PTAT基准电流源电路
带隙基准
偏置电路
例：分析启动电路 上电时，M5、M6 off
Vx = Vy = 0(t = 0) ⇒Vx ↑,Vy ↑ ⇒Vy ,Vx > Vth, M6 M5 on
M5 on 导致电路脱离简并点。 M6 导通使X点的电压下降，最终 使M5关断。 分析关键点： 使M5 off
1 ⎛W ⎞ μCox⎜ ⎟ (VDD − I6Ra −Vth6 )2 = I6 2 ⎝ L ⎠6
∂Vbe ∂VT = α1 +α2 lnn ∂T ∂T ∂T ∂V ∂VT k = = 0.087mV /o K Q be = −1.5mV /o K ∂T ∂T q α1 =1 α2 = α ∂Vref ⇒α lnn =17.2时， =0 ∂T Vref = α1Vbe +α2VT lnn = Vbe +17.2VT ≈1.25 V ∂Vref
带隙基准
改进的电流源 与电源无关的偏置 带隙基准
正温度系数 负温度系数
PTAT电流源的产生 实例分析
改进的电流源
问题的提出 对简单的电流镜电路，考虑沟道长度调制效应后，引入了电 流的复制误差。误差由有限的输出阻抗决定。
I out = W2 L2 (1 + λVDS 2 ) • I in W1 L1 (1 + λVDS1 )
g m 2 = 2 μCox (W L )I out = 1.07 mA / V ⎡ 1 ⎞⎤ ⎛ rout = 128k ⎢1 + 5⎜1.07 + 0.2 ×1.07 + ⎟⎥ = 955kΩ 128 ⎠⎦ ⎝ ⎣
Vout > Vdsat + I out Rs
改进的电流源
② 共源共栅电流镜
Vgs 3 + Vgs1 = Vgs 4 + Vgs 2
宽温度范围高精度基准电压源设计
收稿日期:2021-01-15基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JM -583)通信作者:唐威,教授,博士,研究方向为集成电路设计㊂E-mail :tangwei @xupt .edu .cn电子元件与材料Electronic Components and Materials第40卷Vol .40第4期No .44月Apr2021年2021宽温度范围高精度基准电压源设计师洋洋,唐㊀威,刘㊀伟(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安㊀710121)摘㊀要:针对传统Brokaw 型带隙基准电压源温度系数较高的问题,采用高阶曲率补偿方法,利用PN 结反向饱和电流随温度敏感变化的原理,通过将与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流注入到基准核心部分,对基准输出电压进行温度补偿,实现了宽温度范围内基准电压源的高精度输出㊂电路基于0.18μm BCD 工艺设计㊂仿真结果表明,在3.3V 电源电压下,基准输出电压为1.978V ,在-40~+150ħ温度范围内,基准电压的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,低频时电源抑制比(PSRR )为79.4dB ㊂关键词:带隙基准;高精度;宽温度范围;曲率补偿中图分类号:TN 432文献标识码:ADOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2021.1736引用格式:师洋洋,唐威,刘伟.宽温度范围高精度基准电压源设计[J ].电子元件与材料,2021,40(4):387-392.Reference format :SHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage reference [J ].Electronic Components and Materials ,2021,40(4):387-392.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage referenceSHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei(School of Electronic Engineering,Xi an University of Post and Telecommunications,Xi an㊀710121,China)Abstract :A high -order curvature compensation method was used to solve the problem of high temperature coefficient of the traditional Brokaw bandgap reference.Since the reverse