CN117093049A - 基准电压源电路及参数调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基准电压源电路及参数调整方法。其中，所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，上述三者分别生成第一电压、第二电压和第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压。其中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移。如此配置，通过非线性补偿电流生成第三电压与非线性漂移相抵消，解决了现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及电源芯片技术领域，特别涉及一种基准电压源电路及参数调整方法。
背景技术
带隙基准源是集成电路的重要功能模块，而温度的变化往往引起输出电压的变化。一般用温度系数或者温漂来描述这种变化，或者说，用上述参数描述带隙基准源的稳定性
温度系数或者温漂定义为：(全温度范围内VREF的变化量)/[(温度范围) × VREF0]×106 ppm。ppm 是 part per million的缩写。
VREF0为某一指定温度下(如25℃)的带隙基准电压。
例如，-40℃~125℃范围内VREF的变化量是10mV，VREF0=1.25V, 则温度系数为10mV/(165℃×1.25V)×106=48.5ppm/℃。
上式的意义就是在全温范围内每变化1℃，VREF的相对变化量是百万分之48.5。
在对电压温度漂移要求不高的情况下，基本采用一阶温度补偿方式，即负温度系数的VBE与正温度系数的△VBE来消除温度的影响。随着温度的提升，二阶或更高阶温度效应变得比较明显，基准的输出电压漂移较大。
总之，现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基准电压源电路及参数调整方法，以解决现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基准电压源电路，所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，所述第一电压生成段基于三极管的BE电压生成第一电压，所述第二电压生成段基于两个三极管的BE电压压差生成第二电压，所述第三电压生成段基于非线性补偿电流生成第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压。
其中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移。
所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流；所述非线性补偿模块包括电流复制单元和指数构造单元。
所述电流复制单元用于基于流经所述第二电压生成段的第一电流IPTAT生成第二电流Im，使得Im=a×IPTAT+b，其中，a和b的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数。
所述指数构造单元用于基于所述第二电流生成所述非线性补偿电流INL，使得INL=c×Im×exp(d×Im)，其中，exp(x)表示以自然常数为底的指数函数，c的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数；d随温度的变化对所述基准电压的影响小于所述第一电压因温度的变化对所述基准电压的影响，且d为负数。
可选的，所述指数构造单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管和第一电阻。
其中，所述第一PNP三极管的发射极用于连接电源，所述第一PNP三极管的基极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一PNP三极管的集电极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电流由所述第一PNP三极管的发射极流入并从所述第一电阻的第一端流出。
所述第二PNP三极管的发射极与所述第一PNP三极管的发射极连接，所述第二PNP三极管的基极与所述第一PNP三极管的集电极连接，所述第二三极管的集电极用于输出所述非线性补偿电流。
可选的，所述非线性补偿模块还包括开关元件，当温度上升超过预设温度时，所述开关元件导通，以驱使所述非线性补偿模块工作，当温度下降低于所述预设温度时，所述开关元件断开，以驱使所述非线性补偿模块停止工作。
可选的，所述第一电流随着温度的增加而增加，所述第一电流超过预设电流时，所述开关元件导通，所述第一电流低于所述预设电流时，所述开关元件关闭；所述预设电流和所述预设温度具有对应关系。
