可调负电压基准电路的制作方法专利名称：可调负电压基准电路的制作方法技术领域：本发明涉及电源电路，特别涉及一种可调负电压基准电路背景技术：电源管理集成电路中最经典的电压基准电路就是带隙电压基准源传统的带隙电 压基准源Vbg—般由VBE+nVT 二部分组成，Vbe是负温度系数双极型晶体管(BJT)的基极与 发射极电压，Vt是正温度系数的等效热电压，η为比例系数，n>1Vbg受到双极型晶体管 的基极与发射极电压Vbe约0. 7V的限制，加上η倍的正温度系数的等效热电压VT，Vt与正 温度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管电路中的两个BJT管的基极与发射极 电压的差Δ Vbe线性相关，故输出电压基准也可表达为VBE+ni Δ Vbe组成，Ii1为大于1的常数， 输出电压基准值约1.2V，它是一种稳定可靠的不随温度变化的基准电压用负电源电路适 当调整电路的取样点就能实现负的带隙基准电压在实际电路设计中常把带隙电压基准再 通过电阻网络分压或倍压得到各种不同的基准电压通常金属氧化物半导体场效应管(MOS)电路实现传统的零温度系数负带隙电压 基准电路有二种图1、图2所示是双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下通常采用的二 种负带隙电压基准电路实现方法。
图1所示电路，是由同类型比例双极型晶体管(BJT)部分20、M0S管比例电流镜部 分5、运算放大器18和输出部分电阻R2、第八BJT管T8等组成MOS管比例电流镜部分5 由N沟道金属氧化物场效应管(NMOS)第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2、第三MOS管T3组成， 其中第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 K，K是正的比 例常数它们的源极(S)都接负电压源Vss，它们的栅极(G)都连在一起接运算放大器18 输出端，第一 MOS管Tl管的漏极⑶通过第六BJT管T6的反向PN结接地，第二 MOS管T2 管的漏极通过第七BJT管T7的反向PN结连接第一电阻Rl到地，第三MOS管T3的漏极作 为负电压基准Vref输出端，通过第八BJT管T8的反向PN结连接第二电阻R2到地，运算放 大器18负输入端连接第一 MOS管Tl的漏极和第六BJT管T6的PN结负极端，正输入端连 接第二 MOS管T2的漏极和第七BJT管T7的PN结的负极端同类型比例BJT管20部分由 第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电阻Rl组成，其中有效发射区面积第七BJT管T7是 第六BJT管T6的N倍(N>1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都连接成PN结构。
输出部 分第八BJT管T8也连接成PN结构该零温度系数带隙电压基准电路是利用运算放大器、MOS比例电流镜结合同类型比例双极型晶体管，第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差Δ Vbe在第一AV V - V电阻Rl上产生与温度成正比例系数的恒定电流/内拟=一^= BE6m BE7,Vbe6为第六JilKlBJT管Τ6的基极与发射极电压、Vbe7为第七BJT管Τ7的基极与发射极电压，该正温度特性 电流通过MOS比例电流镜相应的比例K在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2=_K*Iptat*R2，而双极晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压Vbe8是负温度系数电压， 当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的负电压基准 Vref = -K*Iptat*R2-VBE8，而这电压正好接近半导体的带隙电压约负1. 