一种抗辐照带隙基准电压源的制作方法

本发明属于基准电压源，具体涉及一种抗辐照带隙基准电压源。

背景技术：

1、电压基准是集成电路的一个重要门类，也可以作为集成电路中的一个单元。对电压基准的基本要求是输出电压随集成电路制造工艺、温度、电源电压和驱动负载等因素的变化而变化的幅度尽可能小。首次提出的抗辐照带隙基准电路结构是能够满足以上要求的最常见的解决方案，目前业界对电压基准的研究也主要针对以上要求而展开。

2、另外，由于电压基准经常被用作大规模集成电路中的一个单元，因此采用兼容性好的cmos工艺设计的电压基准尤其被关注；普通抗辐照带隙基准输出电压只能是1.25v左右(约等于硅禁带能隙)，难以实现较高电压的输出；普通抗辐照带隙基准也不具备电流驱动能力，即不能输出电流并驱动阻性负载。

3、综上所述，亟需一种抗辐照带隙基准电压源，实现较高电压的输出并具备电流驱动能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种抗辐照带隙基准电压源，该电压源包括：前置一阶带隙基准电路、第一放大电路、核心一阶带隙基准电路、第二放大电路和睡眠保护电路；

2、所述前置一阶带隙基准电路包括偏置电压产生模块、前置启动模块和前置一阶带隙模块；偏置电压产生模块用于为前置一阶带隙模块提供偏置信号，前置启动模块用于为前置一阶带隙模块提供启动信号，前置一阶带隙模块用于输出内部偏置电压；

3、所述第一放大电路包括第一运放模块和第一采样反馈模块；前置一阶带隙模块输出端与第一运放模块的一输入端连接，第一运放模块的输出经第一采样反馈模块反馈至第一运放模块的另一输入端，第一运放模块输出内部电源电压；

4、所述核心一阶带隙基准电路包括依次连接的核心启动模块、核心一阶带隙模块和曲率补偿模块；第一运放模块输出的内部电源电压分别为核心启动模块、核心一阶带隙模块和曲率补偿模块供电，核心启动模块为核心一阶带隙模块提供启动信号，前置一阶带隙模块为核心一阶带隙模块提供内部偏置电压，核心一阶带隙模块为曲率补偿模块提供基准电压信号，曲率补偿模块用于输出经曲率补偿后的基准电压；

5、所述第二放大电路包括第二运放模块和第二采样反馈模块；曲率补偿模块的输出端连接第二运放模板的一输入端，第二运放模块的输出经第二采样反馈模块反馈至第二运放模块的另一输入端，第二运放模块输出带隙基准电压；

6、所述睡眠保护电路包括偏置电流产生模块和限流模块，第一运放模块为偏置电流产生模块提供内部电源电压，偏置电流产生模块为限流模块提供偏置电流信号，限流模块为第二运放模块提供限流信号。

7、优选的，偏置电压产生模块由7个三极管、3个nmos管、2个电阻和1个电容组成；三极管q0的基极与三极管q1的基极连接，三极管q0的发射极、三极管q1的发射极和三极管q2的发射极均连接电源，三极管q0的集电极分别与三极管q0的基极、三极管q2的基极和三极管q3的发射极连接；三极管q1的集电极与三极管q4的发射极连接；三极管q2的集电极与三极管q5的发射极连接；三极管q3的基极分别与三极管q4的基极、三极管q5的基极和nmos管n0的漏极连接，三极管q3的集电极分别连接三极管q3的基极和nmos管n1的漏极；三极管q4的集电极与nmos管n2的漏极连接；三极管q5的集电极连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端接地，三极管q5的集电极还连接前置一阶带隙模块输出偏置信号net394；nmos管n0的源极分别连接nmos管n0的栅极、nmos管n1的栅极、nmos管n2的栅极和电容c0的一端，电容c0的另一端接地；nmos管n1的源极连接电阻r0的一端，电阻r0的另一端接地；nmos管n2的源极连接三极管q6的发射极，三极管q6的基极和三极管q6的集电极接地。

8、优选的，前置启动模块由2个pmos管和1个电容组成；pmos管p0的栅极接地，pmos管p0的源极连接电源，pmos管p0的漏极分别连接pmos管p1的栅极和电容c1的正极，电容c1的负极接地；pmos管p1的源极和漏极连接前置一阶带隙模块。

