一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]帶隙基準(zhǔn)是集成電路中最常見的參考電壓電路，它能夠提供不受電源電壓和環(huán)境溫度影響的高精度參考電壓。
[0003]典型的低壓帶隙基準(zhǔn)I如圖1中左邊虛線框I所示，由二極管、電阻、電流鏡和放大器組成。
[0004]兩個二極管Dl和D2用于產(chǎn)生正比于溫度的電壓，二極管Dl和D2的面積大小不同，二極管Dl由N個二極管D2并聯(lián)而成，N通常等于8。由于流經(jīng)Dl和D2的電流相等，Dl和D2的電壓差A(yù)Vd正比于溫度。
[0005]PMOS管電流源MPll和MP12的尺寸相同，它們的柵極均由放大器14驅(qū)動，用于產(chǎn)生兩路完全相同的偏置電流。
[0006]放大器14的正輸入端連接電阻Rl和電阻R2的一端以及PMOS管MPll的漏極，負(fù)輸入端連接電阻R3的一端、二極管D2的正極和PMOS管MP12的漏極，輸出端連接PMOS管電流源MPll和MP12的刪極，在負(fù)反饋的作用下使放大器正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相同。
[0007]電阻Rl用于產(chǎn)生正比于溫度的電流，由于放大器14的正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相同，Rl兩端的電壓等于二極管Dl和D2的電壓差A(yù)VD，由于AVd正比于溫度，所以流經(jīng)電阻Rl的電流正比于溫度。
[0008]電阻R2與二極管Dl和電阻Rl并聯(lián)，R2兩端的電壓等于二極管D2的電壓，由于二極管正向?qū)妷菏秦?fù)溫度系數(shù)的，流經(jīng)電阻R2的電流也是負(fù)溫度系數(shù)。當(dāng)電阻R2與Rl的電阻值滿足一定的比例，流經(jīng)R2和Rl的電流溫度系數(shù)相反，電流之和為零溫度系數(shù)，即PMOS管電流源MPll和MP12的電流I與溫度無關(guān)。
[0009]電阻R2和R3的電阻值相等，由于放大器14的正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相等，因此流經(jīng)電阻R2和R3的電流相等。由于PMOS管電流源MPll和MP12的電流相同，因此流經(jīng)二極管Dl和D2的電流也相等。
[0010]PMOS管電流源MP13的柵極與PMOS管電流源MPl I和MP12的柵極相連且尺寸也相等，因此PMOS管電流源MP13的電流等于PMOS管電流源MPl I和MP12的電流I，并且與溫度無關(guān)，電流I流經(jīng)電阻R4，R4上的電壓Vref也與溫度無關(guān)。
[0011 ]流過 Rl 的電流 Iei= AV d/R1，
[0012]流過R2 的電流 Ik2= VD2/R2，
[0013]因此PMOS 管電流源 MPl I 的電流 I = Δ VD/R1+VD2/R2
[0014]由于PMOS管MP11，MP12，MP13的電流相等，R4上的電壓，即帶隙基準(zhǔn)的電壓Vref為:
[0015]Vref = I*R3 = ( Δ VD/R1+VD2/R2) *R4 (1-1)
[0016]此電壓與溫度和電源電壓無關(guān)，也只與電阻Rl，R21，R4的比值相關(guān)，因此也與電阻的溫度系數(shù)無關(guān)。
[0017]這種結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn)有一個顯著地缺點(diǎn)就是輸出電壓受放大器14的失調(diào)電壓影響，之前的分析假定放大器正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相等，即放大器的失調(diào)電壓為零。實際上受集成電路工藝失配和放大器的有限增益影響，放大器的正負(fù)輸入端之間有不能忽略的失調(diào)電壓Vos，考慮到失調(diào)電壓的影響，帶隙基準(zhǔn)的輸出電壓為:
[0018]Vref = I*R4 = ( Δ VD/Rl+VD2/R2+Vos/Rl) *R4 (1-2)
[0019]其中，Vos/Rl為放大器失調(diào)電壓引入的誤差電流。