2伏图2所示电路，是由同类型比例双极型晶体管(BJT)部分20、M0S管比例电流镜部 分5、MOS管正反馈电路26和输出部分第二电阻R2、第八BJT管T8等组成MOS管比例电 流镜部分5由N沟道金属氧化物场效应管(NMOS)第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2、第三MOS 管T3组成，其中第一 MOS管Tl、第二 MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1 1 K， K是正的比例常数，它们的源极⑶都接负电压源Vss，它们的栅极(G)都连在一起接P沟 道金属氧化物场效应管(PMOS)第五MOS管T5的漏极，并且第二 MOS管T2的栅漏极短接， 第一 MOS管Tl管的漏极⑶连接PMOS第四MOS管T4的漏极和栅极，第四MOS管T4、第五 MOS管T5的栅极短接形成偏置节点，NMOS第一 MOS管Tl、NMOS第二 MOS管T2和PMOS第 四MOS管T4、PMOS第五MOS管T5组成正反馈电路。
第三MOS管T3的漏极作为负电压基 准Vref输出端，通过第八BJT管T8的反向PN结连接第二电阻R2到地同类型比例BJT 管20部分由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电阻Rl组成，其中发射区面积第七BJT 管T7是第六BJT管T6的N倍(N >1)，第一电阻Rl —端向上连接到地，另一端连接到第七 BJT管T7的PN结正极端，第七BJT管T7的PN结负极端接PMOS第五MOS管T5的源极，第 六BJT管T6的PN结负极端接第四MOS管T4的源极，PN结正极端接地该零温度系数带隙电压基准电路是利用正反馈电路、MOS比例电流镜再结合同 类型比例双极晶体管，第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差Δ Vbe在第一电阻Rl上产生与温度成正比例系数的恒定电流尔如BE6pi BE7，VBE6为第六BJT管T6的基极与发射极电压、Vbe7为第七BJT管T7的基极与发射极电压，该正温度 特性电流通过比例电流镜相应的比例在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2 =_K*Iptat*R2，而双极型晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压Vbe8是负温度系数电 压，当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的负电压基 准Vref = -K*Iptat*R2-VBE8，而这电压正好接近半导体的带隙电压约负1. 2伏。
以上所述是传统常用的与温度变化无关的负带隙电压基准源实现方法，其特点 Vref = -Vbe-H1 Δ Vbe, Vref = -VBE-nVT,(其中 Ii1 和 η 是比例系数，为大于 1 的常数)Vref 的绝对值总是要大于BJT管基极与发射极电压Vbe，故它受到BJT管基极与发射极电压Vbe 约0. 7V的限制，BJT管基极与发射极电压Vbe的负温度系数约为_2mV/°C，正温度系数恒定 电流源的等效热电压Vt的正温度系数约0. 086mV/°C，正温度系数恒定电流源的等效热电压 Vt又与正温度系数恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的 基极与发射极电压的差△ Vbe线性相关，故输出电压基准要达到稳定可靠的不随温度变化 的电压，则正负温度系数要相互抵消，只有在固定的带隙电压基准一定范围内输出电压接 近零温漂当工艺一定，管子匹配，图1、图2中的输出电压基准Vref接近负带隙电压基准 源-Vbg，基本就固定在负1.2伏附近带隙电压基准源(Vbg,Bandgapvoltage reference) 用于产生1.2V左右的与温度变化无关的基准电压，当把电阻R2加大，则输出电压绝对值增 加，但其温度特性会偏向正温度系数变化，同理当把电阻R2减小，则输出电压绝对值降低， 但其温度特性会偏向负温度系数变化。