saturation current of PN junction changes sensitively with temperature and its trend with temperature is opposite to the reference voltage ,it was inputed into the core part of the reference as the compensation current ,and the temperature compensation of the output voltage was realized.As a result ,a high precision output of the reference was obtained over a wide temperature range.The circuit was designed based on 0.18μm BCD process.The simulation results show that the output voltage is 1.978V under 3.3V supply voltage.The temperature coefficient of thereference voltage is 5.82ˑ10-6/ħin the temperature range of -40～+150ħ.The PSRR is 79.4dB at low frequency.Key words :bandgap reference ;high precision ;wide -temperature rage ;curvature compensated㊀㊀带隙基准电压源因具有较低温度系数和较高电源抑制比的特点,被广泛用于DC -DC ㊁模数转换器(ADC )以及低压差线性稳压器(LDO )等数模混合集成电路中[1-2]㊂传统的带隙基准电压源是通过将双极型晶体管具有负温度系数的基极-发射极电压(V BE )与正温度系数(PTAT )的电压(ΔV BE )以适当的权重相加,从而得到零温度系数的输出电压值㊂然而,传统的带隙基准电压源仅对温度特性曲线进行一阶补偿,难以满足现代高精度系统的要求㊂为了得到低温漂的基准电压源,需要进行高阶补偿[3-5]㊂对此,许多文献提出了不同的补偿方法来降低温度系数㊂文献[6]采用分段补偿技术,通过在电路中加入两个不同的曲率补偿电路,在低温段和高温段分别实现对基准电压的曲率补偿,但这种电路较复杂,且电源抑制比(PSRR )较低;文献[7]利用MOS 管工作在亚阈值区时漏电流和栅源电压的非线性特性,通过引入与基电子元件与材料准电压温度系数成相反趋势的高阶补偿电流对基准电压进行曲率补偿;虽然文献[7]在宽温度范围内降低了温度系数,但是由于使用了较多的三极管,导致占用的面积较大㊂本文设计的带隙基准电压源基于Brokaw 基本结构,利用PN 结的反向饱和电流随温度敏感变化的原理,在高温段进行了曲率补偿,使其在-40~+150ħ的宽温度范围内表现出5.82ˑ10-6/ħ的低温漂特性㊂1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源图1是传统的Brokaw 型带隙基准结构㊂图中,运算放大器的输出端与Q 1㊁Q 2的基极相连,为Q 1㊁Q 2提供基极电流㊂由于运算放大器的电压钳位作用使得电阻R 3和R 4上的电压降相等,若R 3=R 4,则流过R 3和R 4两条支路的电流相等,此时三极管Q 1和Q 2的基极-发射极电压差为:ΔV BE =V BE1-V BE2=V T ln I S2I S1æèçöø÷=V T ln N (1)于是流过电阻R 1的电流为:I =ΔV BE R 1=V T ln N R 1(2)则流过电阻R 2的电流为2I ㊂该电流作用在R 2上,可以产生一个具有正温度系数的电压,将该电压与Q 2的基极-发射极电压V BE 相加,便可得到输出电压V REF的表达式为:V REF =V ΒΕ2+2R 2R 1V Τln N(3)通过改变R 1㊁R 2的大小,可以获得一个与温度无关的基准电压㊂由文献[8]可知,三极管的基极-发射极电压V BE随温度变化并不是线性的,它可以表示为[9]:V BE (T )=V G0-T T 0(V G0-V BE0)-(η-α)V T ln(T T 0)(4)式中:T 为热力学温度;T 0是参考温度;V G 0是在温度为T 0时的发射结电压;η是与工艺有关但与温度无关的常数;α的值与集电极电流I C 的温度特性有关(当I C 与温度成正比时,α=0;当I C 与温度无关时,α=1)㊂图1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源Fig .1㊀Conventional Brokaw -type bandgap voltage reference式(4)中的V T ln (T /T 0)体现出非线性项,式(3)只能实现一阶温度补偿,获得近似零温度系数的基准电压㊂因此,要得到高精度的基准输出电压,必须对V BE 的非线性分量进行高阶补偿㊂2㊀宽温度范围高精度基准电压源设计本文设计的宽温度范围高精度基准电压源整体电路如图2所示,包含启动电路㊁偏置电路㊁带隙基准核心电路和曲率补偿电路㊂2.1㊀带隙基准核心电路图2中的Q 3㊁Q 4和R 5~R 9以及运算放大器(M 16~M 23)组成一阶带隙基准电压源㊂其中,Q 3和Q 4发射极结面积之比为1ʒ8,R 5=R 6㊂利用运放的 虚短 特性,钳位A 点和B 点电压,使得V A =V B ㊂假设Q 3和Q 4的集电极电流为I 1,则:I 1=ΔV BE R 8=V T ln8R 8(5)由KCL 有流过R 9和R trim 的电流为2I 1,所以有:V C =V E4-V R8=2I 1(R 9+R trim )=V E3(6)因此Q 3基极电压为:V B3=V C +V BE3=2I 1(R 9+R trim )+V BE3(7)于是带隙基准电压可表示为:㊃883㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计V REF =2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3(8)然后通过电阻升压网络可得到基准输出电压V OUT :V OUT =V REF R 3+R 4R 4æèçöø÷=2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3éëêêùûúúR 3+R 4R 4(9)为了产生零温度系数的带隙基准电压,对V OUT 关于温度T 求偏导,即: V OUT T= V T T2(R 9+R trim )(R 3+R 4)ln8R 8R 4+V BE3 TR 3+R 4R 4(10)由式(10)可看出,通过调节电阻R 3㊁R 4㊁R 8和R 9的比值即可得到理想的零温度系数的基准输出电压V OUT ,然后通过分压网络可得到多个零温度系数电压值,分别为电路中需要的模块提供参考㊂其中,R trim 的作用是为了解决实际生产中的偏差失配问题加入的修调电阻,减少误差㊂式(9)是在理想条件下得到的基准输出电压值㊂图2中,由于三极管Q 3㊁Q 4存在来自于R 3的基极电流,这就导致R 3和R 4上的电流不一致,使V OUT 在V REF 的基础上产生一定的温差,并且精度㊁电源抑制比等参数也会受到影响[10]㊂因此,式(9)的表述并不准确,本文通过在Q 3㊁Q 4的基极加入电阻R 7来消除基极电流带来的误差[11]㊂首先假设三极管Q 3和Q 4的基极电流为I b ,则加入电阻R 7后带隙基准电压可表示为:VᶄREF =2(ΔV BE -I b R 7)R 8(R 9+R trim )+V BE3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=2(R 9+R trim )R 8ΔV BE +V BE3-2I b R 7R 8(R 9+R trim )=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )㊀㊀㊀㊀㊀㊀(11)式(11)第二项多项式中I b 随温度变化,使得V ᶄREF在V REF 基础上多了一个随温度变化的微小变量,从而导致基准输出电压V OUT 的温度特性也发生了一定的变化㊂由于Q 3和Q 4从R 3抽取了两份基极电流,因此基准输出电压可表示为:VᶄOUT=VᶄREF R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )éëêêùûúúR 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3=V OUT -2I bR 7R 8(R 9+R trim )R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3(12)图2㊀宽温度范围高精度基准电压源整体电路Fig .2㊀The complete circuit diagram of the voltage reference withwide -temperature -range and high -precision㊀㊀由式(11)可以看出,对于带隙基准电压V ᶄREF 来讲,即使加入了R 7仍然可以通过调节R 8和R 9的比值来得到一个零温度系数的基准电压㊂对于基准输出电压V ᶄOUT 来讲,通过调节R 7(R 9+R trim )(R 3+R 4)R 8R 4的值,使之等于R 