基于汽車環(huán)境的帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)

式中：k為玻耳茲曼常數(shù)，k=1.380x10-23J/K；T為溫度；q為電子電量；q=1.602x10-19C。

式(7)的前兩項(xiàng)為與絕對溫度(PTAT)成正比的電流，設(shè)IPTAT，傳統(tǒng)基準(zhǔn)只用該電流補(bǔ)償U(kuò)BE，而改進(jìn)后的電路的VN3、R3可生成非線性部分電流INL，即式(7)的最后一項(xiàng)，可有效補(bǔ)償U(kuò)BE的非線性部分，以達(dá)到較好的溫度特性，所以：

式中，n為常數(shù)，與晶體管的制作工藝有關(guān)，n=1．5～2．2。
電路上電后，VN9和VN8構(gòu)成的BE結(jié)二極管可使NN10的基極箝位于1．4V。VNl0導(dǎo)通，電流由VCC通過VN10灌入VN1、VN2和VN3的基極，這三個(gè)晶體管導(dǎo)通，從而降低啟動管功耗。基準(zhǔn)電源電壓工作后，提高VN10的發(fā)射極電平，VN10關(guān)斷。
4．2 布局設(shè)計(jì)
由于汽車環(huán)境的特殊性，要求電路板布局嚴(yán)格，整體電路采用上海貝嶺2μm 40 V Bipolar工藝。雙極性工藝要比MOS工藝穩(wěn)定得多，通常被擊穿和損壞率較低，抗輻射和干擾能力較強(qiáng)。在布局時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意噪聲干擾和調(diào)試準(zhǔn)確性，帶隙基準(zhǔn)電壓源應(yīng)緊鄰電源和地線，并且地線應(yīng)與其他模塊地線分開單獨(dú)設(shè)置，這樣可避免兩條地線產(chǎn)生的紋波疊加。3個(gè)小尺寸測試壓焊塊的兩側(cè)連接多個(gè)電阻，可通過燒斷其間的金屬絲來測試實(shí)際器件的輸出值，這就為器件的準(zhǔn)確調(diào)試提供了方便。

5 仿真結(jié)果
使用Cadence spectre分別仿真電路的溫度掃描和電源變化分析，由于參數(shù)計(jì)算結(jié)果與仿真模型存在誤差，仿真時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)，保證正常輸出基準(zhǔn)電壓。如圖4所示，當(dāng)溫度從一50℃~150℃變化時(shí)，UREF從1．260 3 V變化至1．265 2 V，最大變化量為4．9 mV，溫度系數(shù)為24 ppm/℃，而普通的一階補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/帶隙基準(zhǔn)">帶隙基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)大于30 ppm/℃，因此，該改進(jìn)后的電路性能有較大的改善。
27℃時(shí)，當(dāng)電源電壓(U)在5~16 V變化，UREF變化范圍為1．264 60～1．264 97 V，變量為0．37 mV，UREF的電源抑制特性曲線如圖5所示。

6 結(jié)語
在分析傳統(tǒng)帶運(yùn)算放大器的帶隙基準(zhǔn)電壓源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用曲率補(bǔ)償技術(shù)設(shè)計(jì)一種適用于車載電子的帶隙基準(zhǔn)電壓源，該電路采用雙極性工藝，結(jié)構(gòu)簡單新穎，集成度高且可移植性強(qiáng)。通過Cadence Spectre仿真結(jié)果顯示，該電路可在寬泛
的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出，隨溫度變化其變化率只有24 ppm/℃，電源抑制性好．抗干擾能力強(qiáng)，完全符合汽車電子標(biāo)準(zhǔn)。