可选的，所述电流复制单元包括第一NPN型三极管、第二电阻、第三电阻和电流镜结构。
所述电流镜结构用于获取所述第一电流，并输出第三电流，其中，所述第三电流和所述第一电流之间存在比例关系。
所述第二电阻的第一端用于获取所述第三电流，所述第二电阻的第二端用于接地；所述第一NPN型三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接，所述第一NPN型三极管的发射极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端用于接地，所述第二电流从所述第一NPN型三极管的集电极流入并从所述第三电阻的第二端流出。
所述第一NPN型三极管被配置为所述开关元件。
可选的，所述基准电压源电路包括第四电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、第二NPN型三极管和第三NPN型三极管，所述第二电压生成段基于所述第二NPN型三极管和所述第三NPN型三极管的BE电压压差生成所述第二电压。
所述第二NPN型三极管的基极通过所述第一可调电阻与所述第四电阻的第一端连接，所述第三NPN型三极管的基极通过所述第二可调电阻与所述第四电阻的第二端连接，所述第四电阻两端的电压被配置为所述第二电压。
可选的，所述基准电压源电路包括第三可调电阻，所述第三可调电阻用于调节所述基准电压的主项。
可选的，所述基准电压源电路还包括反馈模块，所述反馈模块用于稳定所述基准电压。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种参数调整方法，所述参数调整方法应用于上述的基准电压源电路，所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流。
所述参数调整方法包括：获取所述基准电压源电路的工作温度区间；关闭所述非线性补偿模块，此时，温度-电压曲线呈“n”形，调节所述基准电压源电路中不从属于所述非线性补偿模块的元件的电气参数，使得所述温度-电压曲线的最高点位于所述工作温度区间左侧；以及，恢复所述非线性补偿模块，此时，所述温度-电压曲线呈“m”形，调节所述非线性补偿模块的元件的电气参数，使得所述温度-电压曲线的位于中间的最低点位于所述工作温度区间中部。
与现有技术相比，本发明提供的一种基准电压源电路及参数调整方法中，所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，所述第一电压生成段基于三极管的BE电压生成第一电压，所述第二电压生成段基于两个三极管的BE电压压差生成第二电压，所述第三电压生成段基于非线性补偿电流生成第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压。其中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移。如此配置，通过非线性补偿电流生成第三电压与非线性漂移相抵消，解决了现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明一实施例的基准电压源电路的电路结构图。
图2是本发明一实施例的温度-电压曲线图。
图3是本发明一实施例的又一温度-电压曲线图。
图4a是本发明一实施例在未调节Ra1、Ra2和非线性补偿模块时的温度-电压曲线图。
图4b是如图4a所示的实施例调节Ra1和Ra2且未调节非线性补偿模块时的温度-电压曲线图。
图4c是如图4a所示的实施例调节Ra1、Ra2和非线性补偿模块之后的温度-电压曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的核心思想在于提供一种基准电压源电路及参数调整方法，以解决现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
以下参考附图进行描述。请参考图1，本实施例提供了一种基准电压源电路，包括：第一PNP三极管QP1、第二PNP三极管QP2、第三PNP三极管QP3、第四PNP三极管QP4、第五PNP三极管QP5、第六PNP三极管QP6、第七PNP三极管QP7、第八PNP三极管QP8、第一NPN三极管QN1、第二NPN三极管QN2、第三NPN三极管QN3、第四NPN三极管QN4、第五NPN三极管QN5、第六NPN三极管QN6、电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一可调电阻Ra1、第二可调电阻Ra2、第三可调电阻Ra3、第一偏置电流源Ibias1和第二偏置电流源Ibias2。其中第一偏置电流源Ibias1的电流＞第二偏置电流源Ibias2的电流。第一偏置电流源和第二偏置电流源的具体结构和实现原理可以根据实际需要进行设置，在此不进行展开描述。