[0020]通常R4的電阻值遠(yuǎn)大于Rl，因此失調(diào)電壓影響會被放大R4/R1倍，通常達(dá)到幾十毫伏的量級，極大地影響帶隙基準(zhǔn)的電壓精度。由于失調(diào)電壓受溫度影響，帶隙基準(zhǔn)的溫度特性也會受到影響。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0021]本發(fā)明的目的在于提供一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路，以解決放大器失調(diào)電壓對低壓帶隙基準(zhǔn)電路的電壓精度和溫度特性的影響，消除放大器失調(diào)電壓引入的誤差。
[0022]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0023]一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路，包括低壓帶隙基準(zhǔn)和放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路；
[0024]所述低壓帶隙基準(zhǔn)包括放大器；
[0025]所述放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路，包括失調(diào)電壓采集和轉(zhuǎn)換電路、第一電流減法電路和第二電流減法電路；
[0026]失調(diào)電壓采集和轉(zhuǎn)換電路，用于采集放大器的失調(diào)電壓并將它轉(zhuǎn)換為電流信號；
[0027]第一電流減法電路，用于在失調(diào)電壓大于零時產(chǎn)生補(bǔ)償電流；
[0028]第二電流減法電路，用于在失調(diào)電壓小于零時產(chǎn)生補(bǔ)償電流。
[0029]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:失調(diào)電壓采集和轉(zhuǎn)換電路包括PMOS管MP211、PMOS管MP212、PMOS 管 MP213、PMOS 管 MP214、PMOS 管 MP218、NMOS 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS管麗217和電阻R5 ；PM0S管MP211和PMOS管MP212是兩個尺寸相同的長溝道PM0S，它們的柵極與放大器的輸出相連，它們的漏極分別與PMOS管MP213和PMOS管MP214的源極相連；PM0S 管 MP211、PM0S 管 MP212 和 PMOS 管 MP218 的源極接電源；PM0S 管 MP214 和 PMOS 管MP213的漏極分別連接NMOS管麗216和NMOS管麗215的漏極，NMOS管麗216的漏極和柵極共接，NMOS管麗215的漏極和柵極共接；NM0S管麗215的漏極連接NMOS管麗217的柵極；NMOS管MN217的漏極連接PMOS管MP218的漏極；PM0S管MP218的漏極和柵極共接；NM0S管 MN215、NMOS 管 MN216 和 NMOS 管 MN217 的源極接地；PM0S 管 MP214 和 PMOS 管 MP213 的柵極分別與放大器的正負(fù)輸入端相連，用來采集放大器的失調(diào)電壓；電阻R5 —端連接PMOS管MP213的源極，另一端連接PMOS管MP214的源極；流經(jīng)PMOS管MP213和PMOS管MP214的電流分別為Il和12。
[0030]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一電流減法電路用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流I1 -12;第一電流減法電路包括 PMOS 管 MP222、NMOS 管 MN221、NMOS 管 MN223 和 NMOS 管 MN224 ；NM0S 管麗221的柵極與NMOS管麗216的柵極相連，構(gòu)成一組電流鏡；PM0S管MP222的柵極與PMOS管MP218的柵極相連；NMOS管MN223的柵極和漏極短接并與NMOS管MN221和PMOS管MP222的漏極相連；NM0S管麗224的柵極與NMOS管麗223的柵極相連，構(gòu)成電流鏡；PM0S管MP222的源極接電源，NMOS管MN221、NMOS管MN223和NMOS管MN224的源極接地。