3,即可将式(12)的后两项消除,从而㊃983㊃电子元件与材料可得到R7的值为:R7=R3R4R8(R3+R4)(R9+R trim)(13)2.2㊀曲率补偿电路曲率补偿电路由M28-M30和Q5构成㊂I S由BE结短接的NPN晶体管Q5形成,补偿电流I COMP1和I COMP2通过M28-M30电流镜结构分别注入到A点和B点,对PTAT电流进行补偿㊂IS可以表示为:I S(Τ)=CΤγexp(-qV G0kΤ)(14)式中:C是与PN结的结面积及掺杂浓度有关的常数;γ在一定温度范围内也是常数;VG0为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶电势差,对于给定的PN结材料,V G0为定值;q为电子的电荷量;k为玻尔兹曼常数;T为热力学温度㊂令λ=qV G0k,并用泰勒展开式e xʈ1+x+x22+x36展开,则I S可以表示为:I SʈC(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(15)图2中,M28㊁M29和M30的宽长比为1ʒ8ʒ1,于是补偿电流I COMP1和I COMP2为:I COMP1=C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=I S㊀(16)I COMP2=8C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=8I S(17)经过一阶补偿和曲率补偿后的带隙基准电压可以表示成:V REF=V BE3+2R9+R trim()R8V Tln8+R9+R trim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8V T+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()(18)将式(18)代入式(9)可得到基准输出电压V OUT的表达式为:V OUT=R3+R4R4æèçöø÷V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+éëêê㊀㊀㊀㊀R9+R trim()I COMP1+I COMP2()ùûúú(19)令K0=R3+R4R4K1=2K ln8(R3+R4)(R9+R trim)qR4R8K2=(R3+R4)(R9+R trim)(C+8C)R4ìîíïïïïïïïï(20)结合式(16)~(17)和式(19)~(20)可得基准输出电压为:V OUT=K0V BE3(T)+K1T+K2(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(21)式中:K0为负温度系数电压V BE3的系数;K1为一阶温度补偿系数;K2为高阶曲率补偿系数㊂其中一阶温度补偿系数K1主要与R8和R9的比值相关,而高阶曲率补偿系数K2主要与PN结面积相关㊂2.3㊀偏置电路图2中,偏置电路由电流源(M1~M9㊁Q1㊁Q2和R1)和电流偏置(M10~M15)组成㊂正常工作时,电流源产生与电源电压无关的PTAT电流后,经过电流镜成比例复制给电流偏置部分,为M16管提供偏置电压㊂令M1~M5的宽长比相等,Q1和Q2流过的集电极电流相同,假设该电流为I PTAT,Q1和Q2发射极结面积比为8ʒ1,忽略它们的基极电流,于是有:ΔV BE=V T ln I PTAT8IS2æèçöø÷-V T lnI PTATI S2æèçöø÷=V T ln8(22)I PTAT=ΔV BER1=V T ln8R1(23)通过M1~M4㊁M10㊁M12和M15电流镜结构将IPTAT按比例精确复制,产生偏置电流和M16偏置电压㊂2.4㊀启动电路带隙基准电路中,电路存在 简并 偏置点,当电源上电时,所有的晶体管均传输零电流,于是它们㊃093㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计可以无限期地保持关断,因此需要设计启动电路㊂启动电路仅应在上电时提供启动功能,当基准核心电路建立稳定后保持关闭或低功耗状态,如图2所示,M 24~M 27和C 1构成启动电路㊂当电源刚开始上电的时候,并且提供有效的使能信号EN 1,EN 1和EN 2互为反向信号,启动电路开始工作㊂EN 1为低电平时,EN 2为高电平,M 25关闭,M 26的栅端没有电荷,栅电压为0,M 23管关闭,因此Q 3基极没有电流注入;随着电源电压逐渐上升,EN 1为高,EN 2为低,M 25管导通,M 26栅端电压被抬高,从而将M 23管的栅端电压拉低,M 23管导通,开始从电源汲取电流,并注入基准核心电路,使基准核心电路开始工作;同时,M 25管的漏电流逐渐增大并对电容C 1充电,M 26栅端的电压逐渐升高,当基准核心电路正常工作时,M 23的漏端电压升高,使M 27管导通㊂从而将M 