第一偏置电流源的输入端与电源Vdd连接。第三PNP三极管的发射极与第一偏置电流源的输出端连接，第四PNP三极管的发射极与第一偏置电流源的输出端连接，第三PNP三极管的基极与第四PNP三极管的基极连接，第四PNP三极管的基极与自身的集电极连接。
第六NPN三极管的集电极与电源连接，第六NPN三极管的基极与第一偏置电流源的输出端连接。第五PNP三极管的发射极与第一偏置电流源的输出端连接，第五PNP三极管的基极与第三PNP三极管的集电极连接，第五PNP三极管的集电极接地，电容的第一端与第五PNP三极管的基极连接，电容的第二端与第五PNP三极管的集电极连接。
第二NPN三极管的集电极与第三PNP三极管的集电极连接，第二NPN三极管的发射极与第二偏置电流源的输入端连接。第二偏置电流源的输出端接地。第三NPN三极管的集电极与第四PNP三极管的集电极连接，第三NPN三极管的发射极与第二偏置电流源的输入端连接。
第四电阻的第一端与第六NPN三极管的发射极连接，第二NPN三极管的基极通过第一可调电阻与第四电阻的第一端连接，第三NPN三极管的基极通过第二可调电阻与第四电阻的第二端连接。
第四NPN三极管的集电极与第四电阻的第二端连接，第四NPN三极管的集电极与自身的基极连接。第三可调电阻的第一端与第四NPN三极管的发射极连接，第三可调电阻的第二端与第五电阻连接，第五电阻的第二端接地。
第六PNP三极管的发射极与电源连接，第五NPN三极管的集电极与第六PNP三极管的集电极连接，第五NPN三极管的基极与第四NPN三极管的基极连接，第五NPN三极管的发射极与第五电阻的第一端连接。
第七PNP三极管的发射极与第六PNP三极管的基极连接，第七PNP三极管的基极与第六PNP三极管的集电极连接，第七PNP三极管的集电极接地。
第八PNP三极管的发射极与电源连接，第八PNP三极管的基极与第六PNP三极管的基极连接，第八PNP三极管的集电极通过第二电阻接地。
第一PNP三极管的发射极与电源连接，第一PNP三极管的基极与第一电阻的第一端（位于R1下方）连接，第一PNP三极管的集电极与第一电阻的第二端（位于R1上方）连接。第二PNP三极管的发射极与电源连接，第二PNP三极管的基极与第一PNP三极管的集电极连接，第二PNP三极管的集电极与第四PNP三极管的发射极连接。
第一NPN三极管的集电极与第一电阻的第一端连接，第一NPN三极管的基极与第八PNP三极管的集电极连接，第一NPN三极管的发射极通过第三电阻接地。
本实施例的设计思想介绍如下。所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，所述第一电压生成段基于三极管的BE电压生成第一电压，所述第二电压生成段基于两个三极管的BE电压压差生成第二电压，所述第三电压生成段基于非线性补偿电流生成第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压VREF。
其中，第四NPN三极管QN4构成所述第一电压生成段，第四电阻R4、第五电阻R5和第三可调电阻Ra3构成所述第二电压生成段， 第五电阻R5构成所述第三电压生成段。可以理解的，在电气领域，不同模块可以存在共用元件的现象。其中，由流经第四电阻的电流以及流经第五NPN三极管的电流在R4、R5和Ra3处产生的电压为第一电压，由非线性补偿电流在R5处产生的电压为第三电压。
在本实施例中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移。
一阶补偿的逻辑如下：相同类型的NPN管QN2和QN3构成电压压差△VBE, QN3面积是QN2(面积设为1)的A倍(一般A取4, 或8，看设计需求)。QN4提供VBE项。QN5是同QN4一样的NPN管，两者构成电流镜，输出具有正温度系数的电流源IPTAT 用于配置其它电路模块的工作电流。其中PTAT为proportional to absolute temperature的缩写, 意思是与绝对温度成正比。QP3和QP4是相同类型，面积相等的PNP管，两者形成电流镜结构的作用是让QN2和QN3流过相同的集电极电流。由于QN3的面积大于QN2，使得△VBE具有负温度系数，而VBE具有正温度系数，因此，两者可以在一定程度上抵消，从而降低基准电压源电路的温度系数。
基于所述基准电压源电路的整体连接关系，QN4的BE电压VBE可以用如下公式表示：
VBE(T)=Vg0-(T/Tr)×[ Vg0- VBE(Tr)]-[(4-n)-x]×VTr×ln(T/Tr) (1)
其中Vg0是绝对零度下VBE的值，约1.2V。VTr是Tr温度下的VT值。(4-n)与工艺相关而和温度无关的量，取值范围为3.6-4。x值为1。Vg0是常数项，(T/Tr)×[ Vg0-VBE(Tr)]是一阶温度项，[(4-n)-x]×VTr×ln(T/Tr)则是非线性项。现有技术中只是消除一阶温度项，无法完全消除非线性项的影响。随着温度的提升，第三项的影响会越来越大，因此要获得好的温度系数，必须考虑对非线性项的补偿。
