基于溫度補(bǔ)償?shù)臒o運(yùn)放低壓帶隙基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種帶溫度補(bǔ)償的無運(yùn)放低壓帶隙基準(zhǔn)電路。提出了同時(shí)產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源的技術(shù)，通過改進(jìn)帶隙基準(zhǔn)電路中的帶隙負(fù)載結(jié)構(gòu)以及基準(zhǔn)核心電路，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電流可以分別進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在0．5μmCMOS N阱工藝條件下，采用spectre進(jìn)行模擬驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，在3．3 V條件下，在-20～100℃范圍內(nèi)，帶隙基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源的溫度系數(shù)分別為35．6 ppm／℃和37．8 ppm／ ℃，直流時(shí)的電源抑制比為-68 dB，基準(zhǔn)源電路的供電電壓范圍為2．2～4．5V。
關(guān)鍵詞：基準(zhǔn)電壓；基準(zhǔn)電流；帶隙負(fù)載結(jié)構(gòu)；溫度系數(shù)；電源抑制比

帶隙基準(zhǔn)源是集成電路中一個(gè)重要的單元模塊。目前，基準(zhǔn)電壓源被廣泛應(yīng)用在高精度比較器、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等集成電路中。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，具有低溫漂的基準(zhǔn)電壓源與基準(zhǔn)電流源越來越多地被要求設(shè)計(jì)在同一個(gè)集成電路中。傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源電路一般以產(chǎn)生低溫漂的基準(zhǔn)電壓為設(shè)計(jì)目的，由于薄膜電阻阻值受溫度影響，并不能得到溫度特性較好的基準(zhǔn)電流。
本文結(jié)合低壓技術(shù)，利用薄膜電阻的正溫度系數(shù)對(duì)基準(zhǔn)電流進(jìn)行補(bǔ)償，通過改進(jìn)帶隙基準(zhǔn)電路中的帶隙負(fù)載結(jié)構(gòu)對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電流可以同時(shí)分別進(jìn)行溫度補(bǔ)償。提出一種同時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定低壓基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源的低功耗電路。此基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)簡單、占用芯片面積小、功耗低，可以廣泛虛用于各種集成電路中。

1 傳統(tǒng)低電壓帶隙基準(zhǔn)源
圖1為傳統(tǒng)低壓帶隙基準(zhǔn)電壓源的原理示意圖。雙極性晶體管的基極一發(fā)射極電壓Vbf，具有負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度為300 K時(shí)，其溫度系數(shù)一般為-1．5 mV／K。而熱電壓VT具有正的溫度系數(shù)，其溫度系數(shù)為+0．087 mV／K。由于運(yùn)算放大器組成反饋環(huán)路，X點(diǎn)與Y點(diǎn)電壓相同，M點(diǎn)與N點(diǎn)電壓相同，電阻R1的壓降就等于Q1與Q2的電壓差△Vbe，輸出電流Iref與輸出電壓Vref可以分別表示為：


選取合適的電阻比例(R2+R3)／R1，可以得到與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓Vref，但是由于R2與R3的溫度系數(shù)TCR不為零，則不能得到與溫度不相關(guān)的電流Iref。