9、优选的，前置一阶带隙模块由3个三极管、7个pmos管、6个nmos管、4个电容和3个电阻组成；pmos管p2～pmos管p8的源极、电容c2的正极、电容c3的正极、电容c4的正极和电容c5的正极均连接电源；pmos管p2的漏极分别连接nmos管n3的漏极、pmos管p6的栅极、pmos管p7的栅极、电容c4的负极、电容c5的负极、pmos管p8的栅极和前置启动模块中pmos管p1的源极；pmos管p2的栅极连接电容c2的负极、pmos管p5的漏极、pmos管p5的栅极和nmos管n6的漏极；nmos管n3的源极分别连接nmos管n6的源极和nmos管n8的漏极，nmos管n3的栅极分别连接nmos管n4的漏极、pmos管p3的漏极、pmos管p3的栅极、pmos管p4的栅极、电容c3的负极；nmos管n4的源极连接nmos管n5的源极和nmos管n7的漏极，nmos管n4的栅极分别连接pmos管p6的漏极和电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接三极管q7的集电极和三极管q7的基极；pmos管p4的漏极连接nmos管n5的漏极和nmos管n6的栅极；nmos管n7的栅极和nmos管n8的栅极均连接偏置电压产生模块中三极管q5的集电极；nmos管n5的栅极连接pmos管p7的漏极、三极管q8的集电极、三极管q8的基极和前置启动模块中pmos管p1的漏极；三极管q7的发射极和三极管q8的发射极均连接电阻r4的一端；pmos管p8的漏极连接电阻r3的一端，电阻r3的另一端连接三极管q9的发射极，三极管q9的发射极输出内部偏置电压net400，net400的电压值为1.2v；nmos管n7的源极、nmos管n8的源极、电阻r4的另一端、三极管q9的基极和三极管q9的集电极均接地。

10、优选的，核心启动模块由2个pmos管和1个电容组成；pmos管p9的源极连接第一运放模块输出的内部电源电压net418，pmos管p9的栅极接地，pmos管p9的漏极分别连接pmos管p16的栅极和电容c6的正极，电容c6的负极接地；pmos管p16的源极和pmos管p16的漏极连接核心一阶带隙模块。

11、优选的，核心一阶带隙模块由6个pmos管、6个nmos管、2个三极管和2个电阻组成；pmos管p10～pmos管p15的源极均连接第一运放模块输出的内部电源电压net418；pmos管p10的栅极分别连接pmos管p13的栅极、pmos管p13的漏极和nmos管n12的漏极；pmos管p10的漏极分别连接nmos管n9的漏极、pmos管p14的栅极、pmos管p15的栅极和核心启动模块中pmos管p15的源极；pmos管p11的漏极分别与pmos管p11的栅极、pmos管p12的栅极、nmos管n9的栅极和nmos管n10的漏极连接；pmos管p12的漏极分别与nmos管n11的漏极和nmos管n12的栅极连接；pmos管p14的漏极分别连接nmos管n10的栅极和电阻r5的一端，电阻r5的另一端连接三极管q10的集电极和三极管q10的基极；pmos管p15的漏极分别连接nmos管n11的栅极、三极管q11的集电极、三极管q11的基极和核心启动模块中pmos管p16的漏极；nmos管n9的源极分别与nmos管n12的源极和nmos管n14的漏极连接；nmos管n10的源极分别与nmos管n11的源极和nmos管n13的漏极连接；nmos管n13的栅极和nmos管n14的栅极均连接前置一阶带隙模块输出的内部偏置电压net400；nmos管n13的源极和nmos管n14的源极接地；三极管q10的发射极和三极管q11的发射极均连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端接地；pmos管p14的栅极输出基准电压net47。

12、优选的，曲率补偿模块由5个pmos管、3个nmos管、3个三极管和3个电阻组成；pmos管p17的栅极和pmos管p18的栅极均连接基准电压net47；pmos管p17～pmos管p21的源极、电阻r8的一端和电阻r7的一端均连接第一运放模块输出的内部电源电压net418；pmos管p17的漏极分别连接nmos管n15的栅极、nmos管n15的漏极和nmos管n16的栅极；电阻r8的另一端分别连接nmos管n16的漏极和pmos管p21的栅极；pmos管p18的漏极分别连接pmos管p20的漏极、pmos管p21的漏极和电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接三极管q12的集电极和三极管q12的基极；电阻r7的另一端分别连接pmos管p20的栅极和nmos管n17的漏极；pmos管p19的漏极分别连接pmos管p19的栅极、nmos管n17的栅极、三极管q13的基极和三极管q13的集电极；三极管q13的发射极与三极管q14的发射极连接；nmos管n15、nmos管n16的源极、三极管q12的发射极、nmos管n17的源极、三极管q14的基极和三极管q14集电极均接地；pmos管p20的漏极输出经曲率补偿后的基准电压net144。

