAS的栅极与低噪误差放大器A0的输出相连，且源极与第一、第二分压支路汇聚相接为带隙基准源的输出Vbg。
2.如权利要求1所述的一种带隙基准源，其特征在于：所述低噪误差放大器的结构组成包括由NPN对管Q3和Q4组成的差分对、作为尾电流源的电阻Rtail以及由PMOS管MP3、MP4和电阻RL构成的源极负反馈负载电路，其中NPN对管Q3、Q4的基极分别为放大器的正、负输入端，且NPN对管Q4的集电极为低噪误差放大器的输出。
3.如权利要求1所述的一种带隙基准源，其特征在于：所述PNP管Q1具有负温度系数，PNP管Q2的面积是PNP管Q1的8倍，且所通过的电流相同。
4.如权利要求1所述的一种带隙基准源，其特征在于：所述NMOS管MCAS为零阈值器件。
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