若不考虑系数[(4-n)-x]×VTr，非线性项是由-ln(T/Tr)产生，对于此非线性项，最佳策略是构造另一个符号为正的ln(T/Tr)项与其抵消，但是受限于当前科技水平下各电气元件的工作原理，暂不能构造这样的项。
因此，将ΔT=(T-Tr)视为X，分析非线性项的图像趋势，选择另一种可行的函数与其抵消。-ln(T/Tr)=-ln(1+X)的泰勒展开如下：
-ln(1+X)=-X+X2/2-X3/3+…+(-1)nXn/n (2)
经发明人思考和实验发现，Xexp(-0.5X)函数的泰勒展开式中，常数项、一阶项和二阶项正好与-ln(1+X)相反，即：
Xexp(-0.5X)=X-0.5X2+0.52X3/2!-0.53X4/3!+…+ 0.5n-1*(-X)n/(n-1)! （3）
其中，exp(x)代表以自然常数为底的指数函数。
比较(2)式和(3)式可知，-ln(1+X)和Xexp(-0.5X)的常数项（均为0）、一阶项和二阶项恰好可以相互抵消，而三阶及三阶以上的项也能够抵消一部分。并且，抵消后的三阶及三阶以上的项由于系数均远小于1，因此对温度系数影响也较小。Xexp(-0.5X)是一种抵消-ln(1+X)效果较好的函数形式。
另外，Xexp(-0.5X)也是可以通过元件实现的函数形式，为非线性补偿模块的设置提供了前提条件。
当然，Xexp(-0.5X)为理想函数形式，在实际操作中，k1Xexp(k2X)的形式也能够与-ln(1+X)在一定程度上抵消，也能取得较好的补偿效果。k1和k2为系数，k2<0。
因此，所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流；所述非线性补偿模块包括电流复制单元和指数构造单元。
所述电流复制单元用于基于流经所述第一电压生成段的第一电流IPTAT生成第二电流Im，使得Im=a×IPTAT+b，其中，a和b的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数。
所述指数构造单元用于基于所述第二电流生成所述非线性补偿电流INL，使得INL=c×Im×exp(d×Im)，其中，exp(x)表示以自然常数为底的指数函数，c的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数；d随温度的变化对所述基准电压的影响小于所述第一电压因温度的变化对所述基准电压的影响，且d为负数。
结合上述表达式，最终由于非线性补偿电流INL带来的额外电压VNL可以按照如下式子计算：
VNL= c(aIPTAT+b)exp(d(aIPTAT+b))×R5 (4)
符合k1Xexp(k2X)的形式，当合理配置a、b、c、d参数时，还能得到Xexp(-0.5X)的形式。
图1示出了一种构造上述函数的结构，可以理解的，根据本发明的设计思想，还可以构造其他结构的非线性补偿模块。所述指数构造单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管和第一电阻。
其中，所述第一PNP三极管的发射极用于连接电源，所述第一PNP三极管的基极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一PNP三极管的集电极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电流由所述第一PNP三极管的发射极流入并从所述第一电阻的第一端流出。此处需要说明的是，所述第二电流来源于第二电阻流出的电流和第一PNP三极管的基极流出的电流之和，“从所述第一电阻的第一端流出”仅仅描述电流的流向，不限定第二电流仅从第一电阻流出。
所述第二PNP三极管的发射极与所述第一PNP三极管的发射极连接，所述第二PNP三极管的基极与所述第一PNP三极管的集电极连接，所述第二三极管的集电极用于输出所述非线性补偿电流。
为了进一步提高补偿效果，所述非线性补偿模块还包括开关元件，当温度上升超过预设温度时，所述开关元件导通，以驱使所述非线性补偿模块工作，当温度下降低于所述预设温度时，所述开关元件断开，以驱使所述非线性补偿模块停止工作。
所述第一电流随着温度的增加而增加，所述第一电流超过预设电流时，所述开关元件导通，所述第一电流低于所述预设电流时，所述开关元件关闭；所述预设电流和所述预设温度具有对应关系。
所述电流复制单元包括第一NPN型三极管、第二电阻、第三电阻和电流镜结构。在本实施例中，QN4、QN5、QP6、QP7、QP8构成电流镜结构，其中，QN4元件为共用元件，同时还从属于所述第一电压生成段。QP7不是必须的，可以换为导线，但是使用QP7可以保证电流镜电流更匹配，是较优的方案。
所述电流镜结构用于获取所述第一电流，并输出第三电流In，其中，所述第三电流和所述第一电流之间存在比例关系。在本实施例中，In和IPTAT的比值为1：1。
