一种低噪声自偏置带隙基准电路

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种低噪声自偏置带隙基准电路。

背景技术：

1、带隙基准电路可以产生一种与电源、温度几乎无关的基准电压信号，是先进集成电路中重要的组成部分。为了满足现代集成电路设计的需求，设计一种低噪声、高电源抑制比和低功耗的带隙基准电路至关重要。特别是在射频电路及无线传感器芯片等应用场景下，要求带隙基准所提供的基准电压具有更高的电源噪声抑制能力。

2、当前，带隙基准电路的研究热点主要集中在高电源抑制比、低噪声、低功耗、高精度等方面。一项研究提出了一种高电源抑制比、低温漂的带隙基准电路，通过一种电压自调节技术结合曲率补偿实现，然而该电路的面积和功耗均存在限制，且无法应用于低噪声场景。另一项研究提出了一种无需电阻网络的超低功耗带隙基准电路，通差分对产生一个与温度正相关的电压，结合双极型晶体管的负温度系数进行温度补偿。该电路尽管具有低成本的特性，但电源抑制性能不理想且输出噪声较大。还有一项研究提出了一种采用14nmfinfet的低噪声高电源抑制比带隙基准电路，通过斩波技术和长沟道设计方法来实现高性能，但该电路静态电流较大，将产生额外的系统功耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决带隙基准电路功耗与噪声间权衡的问题，提供一种低噪声自偏置带隙基准电路，提出了一种适用于低功耗场景下的直流失调消除技术，减弱了传统带隙结构电阻网络对失调电压的影响；同时，提出了一种新型的基于翻转电压跟随器的电压自调节技术，在实现小面积的同时具备超高的电源抑制比和低噪声性能。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低噪声自偏置带隙基准电路，提出一种直流失调消除技术，减弱带隙结构电阻网络对失调电压的影响；提出一种基于翻转电压跟随器的电压自调节技术，实现高电源抑制比、低功耗和低噪声性能。

3、在本发明一实施例中，所述电路，包括依次连接的电压自调节模块、启动电路、自偏置电流产生电路、自偏置跨导运算放大器和主环路。

4、在本发明一实施例中，

5、电压自调节模块采用基于翻转电压跟随器的自偏结构，为整个低噪声自偏置带隙基准电路产生稳定的第二级电源，通过基于翻转电压跟随器的电压自调节技术消除来自电源的噪声，同时结合自偏置跨导运算放大器改善第二级电源到输出vref的噪声，实现高电源抑制比和低噪声性能；

6、启动电路用于保证整个低噪声自偏置带隙基准电路的正常启动；

7、自偏置电流产生电路用于提供偏置电流；

8、自偏置跨导运算放大器用于提供跨导，并提升运放增益；

9、主环路通过直流失调消除技术，减弱带隙结构电阻网络对失调电压的影响。

10、在本发明一实施例中，所述电压自调节模块由晶体管m1、晶体管m2、双极型晶体管q1、晶体管m5、电阻r1组成，m1的源极连接电源输入vin，m1的栅极与m5的漏极、q1的集电极连接，m1的漏极与m5的源极、m2的源极连接，并作为电压自调节模块的输出，m2的栅极连接主环路，m2的漏极与q1的发射极相连接并经r1连接gnd，m5的栅极连接启动电路、自偏置电流产生电路，q1的基极连接启动电路、自偏置电流产生电路、自偏置跨导运算放大器、主环路。

11、在本发明一实施例中，所述启动电路包括晶体管m3、晶体管m4、晶体管m6、晶体管m8、电阻r2、电阻r3；m3的源极连接gnd，m3的栅极经r3连接gnd，m3的栅极还与m6的漏极连接，m3的漏极与m4的源极连接，m4的漏极与r2的一端、m8的栅极连接，m4的栅极连接q1的基极，m6的源极与r2的另一端、m8的漏极项连接，并作为启动电路的输出，m6的栅极连接m5的栅极，m8的源极连接自偏置跨导运算放大器。

12、在本发明一实施例中，所述自偏置电流产生电路包括晶体管m7、晶体管m9、晶体管m10、晶体管m15、电阻r4、双极型晶体管q4；m7的栅极、m7的漏极与m5的栅极连接，m7的源极作为自偏置电流产生电路的输出，m7的漏极还与m9的源极连接自偏置跨导运算放大器，m9的栅极与m10的栅极、m10的漏极、m15的漏极连接，m9的栅极还连接自偏置跨导放大器，m9的漏极与m10的源极连接，m15的源极与q2的集电极连接，m15的栅极连接q1的基极，q2的发射极经r4连接gnd，q2的基极连接主环路。

13、在本发明一实施例中，所述自偏置跨导放大器由晶体管m11、晶体管m12、晶体管m13、晶体管m14、晶体管m16、晶体管m17、双极型晶体管q3、双极型晶体管q4构成；m11的源极与m13的漏极连接，m11的漏极与m16的漏极、m13的栅极、m14的栅极连接，m11的栅极与m12的栅极、m9的漏极、m10的源极连接，m12的源极与m14的漏极连接，m12的漏极连接m17的漏极，作为自偏置跨导放大器的输出，并连接主环路，m13的源极与m14的源极相连接，m16的源极与q3的集电极连接，m16的栅极、m17的栅极连接q1的基极，m17的源极连接q4的集电极，q3的发射极连接gnd，q3的基极连接主环路，q4的发发射极连接gnd，q4的基极连接主环路。