26栅端电压拉低,M 26管关断,启动电路关闭㊂3 电路仿真验证基准电压源电路采用0.18μm BCD 工艺设计,并使用Spectre 工具进行仿真验证㊂仿真条件为:V DD =3.3V ,温度范围为-40~+150ħ㊂图3和图4分别是补偿前与补偿后的基准输出电压温度特性的仿真结果㊂从图中可以看出,没有进行高阶补偿的温度系数为17.52ˑ10-6/ħ,补偿后的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,补偿后温度系数降低了11.7ˑ10-6/ħ,精度提高了66.8%㊂图3㊀补偿前的基准输出电压温度特性Fig .3㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage before compensation图5是在V DD =3.3V ,不同工艺角下基准输出电压随温度变化的仿真结果㊂从图5可以看出,在TT工艺角下基准电压源有最佳温度系数值5.82ˑ10-6/ħ,在SS 工艺角下有最差温度系数值14.6ˑ10-6/ħ㊂图6是当V DD =3.3V ,温度为27ħ时,在TT ㊁SS ㊁FF 三种工艺角下,基准电压源的电源抑制比(PSRR )仿真结果㊂从图6可以看出,低频时,TT 工艺角下的PSRR 为79.4dB ,在10kHz 时电源抑制比也有58.9dB㊂图4㊀补偿后的基准输出电压温度特性Fig .4㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage aftercompensation图5㊀基准电压源在不同工艺角下的温度特性Fig .5㊀Simulation results for different processcorners图6㊀基准电压源的电源抑制比曲线Fig .6㊀PSRR curves of the voltage reference表1为本文与部分参考文献带隙基准源的性能比较㊂从表1可看出,本文设计的基准电压源的温度系数优于文献[7-8],低频下的PSRR 也优于文献[6-8],且本文设计的基准电压源具有可调节的多值输出电压㊂㊃193㊃电子元件与材料表1㊀本文与其他文献带隙基准源的性能参数对比Tab.1㊀Performance parameters comparison of bandgapreference source of this paper and other literatures参数文献[6]文献[7]文献[8]本文工艺(μm)0.180.180.250.18电源电压(V) 3.3 5.0 4.5 3.3温度范围(ħ)-40~+125-40~+150-40~+150-40~+150温度系数(10-6/ħ) 3.02 6.9410 5.82 PSRR(dB)5777.47079.4基准输出电压(V)1.241 1.229 1.214 1.978是否多值输出否否否是4㊀版图设计版图的匹配性决定了基准电压源精度的误差大小㊂由式(9)和式(10)可知,电阻比值的大小直接影响着基准输出电压的精度和温漂特性㊂因此本文设计将基准电压源中的所有电阻放置在同一区域,并采用叉指法以减少工艺刻蚀造成的误差㊂此外,对于电流源电路和带隙核心电路中使用的三极管部分的版图,本文设计由8个并联的NPN三极管分别构成Q1㊁Q4,分布在Q2和Q3周围,使Q1和Q2㊁Q3和Q4均形成对称性匹配㊂图7为基准电压源的版图㊂其中,运算放大器㊁偏置电路和电阻都分别进行了合理的布局㊂图7㊀基准电压源版图Fig.7㊀Layout of the reference voltage source5㊀结论本文在传统的Brokaw型带隙基准电压源的基础上,设计了一种宽温度范围高精度的基准电压源㊂利用PN结反向饱和电流随温度敏感变化的原理在高温段产生与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流,对传统的一阶补偿的带隙基准电压源进行曲率补偿,提升了基准输出电压的精度和温漂特性,并采用电阻分压网络输出多个不同的零温度系数电压值㊂仿真结果表明,在3.3V电源电压下,-40~+150ħ温度范围内,TT工艺角下,基准电压源温度系数为5.82ˑ10-6/ħ;低频时PSRR为79.4dB,通过合理的版图设计,可以应用到数模混合芯片中㊂参考文献:[1]Kostanyan H T,Hayrapetyan A K,Petrosyan A S,et al.5V widesupply voltage bandgap reference for automotive applications[C]//39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO).NY,USA:IEEE,2019:229-232.