所述第二电阻的第一端用于获取所述第三电流，所述第二电阻的第二端用于接地；所述第一NPN型三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接，所述第一NPN型三极管的发射极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端用于接地，所述第二电流从所述第一NPN型三极管的集电极流入并从所述第三电阻的第二端流出。此处需要说明的是，从第三电阻流出的电流包括第二电流和QN1的基极电流之和，流入地的电流除了第三电阻流出的电流还包括从第二电阻流出的电流（广义而言还包括其他接地元件流出的电流），“从所述第三电阻的第二端流出”仅仅描述电流的流向，不限定第二电流的大小和流经第三电阻的电流完全相等。
所述第一NPN型三极管被配置为所述开关元件。
基于上述内容，在本实施例中，当QN1导通后，ICQN1=(IPTAT×R2-VBEQN1)/R3。
QP1、QP2和R1构成输出INL的微电流镜，VBEQP2+ICQN1×R1=VBEQP1； VT×ln(INL/Is)+ICQN1×R1-VT×ln(ICQN1/Is)=0，其中，Is为三极管反向饱和电流，是个常数。以及，VT×ln(INL/ICQN1)=-ICQN1×R1。
整理后得到， INL=ICQN1×exp(-ICQN1×R1/VT)。
其中，其中VT=kT/q, k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K), q为电子电量(1.6×10-19C), T为绝对温度，常温下VT约等于25.8mV。
上述式子中，各符号的下标可以根据本领域公知常识进行理解，在此不进行展开描述。
此时，a=R2/R3，b=-VBEQN1/R3，事实上，这两个参数是容易调节的。c=1，d=-R1/VT，尽管VT是与T相关的参数，但是由于其位于分母中，因此，d随温度的变化对所述基准电压的影响小于所述第一电压因温度的变化对所述基准电压的影响，可视为常数。并且，合理调整上述电气元件的参数，可以使得INL的整体表现接近于Xexp(-0.5X)，具体的转换关系可以根据本领域公知常识进行推理，或者通过实验方法调整得到。
由于本实施例中，第一可调电阻和第二可调电阻对于温度-电压曲线的条件具有重要作用，因此，暂不展示非线性补偿模块带来的技术效果，改为先展示第一可调电阻和第二可调电阻带来的有益效果。
正如图1所示，所述基准电压源电路包括第四电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、第二NPN型三极管和第三NPN型三极管，所述第二电压生成段基于所述第二NPN型三极管和所述第三NPN型三极管的BE电压压差生成所述第二电压。
所述第二NPN型三极管的基极通过所述第一可调电阻与所述第四电阻的第一端连接，所述第三NPN型三极管的基极通过所述第二可调电阻与所述第四电阻的第二端连接，所述第四电阻两端的电压被配置为所述第二电压。
若通过外部的物理方式先将非线性补偿模块进行关闭，通过电路结构分析可知，温度-电压曲线随着Ra1和Ra2大小的改变，会向左或者向右倾斜，如图2所示。图2中，VPTAT指第二电压，VBE指第一电压。当(IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)>0时，VPTAT右倾（图中较密的虚线），进而带动VREF右倾，反之，当(IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)<0时，VPTAT左倾（图中较疏的虚线），进而带动VREF左倾。由于IBQN2=IBQN3，上述判断条件也可以简化为(Ra1- Ra2)与0的大小关系。
第一可调电阻Ra1和第二可调电阻Ra2的作用不仅限于为非线性补偿模块的工作提供较佳的温度-电压曲线。由于工艺参数存在一定的分布，基于相同设计参数和设计图纸加工得到的基准电压源电路可能存在温度系数或者温度-电压曲线不相同的问题，因此，可以通过第一可调电阻Ra1和第二可调电阻Ra2将不同产品的曲线调整至一致，满足规模生产的需求。
Ra1和Ra2调节原理相关的公式推导如下：
VBEQN2+IBQN2×Ra1=VBEQN3+IBQN3×Ra2+IPTAT×R4 (5)
IPTAT=(VBEQN2-VBEQN3+IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)/R4
=△VBE/R4+( IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)/R4
= VT×lnA/R4+( IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)/R4 (6)
VREF=VBEQN4+IPTAT×R4+2×IPTAT×(R5+Ra3)
=VBE+VT×lnA×(1+2×(R5+Ra3)/R4)
