本實用新型涉及集成電路領域，特別涉及一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路。

背景技術：

運放電路的失調一般來說指其輸入失調電壓，其定義為使運算放大器電路輸出端為0時，所需加在兩輸入端之間的補償電壓。輸入失調電壓實際上反映了運算放大器內部電路的對稱性，對稱性越好，則輸入失調電壓越小。輸入失調電壓與集成電路的制造工藝，包括硅材料自身的缺陷、芯片版圖的布局、生產工藝的偏差、封裝打線的應力等方面存在一定的相關性。

運放電路失調的存在對于信號處理系統來說，電路的輸出總會疊加我們不期望的誤差，尤其對采用運放的帶隙基準結構來說，更是降低了基準輸出電壓的精度和穩定性。

有鑒于此，本發明人專門設計了一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，本案由此產生。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，該電路能自動判斷差分放大電路輸入失調電壓的大小，并在差分放大模塊中引入失調負載進行抵消，使差分放大電路的失調校正至最小，實現最優的差分放大電路放大性能，提高帶隙基準輸出電壓的精度和穩定性。解決因電路設計偏差或集成電路制造工藝等引起的失調電壓的問題。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，包括電源、雙管基準電壓源 模塊、差分放大模塊、時鐘信號模塊、失調控制模塊、失調校正模塊；

所述電源，與所述差分放大模塊、雙管基準電壓源模塊相連，用于供電；

所述雙管基準電壓源模塊，與所述差分放大模塊相連，用于輸出帶隙基準電壓；

所述差分放大模塊，與所述失調控制模塊、雙管基準電壓源模塊和外部輸入對信號端口相連，用于對信號進行運算放大，產生差分放大信號，并傳送至所述失調控制模塊和反饋至所述雙管基準電壓源模塊；

所述時鐘信號模塊，與所述失調控制模塊相連，用于對所述失調控制模塊提供時鐘控制信號；

所述失調控制模塊，與所述失調校正模塊和差分放大模塊相連，用于進行失調電壓的判斷處理，產生失調控制信號和失調電壓調整信號，并將失調控制信號反饋至所述差分放大模塊；將失調電壓調整信號傳送至所述失調校正模塊；

所述失調校正模塊，與所述差分放大模塊相連，用于對所述失調電壓調整信號進行有源負載調整，產生有源負載調整信號，并傳送至所述差分放大模塊，對運放的失調電壓進行消除。

優選地，所述差分放大模塊包括第三開關控制單元、偏置電壓單元、第一開關控制單元、第一級差分放大單元、第二開關控制單元、第二共源級放大單元；

所述第三開關控制單元，與所述雙管基準電壓源模塊、第一級差分放大單元和所述失調控制模塊相連，通過所述失調控制模塊控制所述帶隙基準電壓信號的通斷，并將所述帶隙基準電壓信號傳送至所述第一級差分放大單元；

所述偏置電壓單元，與所述電源和第一開關控制單元相連，用于提供失 調校正時的偏置電壓信號，并傳送至所述第一開關控制單元；

所述第一開關控制單元，與所述第一級差分放大單元和所述失調控制模塊相連，通過所述失調控制模塊控制所述偏置電壓信號的通斷，并將偏置電壓信號傳送至所述第一級差分放大單元；

所述第一級差分放大單元，與所述第二開關控制單元、所述失調校正單元和外部輸入對信號端口相連，用于對所述帶隙基準電壓信號、失調電壓信號和有源負載調整信號進行差分放大，產生第一級差分放大信號，并傳送至所述第二開關控制單元；

所述第二開關控制單元，與所述第二共源級放大單元和所述失調控制模塊相連，用于控制第一級差分放大信號的通斷，并將第一級差分放大信號傳送至所述第二共源級放大單元；

所述第二共源級放大單元，與所述失調控制單元相連，用于對所述第一級差分放大信號進行共源級放大，產生失調電壓的差分放大信號，并傳送至所述失調控制單元。

優選地，所述第二開關控制單元和所述第二共源級放大單元的連接處設有補償電容單元。

優選地，所述第一開關控制單元包括兩組控制開關。

優選地，所述第二開關控制單元包括兩組控制開關。

優選地，所述第三開關控制單元包括兩組控制開關。

優選地，所述第一級差分放大單元包括電流源、差分輸入對管、有源負載對管；

所述電流源，與所述電源和所述差分輸入對管相連，為所述差分對管提供尾電流；

所述差分輸入對管，分別與所述第一開關控制單元的兩組控制開關和所述有源負載對管相連，通過兩組控制開關控制差分輸入信號，并傳輸至所述有源負載對管；

所述有源負載對管，與所述失調校正模塊相連，通過對所述差分信號接入所述有源負載調整信號，對運放的失調電壓進行消除。

優選地，所述失調校正模塊包括六組失調校正有源負載單元；

所述六組失調校正有源負載單元一一并聯，與所述失調控制模塊和所述有源負載對管的相連，通過所述失調電壓調整信號調整所述六組失調校正有源負載單元的步進幅度，并傳輸至所述有源負載對管。