图3所示是双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下通常采用的负带 隙电压基准电路原理图，它由恒定正温度系数的电流源、电阻Ro和连接成PN结构的BJT 管组成恒定正温度系数的电流源向下连接负电压源Vss，向上连接BJT管的PN结负极 端并作为电压基准Vref输出端，BJT管的PN结正极端与电阻Ro—端连接，电阻Ro的另一端连接地从图 3 可推出Vref = -k*Iptat*Ro-VBE =-k*~^*Ro-VBE，当k*^"*^^" + ^^ = 0时，Vref就是零温度系数的负电压基准，其中k为正的比例常 Rl 5T 5T数，Iptat为正温度系数恒定电流，Vbe为BJT管的基极与发射极电压，AVbe为正温度系数 恒定电流源中的同类型比例双极型晶体管(BJT)电路中的两个BJT管的基极与发射极电压 的差，Rl为图1、图2所示电路中的第一电阻，T为温度发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种可调负电压基准电路，所述负电压 基准电路能实现包括负带隙电压在内的连续可调的零温漂负电压基准源，适合 BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺实现为解决上述技术问题，本发明的可调负电压基准电路，包括一正温度系数恒定电流源，一负温度系数恒定电流源，一可调输出电阻；所述正温 度系数恒定电流源与所述负温度系数恒定电流源并联，向下连接负电源，向上连接可调输 出电阻的一端并作为负电压基准Vref输出端，可调输出电阻的另一端连接地；所述二不同 温度系数恒定电流源按照一定比例叠加成一个只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源， 所述只与电阻温度系数相关的恒定输出电流源通过所述可调输出电阻产生一个正比于可 调输出电阻的可调负电压基准Vref， 当kl*^^*Ro+ kl*^~*Iptat + k2*^^*Ro + k2*^^*Ictat = 0时，就是零温度系数的负电压基准，其中Iptat为正温度系数恒定电流，Ictat为负温度系数恒定电流，kl与k2是正的比例常数，Ro为可调输出电阻，T为温度。
所述负温度系数恒定电流源，包括PNP第八BJT管，分压电阻第三电阻、第四电阻， 匹配NMOS第九MOS管、NMOS第十MOS管、第五电阻以及偏置电路；所述匹配第九MOS管、第 十MOS管的宽长完全一致，第九MOS管的源极与第八BJT管的集电极、第五电阻的一端相 连到负电源，第九MOS管的漏极连接第八BJT管的基极，并向上与第三电阻的一端相连，第 三电阻的另一端接第四电阻的一端及第九MOS管的栅极，第四电阻的另一端与第八BJT管 的发射极和第十MOS管的栅极相连接，并与偏置电路一端相连，偏置电路另一端接地，第十 MOS管的源极接第五电阻的另一端，第十MOS管的漏极接可调输出电阻并作为负电压基准 Vref输出端，可调输出电阻的另一端接地本发明的可调负电压基准电路，利用双极型晶体管基极与发射极电压Vbe及一组 电路实现温度系数为负值的恒定输出电流Ictat，利用同类型比例BJT电路的两个BJT管的 基极与发射极电压的差Δ Vbe及一组电路形成温度系数为正值的恒定输出电流Iptat，二者 通过一定比例叠加得到一个只与电阻温度系数有关的恒定输出电流源Iref，再通过可调输出电阻从而产生一个正比于电阻值的零温度系数可调负电压基准Vref，由于可调输出电阻 连续可调，所以基准电压也连续可调，不管实际电压偏大还是偏小，温度系数都接近零，可 灵活应用于双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下的所有负基准电压电路设计。
图1是传统的负带隙电压基准源实现电路一；图2是传统的负带隙电压基准源实现电路二 ；图3是传统的负带隙电压基准源原理图；图4是本发明的可调负电压基准电路原理图；图5是本发明使用运放电路结构的可调负电压基准电路；图6是本发明使用正反馈电路结构的可调负电压基准电路；图7是本发明正温度系数恒定电流源中的同类型比例BJT管电路采用NPN管的可 调负电压基准电路；图8是本发明正温度系数恒定电流源中包括转换电流镜和运算放大器的可调负 电压基准电路；图9是本发明正温度系数恒定电流源中包括转换电流镜和正反馈电路的可调负 电压基准电路；图10是本发明负温度系数恒定电流源偏置电路采用MOS管的可调负电压基准电路具体实施例方式本发明的可调负电压基准电路的电路原理如图4所示，它包括一正温度系数恒定 电流源10，一负温度系数恒定电流源11，一可调输出电阻Ro ；所述正温度系数恒定电流源 10与负温度系数恒定电流源11并联，向下连接负电源Vss，向上连接可调输出电阻Ro的一 端并作为负电压基准Vref输出端，可调输出电阻Ro的另一端。