+2×( IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2) (R5+Ra3)/R4 (7)
式(5)~(7)中，A为QN3和QN2的面积之比。
由式（7）可以看出，当( IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)这一项变化时，VREF会随之变化，因此，通过调节Ra1和Ra2的阻值，就能够调整温度-电压曲线。
另外，由于( IBQN2×Ra1-IBQN3×Ra2)这一项存在两个变量，使得其值可以在正值和负值中自由变化，若仅设置一个可调电阻则无法达到类似的技术效果。
通过Ra1和Ra2的调节，将温度-电压曲线调整至合适位置之后，再将非线性补偿模块恢复，可以得到如图3所示的温度-电压曲线，其中，VNL表示第三电压。从图3可以看出，温度-电压曲线在VNL的影响下，值域进一步缩小，并呈现“m”型。
进一步地，所述基准电压源电路包括第三可调电阻Ra3，所述第三可调电阻用于调节所述基准电压的主项。也即，所述基准电压源电路的设计输出电压。
进一步地，所述基准电压源电路还包括反馈模块，所述反馈模块用于稳定所述基准电压。在本实施例中，元件QP5、C1和QN6组成所述反馈模块。
根据以上的方案内容，采用华大九天EDA软件及中压双极工艺器件的spice模型参数进行了仿真验证。其中，图4a~图4c的横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为电压，单位为V。
图4a是通过外部手段将非线性补偿模块关闭且未调整Ra1和Ra2时的温度-电压曲线图，为获得较好的温度系数，最高点在60℃附近，-40到150℃全温范围内的基准源漂移电压为6.8mV。图4a的内容也可以视为现有技术中的技术效果。
图4b是调节Ra1和Ra2的温度-电压曲线图，最高点在0℃附近。可以看出，图4b没有改变温度系数，但是改变了曲线的形状，为后续非线性补偿模块的补偿能够发挥较佳的效果提供了前提条件。
而图4c是恢复非线性补偿模块后的温度-电压曲线图，形成双段弧形形状，基准源的变化范围为1.7mV, 温度系数是图4a中一阶温度补偿基准源温度系数的1/4。
可以看出，本方案提出的补偿结构对温度漂移/温度系数的改善很大。
也就是说，本实施例还提供了一种参数调整方法，所述参数调整方法应用于上述的基准电压源电路，所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流。
所述参数调整方法包括：获取所述基准电压源电路的工作温度区间。关闭所述非线性补偿模块。此处的关闭，是指通过外部手段关闭所述非线性补偿模块，例如，断开接线等。并非是通过基准电压源电路内部的开关元件进行关闭。此时，温度-电压曲线呈“n”形，调节所述基准电压源电路中不从属于所述非线性补偿模块的元件的电气参数，使得所述温度-电压曲线的最高点位于所述工作温度区间左侧。例如，可以调节Ra1和Ra2。对于没有设置Ra1和Ra2的基准电压源电路，可以根据电路内部的各连接关系调整对应的元件，或者采用实验法进行调节。以及，恢复所述非线性补偿模块。此处的恢复也是指将前述内容中关闭所述非线性补偿模块的外部手段撤销，例如，连接导线/焊接端口等。此时，所述温度-电压曲线呈“m”形，调节所述非线性补偿模块的元件的电气参数（此处的调整，相当于修改元件型号），使得所述温度-电压曲线的位于中间的最低点位于所述工作温度区间中部。
本实施例还提供了一种电源芯片，所述电源芯片包括上述的基准电压源电路。
综上所述，本实施例提供了一种基准电压源电路及参数调整方法。其中，所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，所述第一电压生成段基于三极管的BE电压生成第一电压，所述第二电压生成段基于两个三极管的BE电压压差生成第二电压，所述第三电压生成段基于非线性补偿电流生成第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压。其中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移。如此配置，通过非线性补偿电流生成第三电压与非线性漂移相抵消，解决了现有技术中一阶温度补偿方式的带隙基准源的温漂系数不能满足特定工况下的高精度要求。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种基准电压源电路，其特征在于，所述基准电压源电路包括第一电压生成段、第二电压生成段和第三电压生成段，所述第一电压生成段基于三极管的BE电压生成第一电压，所述第二电压生成段基于两个三极管的BE电压压差生成第二电压，所述第三电压生成段基于非线性补偿电流生成第三电压，所述基准电压源电路基于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之和输出基准电压；