13、优选的，偏置电流产生模块由6个pmos管、7个nmos管、3个三极管和2个电阻组成；pmos管p22～pmos管p27的源极均连接第一运放模块输出的内部电源电压net418；pmos管p22的栅极分别连接pmos管p23的栅极、pmos管p24的栅极和nmos管n18的漏极；pmos管p22的漏极分别连接pmos管p22的栅极和nmos管n20的漏极；nmos管n18的源极分别连接pmos管p23的漏极、nmos管n18的栅极、nmos管n21的漏极、nmos管n20的栅极和nmos管n21的栅极；nmos管n20的源极连接电阻r10的一端，电阻r10的另一端连接三极管q15的发射极；nmos管n21的源极连接三极管q16的发射极；pmos管p24的漏极分别连接pmos管p25的漏极、nmos管n24的漏极、nmos管n24的栅极和限流模块；pmos管p25的栅极连接pmos管p26的漏极和nmos管n22的漏极；pmos管p26的栅极分别连接pmos管p27的栅极、pmos管p26的漏极和nmos管n19的漏极；nmos管n19的源极分别连接nmos管n19的栅极、pmos管p27的漏极、nmos管n23的漏极、nmos管n22的栅极和nmos管n23的栅极；nmos管n22的源极连接电阻r11的一端，nmos管n23的源极连接三极管q17的发射极；三极管q15的集电极、三极管q15的基极、三极管q16的集电极、三极管q16的基极、nmos管n24的源极，电阻r11的另一端、三极管q17的集电极和三极管q17的基极均接地。

14、优选的，限流模块由1个pmos管、2个nmos管和1个电阻组成；pmos管p28的栅极连接前置一阶带隙模块中的pmos管p1的源极net37，pmos管p28的源极和电阻r12的一端均连接外部电源vdd，pmos管p28的漏极分别连接nmos管n25的栅极和睡眠模式信号sleepn；电阻r12的另一端连接nmos管n25的漏极和第二放大电路，nmos管n25的源极连接nmos管n26的漏极；nmos管n26的栅极连接偏置电流产生模块中nmos管n24的漏极，nmos管n26的源极接地。

15、优选的，第一运放模块和所述第二运放模块均为运算放大器，所述第一采样反馈模块包括一个功率ldmos管pa整列和两个反馈电阻；所述第二采样反馈模块包括一个功率ldpmos管pb整列和两个反馈电阻。

16、本发明的有益效果为：

17、(1)本发明采用两级运算放大电路和两个带隙基准电路的级联来实现3.3v带隙电压输出，实现了较高输出电压、30ma输出大电流驱动、低线性调整率和低负载调整率。

18、(2)本发明的前置一阶带隙模块采用两级差分运算放大器结构，通过该结构改进了运放增益，从而保证了前置一阶带隙输出电压的电源抑制比；同时，在三极管q7和三极管q8的发射极增加了电阻r4，由于电阻r4的增加，保证了采用高压器件工艺的运放输入级电压，从而保证了前置一阶带隙输出电压的精度。

19、(3)本发明的第一放大电路和第二放大电路基于高增益运放，采用比例采样和负反馈的方式来实现指定电压的输出和输出电流；由于是电压采样反馈，输出电流可以任意变化而不会改变输出电压值，这就实现了在输出稳定电压的同时输出稳定电流；同时，采用了p型功率ldmos管，保证了输出电流和输出电压的工作范围。

20、(4)本发明由于输出电压通过采样反馈放大，输出电压的温漂也会变大；于是，本发明在核心一阶带隙基准电路中引入了曲率补偿模块，来保证输出电压的温度性，实现低温度系数。

21、(5)本发明还设置有睡眠保护电路，利用睡眠模式信号进行限流，从而控制第二放大电路中运放的工作模式；通过电流分配，使得运放在一定电流范围内工作，超出该范围时运放进入睡眠模式，实现本装置的低功耗。