[2]Abbasi M U,Raikos G,Saraswat R,et al.A high PSRR ultra-lowpower1.2V curvature corrected bandgap reference for wearable EEG application[C]//13th International New Circuits and Systems Conference(NEWCAS).NY,USA:IEEE,2015:1-4. [3]Hu J L,Sun J,Bai Y B,et al.A novel1.03ppm/ħwide-temperature-range curvature-compensated bandgap voltage reference[C]//2nd International Conference on Circuits System and Simulation(ICCSS).NY,USA:IEEE,2018:22-26.[4]An J H,Wu C J,Xu D C.A wide temperature range4.6ppm/ħpiecewise curvature-compensated bandgap reference with no amplifiers[C]//International Conference on IC Design and Technology(ICICDT).NY,USA:IEEE,2019:1-4.[5]王永顺,崔玉旺,赵永瑞,等.宽温度范围高精度带隙基准电压源的设计[J].固体电子学研究与进展,2016,36(1):54-59. [6]张东亮,曾以成,陈星燕,等.曲率补偿低温漂带隙基准电压源设计[J].电子元件与材料,2015,34(11):85-88. [7]李树镇,冯全源.一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(10):95-99. [8]张龙,冯全源,王丹.一种带曲率补偿的低功耗带隙基准源设计[J].电子元件与材料,2014,33(9):58-61.[9]Wang Y F,Sun J,Ye W X.A high-order temperature compensatedCMOS bandgap reference[C]//3rd International Conference on Cloud Computing and Internet of Things(CCIOT).NY,USA: IEEE,2018:325-328.[10]Zhu G Q,Yang Y T,Zhang Q D.A4.6-ppm/ħhigh-ordercurvature compensated bandgap reference for BMIC[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs,2019,66: 1492-1496.[11]杨宁,史仪凯,袁小庆,等.高精度㊁低功耗带隙基准源及其电流源设计[J].传感技术学报,2014,27(1):58-63.㊃293㊃。
基准电流源电路
基准电流源电路
基准电流源电路是一种电路，用于产生稳定的电流输出。
它通常由一个稳定的电压源和一个电阻组成，电阻的阻值被精确地选定，以产生所需的电流输出。
基准电流源电路通常用于测试和校准电路，例如模拟电路和传感器。
基准电流源电路的输出电流通常非常稳定，可以达到非常高的精度。
这是因为电阻的阻值非常稳定，而电压源也非常稳定。
此外，基准电流源电路通常具有很高的温度稳定性，因为电阻的温度系数通常很小。
基准电流源电路可以采用多种不同的电路拓扑结构，例如电流镜、差分放大器和反馈电路等。
这些电路结构可以根据具体的应用需求进行选择。
基于温度和工艺补偿的基准电流源
基于温度和工艺补偿的基准电流源作者：王春荣1,2,周忠强3,邹衡君,孙天奇,张宗江,傅兴华来源：《电脑知识与技术》2011年第07期摘要：介绍了一个采用温度和工艺补偿电流镜实现的基准电流源。
与绝对温度成正比(PTAT)的电流和与绝对温度互补(CTAT)的电流以一定权重相加产生与温度无关的基准电流。
在Cadence软件平台下用Spectre工具，基于CSMC 0.5um BiCMOS工艺模型对电路进行仿真，仿真结果表明该基准可输出21.52uA的稳定电流，-40~85℃内，温度系数为24.4ppm/℃。