優選地，所述六組失調校正有源負載單元的調整步進幅度為1：2：4：8：16：32。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，該電路能自動判斷差分放大電路輸入失調電壓的大小，并在差分放大模塊中引入失調負載進行抵消，使差分放大電路的失調校正至最小，實現最優的差分放大電路放大性能，提高帶隙基準輸出電壓的精度和穩定性。解決因電路設計偏差或集成電路制造工藝等引起的失調電壓的問題。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統框圖；

圖2是本實用新型差分放大模塊的簡化示意圖；

圖3是本實用新型差分放大模塊的實施方式示意圖；

圖4是本實用新型失調校正單元的實施方式示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，包括電源、雙管基準電壓源模塊、差分放大模塊、時鐘信號模塊、失調控制模塊、失調校正模塊；

電源，與差分放大模塊、雙管基準電壓源模塊相連，用于供電；

雙管基準電壓源模塊，與差分放大模塊相連，用于輸出帶隙基準電壓；

差分放大模塊，與失調控制模塊、雙管基準電壓源模塊和外部輸入對信號端口(IN+、IN-)相連，用于對信號進行運算放大，產生差分放大信號，并傳送至失調控制模塊和反饋至雙管基準電壓源模塊；

時鐘信號模塊，與失調控制模塊相連，用于對失調控制模塊提供時鐘控制信號；

失調控制模塊，與失調校正模塊和差分放大模塊相連，用于進行失調電壓的判斷處理，產生失調控制信號(SW1和SW2)和失調電壓調整信號(OStrim1～OStrim6)，并將失調控制信號(SW1和SW2)反饋至差分放大模塊；將失調電壓調整信號(OStrim1～OStrim6)傳送至失調校正模塊；

失調校正模塊，與差分放大模塊相連，用于對失調電壓調整信號(OStrim1～OStrim6)進行有源負載調整，產生有源負載調整信號(OutA和OutB)，并傳送至差分放大模塊，對運放的失調電壓進行消除。

本實施例提供的一種采用失調自校正運放的帶隙基準電路，該電路能自動判斷差分放大電路輸入失調電壓的大小，并在差分放大模塊中引入失調負載進行抵消，使差分放大電路的失調校正至最小，實現最優的差分放大電路放大性能，提高帶隙基準輸出電壓的精度和穩定性。解決因電路設計偏差或集成電路制造工藝等引起的失調電壓的問題。

如圖2所示，差分放大模塊包括第三開關控制單元、偏置電壓單元、第 一開關控制單元、第一級差分放大單元、第二開關控制單元、第二共源級放大單元；

第三開關控制單元，與雙管基準電壓源模塊、第一級差分放大單元和失調控制模塊相連，通過失調控制模塊控制帶隙基準電壓信號的通斷，并將帶隙基準電壓信號傳送至第一級差分放大單元；

偏置電壓單元，與電源和第一開關控制單元相連，用于提供失調校正時的偏置電壓信號，并傳送至第一開關控制單元；

第一開關控制單元，與第一級差分放大單元和失調控制模塊相連，通過失調控制模塊控制偏置電壓信號的通斷，并將偏置電壓信號傳送至第一級差分放大單元；

第一級差分放大單元，與第二開關控制單元、失調校正單元和外部輸入對信號端口(IN+、IN-)相連，用于對帶隙基準電壓信號、失調電壓信號和有源負載調整信號進行差分放大，產生第一級差分放大信號，并傳送至第二開關控制單元；

第二開關控制單元，與第二共源級放大單元和失調控制模塊相連，用于控制第一級差分放大信號的通斷，并將第一級差分放大信號傳送至第二共源級放大單元；

第二共源級放大單元，與失調控制單元相連，用于對第一級差分放大信號進行共源級放大，產生失調電壓的差分放大信號，并傳送至失調控制單元。

第二開關控制單元和第二共源級放大單元的連接處設有補償電容單元。

第一開關控制單元包括兩組控制開關。

第二開關控制單元包括兩組控制開關。

如圖3所示，第一級差分放大單元包括電流源、差分輸入對管、有源負 載對管；

電流源，與電源和差分輸入對管相連，為差分對管提供尾電流；

差分輸入對管，分別與第一開關控制單元的兩組控制開關和有源負載對管相連，通過兩組控制開關控制差分輸入信號，并傳輸至有源負載對管；

有源負載對管，與失調校正模塊相連，通過對差分信號接入有源負載調整信號，進行失調電壓消除。

虛線框中構成差分放大模塊的主體結構，PMOS管MP21和MP22為運放的差分輸入對管，其管子尺寸相同，電流源I1為該差分對管提供尾電流，NMOS管MN21和MN22為差分輸入對管的有源負載對管，其管子尺寸也相同。上MP21、MP22、I1、MN21、MN22構成運放電路的第一級差分放大單元。NMOS管MN23和電流源I2構成運放電路的第二共源級放大電路，C0為米勒補償電容。理想情況下，該運放電路的失調電壓為零，但由于集成的電路設計偏差或半導體制造工藝的波動將引入一定的失調電壓，對精密運放或者直流小信號放大應用來說，需要在對失調電壓進行消除或者最小化。