14、在本发明一实施例中，所述主环路由双极型晶体管q5、双极型晶体管q6、晶体管m18、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8组成；q5的基极与q2的基极、r5的一端、r6的一端、r8的一端连接，q5的集电极与r5的另一端、q3的基极、q6的基极连接，q5的发射极与q6的发射极经r7连接gnd，q6的集电极与r6的另一端、q4的基极连接，r8的另一端与m18的源极、q1的基极连接，并作为整个低噪声自偏置带隙基准电路的输出vref，m18的栅极与m2的栅极、m12的漏极连接，m18的漏极作为主环路的输入。

15、在本发明一实施例中，还包括电阻r9和电容c3构成rc补偿网络与m18的栅极连接。

16、在本发明一实施例中，m1的栅极还经电容c1连接gnd。

17、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明实现了一个超高电源抑制比、低噪声、低功耗的带隙基准电路，可以应用于对基准电压稳定性要求较高的场景下，成为一种有效的基准电路解决方案。

技术特征：

1.一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，提出一种直流失调消除技术，减弱带隙结构电阻网络对失调电压的影响；提出一种基于翻转电压跟随器的电压自调节技术，实现高电源抑制比、低功耗和低噪声性能。

2.根据权利要求1所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，包括依次连接的电压自调节模块、启动电路、自偏置电流产生电路、自偏置跨导运算放大器和主环路。

3.根据权利要求1所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，所述电压自调节模块由晶体管m1、晶体管m2、双极型晶体管q1、晶体管m5、电阻r1组成，m1的源极连接电源输入vin，m1的栅极与m5的漏极、q1的集电极连接，m1的漏极与m5的源极、m2的源极连接，并作为电压自调节模块的输出，m2的栅极连接主环路，m2的漏极与q1的发射极相连接并经r1连接gnd，m5的栅极连接启动电路、自偏置电流产生电路，q1的基极连接启动电路、自偏置电流产生电路、自偏置跨导运算放大器、主环路。

5.根据权利要求4所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，所述启动电路包括晶体管m3、晶体管m4、晶体管m6、晶体管m8、电阻r2、电阻r3；m3的源极连接gnd，m3的栅极经r3连接gnd，m3的栅极还与m6的漏极连接，m3的漏极与m4的源极连接，m4的漏极与r2的一端、m8的栅极连接，m4的栅极连接q1的基极，m6的源极与r2的另一端、m8的漏极项连接，并作为启动电路的输出，m6的栅极连接m5的栅极，m8的源极连接自偏置跨导运算放大器。

6.根据权利要求5所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，所述自偏置电流产生电路包括晶体管m7、晶体管m9、晶体管m10、晶体管m15、电阻r4、双极型晶体管q4；m7的栅极、m7的漏极与m5的栅极连接，m7的源极作为自偏置电流产生电路的输出，m7的漏极还与m9的源极连接自偏置跨导运算放大器，m9的栅极与m10的栅极、m10的漏极、m15的漏极连接，m9的栅极还连接自偏置跨导放大器，m9的漏极与m10的源极连接，m15的源极与q2的集电极连接，m15的栅极连接q1的基极，q2的发射极经r4连接gnd，q2的基极连接主环路。

7.根据权利要求6所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，所述自偏置跨导放大器由晶体管m11、晶体管m12、晶体管m13、晶体管m14、晶体管m16、晶体管m17、双极型晶体管q3、双极型晶体管q4构成；m11的源极与m13的漏极连接，m11的漏极与m16的漏极、m13的栅极、m14的栅极连接，m11的栅极与m12的栅极、m9的漏极、m10的源极连接，m12的源极与m14的漏极连接，m12的漏极连接m17的漏极，作为自偏置跨导放大器的输出，并连接主环路，m13的源极与m14的源极相连接，m16的源极与q3的集电极连接，m16的栅极、m17的栅极连接q1的基极，m17的源极连接q4的集电极，q3的发射极连接gnd，q3的基极连接主环路，q4的发发射极连接gnd，q4的基极连接主环路。

8.根据权利要求7所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，所述主环路由双极型晶体管q5、双极型晶体管q6、晶体管m18、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8组成；q5的基极与q2的基极、r5的一端、r6的一端、r8的一端连接，q5的集电极与r5的另一端、q3的基极、q6的基极连接，q5的发射极与q6的发射极经r7连接gnd，q6的集电极与r6的另一端、q4的基极连接，r8的另一端与m18的源极、q1的基极连接，并作为整个低噪声自偏置带隙基准电路的输出vref，m18的栅极与m2的栅极、m12的漏极连接，m18的漏极作为主环路的输入。

9.根据权利要求8所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，还包括电阻r9和电容c3构成rc补偿网络与m18的栅极连接。

10.根据权利要求4所述的一种低噪声自偏置带隙基准电路，其特征在于，m1的栅极还经电容c1连接gnd。

技术总结本发明涉及一种低噪声自偏置带隙基准电路，属于集成电路领域。提出了一种适用于低功耗场景下的直流失调消除技术，减弱了传统带隙结构电阻网络对失调电压的影响；同时，提出了一种新型的基于翻转电压跟随器的电压自调节技术，在实现小面积的同时具备超高的电源抑制比和低噪声性能。本发明实现了一个超高电源抑制比、低噪声、低功耗的带隙基准电路，可以应用于对基准电压稳定性要求较高的场景下，成为一种有效的基准电路解决方案。技术研发人员：罗志聪,谢晋,张佳伟受保护的技术使用者：福建农林大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17