一种带隙基准电路的曲率补偿方法及电路
技术领域
本发明涉及带隙基准电压领域，尤其涉及低温漂低噪声的带隙基准电路。
背景技术
电压基准电路是大多数集成电路中的一个重要的模块，它为其余电路模块建立了一个的参考电压点，在一个完整的系统中实现可靠和可预测的性能。它可以与稳压器一起使用来构建电源，在运算放大器中设置偏置电压，以及在数据转换器中建立用于比较的标准电压。参考电压的精度通常决定了系统整体的性能。
普通的带隙基准电路，仅对温度进行了一阶补偿，基准电压随温度变化的特性曲线呈抛物线状，存在一定的曲率，需要对此曲率进行补偿得到更低温漂的带隙基准电路。
对于基准电路输出的低频噪声来说，主要由闪烁噪声产生，通常难以通过低通滤波器得到抑制，需要特殊的带隙基准架构。
US8508211B1公开了一种低噪声带隙基准电路，给出了通过多级级联，增加发射极面积，降低基准输出噪声的方法，但是这个架构没有给出其曲率补偿电路，且曲率补偿电流也会对噪声产生影响。
发明内容
本发明公开了一种针对Dokbin带隙基准电路的一种曲率补偿方法及电路。
一种带隙基准电路的曲率补偿方法，利用CTAT偏置电路的负温度特性以及带隙基准核心基极电流包含的与温度呈非线性的项对Dokbin带隙基准电路进行曲率补偿。
一种具有曲率补偿功能的带隙基准电路，包括：带隙基准电压单元、低通滤波单元、CTAT偏置单元；
带隙基准电压单元，用于产生恒定电压；
低通滤波单元，用于滤除带隙基准电压电路的热噪声；
CTAT偏置单元，用于产生负温度系数以及低噪声的电流，为带隙基准电压单元提供偏置，完成整体电路的启动，并与带隙基准电路的基极电流一起产生正的与温度成非线性的顶，实现曲率补偿。
所述的带隙基准电压单元，包括跨导放大器，用于控制基准核心两支路电流比。带隙基准核心，用于产生一阶补偿的基准电压，配合其尾电流的温度特性及其基极电流的非线性特性进行曲率补偿。
所述的低通滤波包括滤波电阻和滤波电容，用于提高高频电源抑制比，降低输出噪声。滤波电阻和滤波电容可以用内部集成的MOS管构成，也可以通过内部集成电阻，接片外大电容构成。
所述的CTAT偏置单元包括：自偏置的共源共栅电流镜，用于控制两支路电流相等，提高电源抑制比，完成自启动。电流产生部分，用于产生负温度系数，低噪声的电流。CTAT偏置启动后其偏置的带隙基准核心及跨导放大器也随之启动，无需额外的启动电路。CTAT电流产生部分存在负反馈环路，抑制电流产生部分到自偏置电流镜栅端的噪声贡献，输出电流噪声相比恒定跨导偏置低，其用作曲率补偿的电流的对整体输出噪声的贡献较低。
相比于现有技术，本发明的有益效果为，采用CTAT偏置电路同时为带隙基准电路核心电路以及放大器提供尾电流，且利用其负温度系数配合带隙基准核心中基极电流提供了非线性，对整体输出电压进行了曲率补偿。简化了曲率补偿电路及启动电路的设计。仿真结果显示，在-40～125℃，温度系数可达到 3.7ppm/℃，0.1-10Hz的低频噪声可达到1μVp-p。
附图说明
图1是有曲率补偿功能的带隙基准电路的原理图；
图2是输出电压随温度变化的曲线。
具体实施方式
下面对带隙基准电路的曲率补偿方法及电路进行详细描述。
如图1所示，带隙基准单元由CTAT偏置单元提供的尾电流源，，放大器控制X,Y两点电压相等，通过R1与R2控制支路电流的比例，通过R3上的正温度系数电流流过R3，R4以及两个二极管Q3,Q4产生一阶补偿的带隙基准电路，同时要减去Q1基极电流在R4的分流得到曲率补偿的输出电压值。
VR3＝VBE2+VBE6-(VBE1+VBE5)(1.1)
VBG＝VR3+VR4+2VBE(1.3)
其中2VBE表示Q3、Q4的VBE电压之和由式(1.1-1.3)可以得到：
其中，包含线性项和非线性项，α表示集电极电流是温度的α次方，VG(T)代表Si的带隙电压。
式(1.4)第一项由式(1.5)可知具有负温度系数，包括非线性项，第二项具有正温度系数，一二项可进行一阶补偿，抵消VBE的温度系数中负的线性项，对于 VBE的温度系数中负的非线性项可以通过Ib1产生一个负的温度系数的非线性来抵消。
CTAT偏置电路单元，自偏置的共源共栅电流镜，提供自偏置的电阻Rbias，以及产生电流核心MN1,MN0及电阻R0,其中MN0工作在亚阈值区，其VGS接近阈值电压；受到反馈环路的抑制，MN0的噪声到共源共栅电流镜栅极的噪声贡献可忽略。带隙基准核心部分的尾电流通过电流镜复制CTAT偏置电路。复制比为1∶n，且R1,R2两条支路的电流之比为R2∶R1，R1,R2两条支路的电流之和为 IT。
其中ΔEG是发射极带隙收缩因子，正比于发射极的掺杂水平。
Vth＝Vth(Tr)-a(T-Tr)(1.8)
其中a为一个正常数。则有：
其中，K1作为线性项，K2可以用来作为曲率补偿项。当确定R1和R2的值时，K1、K2都与R4有关，通过仿真扫描R4的值，得到温度系数最低的基准电压。
图2是输出电压与温度的关系曲线，得到曲率补偿后的类似正弦波状的基准电压随温度变化的曲线，可以求出温度系数。
采用TSMC 0.18μm BCD工艺进行仿真，在-40～125℃，温度系数可达到 3.7ppm/℃，0.1-10Hz的低频噪声可达到1μVp-p。
本发明的上述实施仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