電流源I0、電阻R0為運放的差分輸入對管提供失調校正時的偏置電壓，K1、K2、K3、K4為受失調控制單元輸出信號SW1和SW2控制的開關。在運放電路正常工作之前，開關K1斷開，開關K2、K3、K4導通，則差分輸入對管MP21和MP22的輸入為一個相同的直流電平，如果電路存在失調，則放大的失調電壓通過NMOS管MN23的漏端輸出到失調控制單元進行失調電壓的判斷處理。Clock為失調控制模塊的時鐘信號，OStrim1～OStrim6為失調控制單元對運放電路的失調電壓進行判斷后輸出的失調電壓調整信號，輸入至失調校正模塊進行有源負載調整。OutA和OutB為有源負載調整信號，連接至差分輸入對管的有源負載NMOS管MN21和MN22，進行失調電壓的抵消。

如圖4所示，失調校正模塊包括六組失調校正有源負載單元；

六組失調校正有源負載單元一一并聯，與失調控制模塊和有源負載對管的相連，通過失調電壓調整信號調整六組失調校正有源負載單元的步進幅度，并傳輸至有源負載對管。

六組失調校正有源負載單元的調整步進幅度為1：2：4：8：16：32。

失調校正模塊由反向器INV1～INV6，傳輸門TG1～TG6，接地開關NMOS管MN1～MN6，以及有源負載MN7～MN13構成。MN7～MN13的管子尺寸比例為1：2：4：8：16：32：32，以下以OStrim1信號分別為高和低電平介紹電路原理。

當OStrim1信號為高電平時，傳輸門TG1斷開，NMOS管MN1導通，MN12柵極為接近0的低電位，因此OutA端為MN13并聯接入有源負載NMOS管MN21，MN12未實現并聯接入MN22；當OStrim1信號為低電平時，傳輸門TG1導通，NMOS管MN1斷開，MN12柵極連接至OutA，因此OutA端為MN13并聯接入有源負載NMOS管MN21，MN12并聯接入MN22。

因此當OStrim1～OStrim6為低電平時有效，將失調校正單元電路中的負載MN7～MN12并聯接入差分輸入對管的有源負載NMOS管MN22，當OStrim1～OStrim6為高電平時無效，失調校正單元電路中的負載MN7～MN12與差分輸入對管的有源負載NMOS管MN22斷開，其調整步進幅度為63(按照尺寸比例1：2：4：8：16：32)；有源負載管MN13為一直保持并聯接入差分輸入對管的有源負載NMOS管MN21。

以下闡述運放電路失調消除的過程：

1.電路開始工作，開關K2、K3、K4導通，開關K1斷開，運放的兩輸入端為等值的直流電平，運放結構相當于比較電路，其失調電壓被比較輸出到失調控制單元進行判斷；

2.當輸入到失調控制單元的信號為高電平(或低電平)時，clock時鐘控制SW1和SW2保持原輸出狀態，而OStrim1～OStrim6信號則微調，使得MN7～MN12按照調整步進幅度為63(按照尺寸比例1：2：4：8：16：32)的1步進行增加或者減少調整；

3.當OStrim1～OStrim6信號的微調，使得輸入到失調控制單元的信號從高電平(或低電平)跳變至低電平(或高電平)時，clock時鐘控制SW1和SW2使得開關K2、K3、K4斷開，開關K1導通，將電容C0置于輸出管MN23的柵極和漏極，作為運放結構的米勒補償電容；

4.OStrim1～OStrim6信號維持前一次的邏輯，運放的輸入和電阻R0的電平斷開，可正常接收外部的的小信號，正常工作，失調調整結束。

NMOS管MN24、電阻R1、R2、R3，PNP三極管Q0和Q1(其發射極面積比為n：1)構成與溫度無關的電壓產生電路，為雙管基準電壓源結構，運放的差分對的輸入端分別接在R1的一端和Q1的發射極，基準的輸出電壓為：

Vref＝Vbeq0+Vt*[1+R2/R1]*[ln(n)-Vos]

其中Vref為基準輸出電壓，Vbeq0為PNP三極管Q0的基極發射極電壓，Vt為熱電壓，n為PNP三極管Q0和Q1的發射極面積之比,Vos為運放電路的失調電壓。

經過前述失調電壓的校正，因此Vos趨向為零，因此基準的輸出電壓為：

Vref＝Vbeq0+Vt*[1+R2/R1]*ln(n)

從而消除了運放電路的失調電壓給帶隙基準輸出電壓帶來的影響，提高了基準的精度和穩定性。

上述實施例和圖式并非限定本實用新型的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本實用 新型的專利范疇。