关键词：电流基准；电流镜；共源共栅；与绝对温度互补；与绝对温度成正比中图分类号：TN433文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)07-1686-03Current Reference with Temperature and Process CompensationWANG Chun-rong1,2, ZHOU Zhong-qiang3, ZOU Heng-jun1, SUN Tian-qi2, ZHANG Zong-jiang2, FU Xing-hua2(1.College of Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2.Key Laboratory of Micro-Nano-Electronics and Software of Guizhou Province, Guiyang 550025, China; 3. Southwest Integrated Circuit Design Co.Ltd, Chongqing 400060, China)Abstract: A current reference using temperature and process compensation current mirror is proposed. The temperature independent reference current is generated by summing a proportional to absolute temperature (PTAT) current and a complementary to absolute temperature (CTAT) current. Simulation is implemented under the Cadence's Spectre based on CSMC 0.5um BiCMOS process. Simulation Result indicates the proposed current reference can output a 21.52uA stable current, and the temperature coefficient is 24.4ppm/℃ over a temperature range of -40~85℃.Key words: current reference; current mirror; cascade; PTAT; CTAT电流基准源作为模拟电路中一个关键组成部分而有着广泛的应用，例如A/D和D/A 转换器，运算放大器，滤波器和单片式传感器等[1-3]。
使用PTAT电流补偿的基准电流源
使用PTAT电流补偿的基准电流源作者：滕谋艳来源：《科技视界》2014年第33期【摘要】本文提出了一种使用PTAT电流来做温度补偿的基准电流源电路。
在常见的电压控制的基准电流源的基础上，叠加一路PTAT电流，使得基准电流源实现接近零温度系数的温度特性，同时，使用这种温度补偿方法，基准电路源可以使用正温度系数的电阻，电阻设计时就有了更多的器件选择空间。
通过选择随工艺变化较小的正温度系数电阻，可以得到更高的电流精度。
【关键词】PTAT电流;基准电流源;温度补偿0 前言基准电流源是模拟集成电路设计中一种最基本的电路结构，它给其它的电路模块提供所需要的偏置电流它决定了模拟电路的很多指标。
例如：频率、工作电流、延时等。
随着便携式设备的快速发展，其应用环境越来越多样化。
这对模拟电路的性能也提出了更高的要求。
对应的，基准电路源的电流精度以及温度特性的要求也越来越高。
本文提出了一种使用PTAT电流进行补偿的基准电流源电路。
与几种常见的基准电流源电路对比，其在电流精度及温度特性方面都有很大提升，且大大减小了芯片面积，显著提升了芯片的竞争力。
1 常用基准电流源电路。
在模拟电路设计中，常用的基准电流源电路有3种：使用VTH（电压阈值）为基准的电流源、Widlar电流源（微电流源）、电压控制的基准电流源。
其中，由于电压控制的基准电流源电路具有较高的电流精度，应用很广。
其结构如图1所示。
主要由两部分组成，一部分是零温度系数的基准电压，输出电压为Vref，可以由带隙电路产生。
第二部分是运放形成的负反馈电路。
图1 电压控制的基准电流源根据运放的负反馈原理，可以清晰的得到：Iout=Vref/（R1 +R2）（1）Vref为零温度系数电压，可以由带隙产生，随工艺变化较小，且接近为零温度系数。
为了保证Iout不随温度变化，一般的做法是R1与R2一个选择正温度系数类型电阻，另一个选择负温度系数类型电阻。
两者取合适的值后，可以得到温度系数很小的基准电流。
一种应用于唤醒电路的高精度RC振荡器