[0031]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第二電流減法電路用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流=I2 -11;第二電流減法電路包括 NMOS 管 MN231、PMOS 管 MP232、PMOS 管 MP233 和 PMOS 管 MP234 ；NM0S管麗231的柵極與NMOS管麗216的柵極相連，構(gòu)成一組電流鏡；PM0S管MP232的柵極與PMOS管MP218的柵極相連；PM0S管MP233的柵極和漏極短接并與NMOS管MN231和PMOS管MP232的漏極相連；PM0S管MP234的柵極與PMOS管MP233的柵極相連，構(gòu)成電流鏡；PM0S管MP232、PMOS管MP233和PMOS管MP234的源極接電源，NMOS管MN231的源極接地。
[0032]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述低壓帶隙基準(zhǔn)包括放大器、PMOS管MPll、PMOS管MP12、PM0S管MP13、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極管Dl和二極管D2 ;PM0S管MP11、PMOS管MP12和PMOS管MP13的源極接電源；PM0S管MPl 1、PM0S管MP12和PMOS管MP13柵極接放大器(14)的輸出端；PM0S管MPll的漏極連接放大器的正輸入端、電阻Rl —端和電阻R12 —端；電阻Rl另一端連接二極管Dl正極；PM0S管MP12的漏極連接放大器的正輸入端、二極管D2的正極和電阻R3的一端；PM0S管MP13的漏極連接電阻R4 —端；電阻R2另一端、二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極、電阻R3另一端和電阻R4的另一端接地。
[0033]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路，當(dāng)放大器的失調(diào)電壓大于零時，I2小于I P第一電流減法電路輸出電流補(bǔ)償電流，第二電流減法電路輸出電流為零。當(dāng)放大器的失調(diào)電壓小于零時，12大于I1,第二電流減法電路輸出電流補(bǔ)償電流，第一電流減法電路輸出電流為零。因此，不論失調(diào)電壓等于多少，補(bǔ)償電路都會自動產(chǎn)生正確的補(bǔ)償電流，消除失調(diào)電壓對帶隙基準(zhǔn)輸出電壓引入的誤差。
[0034]本發(fā)明可以自動補(bǔ)償放大器失調(diào)電壓對低壓帶隙基準(zhǔn)的輸出電壓的影響。補(bǔ)償效果不受器件工藝角，電源電壓和溫度的影響。本發(fā)明僅需要少量的MOS管和電阻，占用的芯片面積極小。本發(fā)明電路的功耗極小，僅需幾微安的電流。
【【附圖說明】】
[0035]圖1為本發(fā)明放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路的原理圖。
【【具體實施方式】】
[0036]請參閱圖1所示，本發(fā)明一種用于低壓帶隙基準(zhǔn)的放大器失調(diào)電壓補(bǔ)償電路2，包括失調(diào)電壓米集和轉(zhuǎn)換電路21、電流減法電路22和電流減法電路23。
[0037]失調(diào)電壓采集和轉(zhuǎn)換電路21的功能是采集放大器14的失調(diào)電壓并將它轉(zhuǎn)換為電流信號。從帶隙基準(zhǔn)的輸出電壓公式1-2看出，放大器失調(diào)電壓引入的誤差項是Vos/Rl，這是一個電流項，單位是安培。
[0038]失調(diào)電壓采集和轉(zhuǎn)換電路21包括PMOS管MP211、PMOS管MP212、PMOS管MP213、PMOS 管 MP214、PMOS 管 MP218、NMOS 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS 管 MN217 和電阻 R5。
[0039]PMOS 管 MP211 和 PMOS 管 MP212 為兩個 PMOS 電流源；PM0S 管 MP213 和 PMOS 管MP214 為兩個源極跟隨器；NM0S 管 MN215、NMOS 管 MN216、NMOS 管 MN217、PMOS 管 MP218 構(gòu)成電流鏡像電路。
[0040]PMOS管MP211和PMOS管MP212是兩個尺寸相同的長溝道PMOS，它們的柵極與放大器14的輸出相連，它們的漏極分別與PMOS管MP213和PMOS管MP214的源極相連，為兩個源極跟隨器提供偏置電流，由于兩個電流源的柵電壓相同且為長溝道器件，它