其中，所述第二电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的一阶漂移，所述第三电压用于减轻或者抵消所述第一电压因温度引起的非线性漂移；
所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流；所述非线性补偿模块包括电流复制单元和指数构造单元；
所述电流复制单元用于基于流经所述第二电压生成段的第一电流IPTAT生成第二电流Im，使得Im=a×IPTAT+b，其中，a和b的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数；
所述指数构造单元用于基于所述第二电流生成所述非线性补偿电流INL，使得INL=c×Im×exp(d×Im)，其中，exp(x)表示以自然常数为底的指数函数，c的计算仅需要所述基准电压源电路中各元件的电气参数；d随温度的变化对所述基准电压的影响小于所述第一电压因温度的变化对所述基准电压的影响，且d为负数。
2.根据权利要求1所述的基准电压源电路，其特征在于，所述指数构造单元包括第一PNP三极管、第二PNP三极管和第一电阻，其中，
所述第一PNP三极管的发射极用于连接电源，所述第一PNP三极管的基极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一PNP三极管的集电极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电流由所述第一PNP三极管的发射极流入并从所述第一电阻的第一端流出；
所述第二PNP三极管的发射极与所述第一PNP三极管的发射极连接，所述第二PNP三极管的基极与所述第一PNP三极管的集电极连接，所述第二PNP三极管的集电极用于输出所述非线性补偿电流。
3.根据权利要求1所述的基准电压源电路，其特征在于，所述非线性补偿模块还包括开关元件，当温度上升超过预设温度时，所述开关元件导通，以驱使所述非线性补偿模块工作，当温度下降低于所述预设温度时，所述开关元件断开，以驱使所述非线性补偿模块停止工作。
4.根据权利要求3所述的基准电压源电路，其特征在于，所述第一电流随着温度的增加而增加，所述第一电流超过预设电流时，所述开关元件导通，所述第一电流低于所述预设电流时，所述开关元件关闭；所述预设电流和所述预设温度具有对应关系。
5.根据权利要求3所述的基准电压源电路，其特征在于，所述电流复制单元包括第一NPN型三极管、第二电阻、第三电阻和电流镜结构；
所述电流镜结构用于获取所述第一电流，并输出第三电流，其中，所述第三电流和所述第一电流之间存在比例关系；
所述第二电阻的第一端用于获取所述第三电流，所述第二电阻的第二端用于接地；所述第一NPN型三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接，所述第一NPN型三极管的发射极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端用于接地，所述第二电流从所述第一NPN型三极管的集电极流入并从所述第三电阻的第二端流出；
所述第一NPN型三极管被配置为所述开关元件。
6.根据权利要求1所述的基准电压源电路，其特征在于，所述基准电压源电路包括第四电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、第二NPN型三极管和第三NPN型三极管，所述第二电压生成段基于所述第二NPN型三极管和所述第三NPN型三极管的BE电压压差生成所述第二电压；
所述第二NPN型三极管的基极通过所述第一可调电阻与所述第四电阻的第一端连接，所述第三NPN型三极管的基极通过所述第二可调电阻与所述第四电阻的第二端连接，所述第四电阻两端的电压被配置为所述第二电压。
7.根据权利要求1所述的基准电压源电路，其特征在于，所述基准电压源电路包括第三可调电阻，所述第三可调电阻用于调节所述基准电压的主项。
8.根据权利要求1所述的基准电压源电路，其特征在于，所述基准电压源电路还包括反馈模块，所述反馈模块用于稳定所述基准电压。
9.一种参数调整方法，其特征在于，所述参数调整方法应用于如权利要求1~8中任一项所述的基准电压源电路，所述基准电压源电路包括非线性补偿模块，所述非线性补偿模块用于输出所述非线性补偿电流；
所述参数调整方法包括：
获取所述基准电压源电路的工作温度区间；
关闭所述非线性补偿模块，此时，温度-电压曲线呈“n”形，调节所述基准电压源电路中不从属于所述非线性补偿模块的元件的电气参数，使得所述温度-电压曲线的最高点位于所述工作温度区间左侧；以及，
恢复所述非线性补偿模块，此时，所述温度-电压曲线呈“m”形，调节所述非线性补偿模块的元件的电气参数，使得所述温度-电压曲线的位于中间的最低点位于所述工作温度区间中部。
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