一种应用于唤醒电路的高精度RC振荡器朱明旺;李天望【摘要】设计了一种应用于唤醒电路、能够完全集成的33.7 kHz RC振荡器.该振荡器采用了由NMOS电压跟随器和一个由PTAT基准电流源提供偏置的快速翻转复制反相器构成的局部电压调整电路.该技术能够降低振荡器核心电路的功耗,降低核心电路对电源电压变化的灵敏度.振荡器基于NEX chip 0.15 μm CMOS工艺进行设计,在-40～80℃的温度范围内最大相对频率变化约为0.353％,在-40～40℃的温度范围内相对频率变化约为±0.62‰,能够适应国内各地区的应用环境.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2018(018)008【总页数】5页(P23-27)【关键词】唤醒电路;PTAT基准电流源;局部电压调整电路;RC振荡器【作者】朱明旺;李天望【作者单位】湘潭大学,湖南湘潭411105;湘潭大学,湖南湘潭411105;湖南国科微电子股份有限公司,长沙410100【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言随着通信技术和集成电路技术的发展，物联网得到更广泛的应用，在物联网的各个节点中使用很多传感器电路来检测环境信息，这些电路仅在接收和发送数据时处在工作状态，并且工作状态仅在整个时钟周期中占很小部分，其他时候则会处在休眠状态以降低电路功耗[1,2]。
振荡器电路可以产生基准时钟信号，通过配合计时器产生唤醒信号完成对后续电路的控制，如何保证处在休眠状态的电路精确唤醒对时钟源的精度提出了很高的要求。
一般来说，对频率精度要求高的应用场合会使用晶体振荡器，但晶体振荡器不能在芯片内部集成，因而增加了电路系统面积和成本，并且具有功耗较大、不利于低功耗设计的实现等缺点，尽管国外也有研究人员设计出了具有较低功耗或者较高精度的RC振荡器[3-6]。
本文设计了一种在较宽温度范围内都具有较好频率稳定性的RC振荡器，在-40～40℃的温度范围内相对频率变化约为±0.62‰，能够适应国内各地区的应用环境。
简述PTAT核心电路的工作原理
简述PTAT核心电路的工作原理
PTAT（Proportional T o Absolute Temperature）核心电路是一种温度测量电路，根据温度的变化以及电流、电压的变化来实现温度的测量和补偿。
PTAT核心电路的工作原理如下：
1. 通过一个电流源或电压源，使得电流或电压与绝对温度成正比。
这里的绝对温度是指开尔文温度，即绝对零度（-273.15C）对应的温度值。
2. PTAT核心电路可以使用晶体管作为关键元件，利用晶体管的温度-电流特性来实现温度和电流的转换。
通过调整电流源或电压源的电流或电压，可以将温度转换为与之成正比的电流或电压。
3. 通过使用差分放大器或运算放大器等电路进行信号处理，将转换后的电流或电压转化为可测量的模拟电信号。
4. 综合考虑环境温度对电路的影响，可以使用加热器、温度传感器等进行温度补偿，提高测量精度。
通过这种工作原理，PTAT核心电路可以提供与温度成正比的电流或电压输出，从而实现温度的测量和补偿。
这种电路在温度传感器、温度补偿电路等应用中广泛使用。
基准源电路-概述说明以及解释
基准源电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述基准源电路是一种用于产生参考电压或参考电流的电路。
在电子领域中，准确的基准源电路是实现精确测量和可靠性的关键。
基准源电路能够产生稳定、可靠、准确的参考信号，用于校准仪器、测量精度和补偿电路中的误差。
基准源电路通常由高稳定性的元器件组成，如精密电阻、稳压二极管和放大器等。
通过合理配置这些元器件，基准源电路能够在一定的温度和电源变化情况下，仍能保持较高的输出精度和稳定性。
它可以将不稳定的电压或电流信号转换为稳定的参考信号，为后续的电路提供准确的参考。
基准源电路被广泛应用于各种领域，特别是在精密测量、仪器校准和自动控制系统中。
在这些应用中，准确的参考信号是保证测量和控制结果精确性的关键。
基准源电路的稳定性和准确性直接影响到整个系统的性能。
尽管基准源电路具有许多优点，如高稳定性、良好的温度特性和低噪声等，但也存在一些局限性。
例如，基准源电路的成本较高，对元器件的选取和配备要求较高，而且对温度和电源变化较为敏感。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和性能要求来选择合适的基准源电路。
未来，基准源电路将继续得到深入研究和发展。
随着科技的进步和对高精度、高可靠性的需求不断增加，基准源电路的性能将不断提高。
同时，对于基准源电路的温度补偿、噪声抑制和功耗优化等方面的研究也将成为未来的研究重点。
总之，基准源电路在现代电子领域中具有重要的地位和作用。
它为测量和控制系统提供了稳定、可靠的参考信号，对于提高系统性能和精确性至关重要。
虽然存在一些局限性，但通过持续的研究和发展，基准源电路的性能将得到进一步提升，并在更广泛的应用领域展现出潜力。
1.2文章结构本文将按照以下结构展开对基准源电路的探讨和分析：1.2 文章结构1. 引言：首先简要介绍基准源电路的概念和作用，引出本文的目的和需要研究的重要性。
2. 正文：详细介绍基准源电路的定义和原理，包括其工作原理、基本组成部分以及如何实现稳定的基准电压或基准电流输出。