基于汽車環(huán)境的帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
帶隙基準(zhǔn)電壓源廣泛應(yīng)用于A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、集成穩(wěn)壓器以及傳感器接口電路。隨著電路系統(tǒng)的大規(guī)?；蚐OC的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)帶隙基準(zhǔn)電壓源的溫度、電壓、工藝穩(wěn)定性、電路板面積要求較高。尤其是汽車電子行業(yè)對(duì)芯片的集成度，電源穩(wěn)定性和安全性都提出較高要求。
在分析傳統(tǒng)基準(zhǔn)電壓源和論證曲率補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于汽車ABS輪速傳感器接口的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)方案?？紤]到汽車運(yùn)行時(shí)溫差大、噪聲多、路況壞等環(huán)境因素，未采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的運(yùn)算放大器，而使用一階曲率補(bǔ)償技術(shù)，這樣在很大程度上提高了電壓源的穩(wěn)定性和抗干擾能力，使用成熟的Bipolar工藝可有效降低器件的損壞率。該設(shè)計(jì)還引入啟動(dòng)電路，解決了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓源附加功耗較大等問題。運(yùn)用了Cadence Spectre工具對(duì)電路仿真，結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)完全達(dá)到汽車電子要求，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
2 帶隙基準(zhǔn)原理
帶隙基準(zhǔn)輸出穩(wěn)定的直流電壓，并且該直流電壓對(duì)溫度和電源電壓不敏感。集成電路通常采用溫度系數(shù)相反且與電源電壓無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電壓，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓通過相互補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)元件間匹配和溫度跟蹤。
圖l給出典型二管帶隙基準(zhǔn)源電路，該電路利用VN1、VN2管的有效發(fā)射結(jié)面積比和電阻R1、R2的阻值比來獲取接近零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源。
電路中，兩個(gè)相同的晶體管VP1和VP2構(gòu)成的PNP恒流源可作為VN1、VN2晶體管的集電極有源負(fù)載，晶體管VN2提供基極一發(fā)射極電壓(UBE)，電阻R1上產(chǎn)生電壓△UBE。由于IE1=IE2，則： 
式中：△UBE=Ut1n[(IEl／AE1)/(IE2/AE2)]=Utln(J1/J2)；J為電流密度，J=I／A；AEl和AE2為發(fā)射結(jié)有效面積。
由于IE1=IE2，J與溫度無關(guān)，所以：
理論上，只要合理設(shè)置R1、R2、AEl、AE2，其輸出則可達(dá)到理想溫度系數(shù)。由于受VPl、VP2集電極電壓的不穩(wěn)定等因素影響，實(shí)際輸出與理論值存在偏差，因此，運(yùn)算放大器被引入基準(zhǔn)電源。
3 傳統(tǒng)帶運(yùn)算放大器的帶隙基準(zhǔn)電路
圖2為帶運(yùn)算放大器的帶隙基準(zhǔn)電路，引入運(yùn)算放大器可解決電壓不穩(wěn)定問題。由于該電路連接具有負(fù)反饋，所以，VQ1、VQ2箝位于同一電位，電源抑制比提高，功耗降低。但其傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路卻具有運(yùn)算放大器固有失調(diào)等問題，放大運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓，導(dǎo)致輸出電壓產(chǎn)生誤差，嚴(yán)重影響帶隙基準(zhǔn)電壓源精度；同時(shí)，其輸入失調(diào)電壓隨溫度變化，這樣可使輸出電壓的溫度系數(shù)增大。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不采用運(yùn)算放大器也同樣達(dá)到性能更佳。
4 基于汽車環(huán)境的帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)
4．1 采用一階曲率補(bǔ)償技術(shù)的帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)
圖3是一種應(yīng)用于汽車ABS輪速傳感器接口的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，該電路設(shè)計(jì)采用雙極性工藝和一階曲率補(bǔ)償技術(shù)，考慮到汽車行駛環(huán)境溫度變化大，車身空間有限以及安全性能等問題，要求電路具有寬泛的溫度范圍，電路面積小，電源抑制比高以及工作性能穩(wěn)定等性能。
評(píng)論