一種低溫漂輸出可調(diào)帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2017-02-06
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本文在基于傳統(tǒng)帶隙電壓基準(zhǔn)源原理的基礎(chǔ)上，采用電流反饋、一級(jí)溫度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，同時(shí)在電路中加入啟動(dòng)電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)高精度、輸出可調(diào)的帶隙基準(zhǔn)電壓源，并在SMIC 0.25μmCMOS工藝條件下對(duì)電路進(jìn)行了模擬和仿真。
1 帶隙基準(zhǔn)電壓源工作原理與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)
帶隙基準(zhǔn)電壓源的原理就是利用PN結(jié)電壓的負(fù)溫度系數(shù)和不同電流密度下兩個(gè)PN結(jié)電壓差的正溫度系數(shù)電壓VT相互補(bǔ)償，使輸出電壓達(dá)到很低的溫度漂移。
1.1 帶隙基準(zhǔn)電壓源工作原理
圖1為溫度對(duì)二極管伏安特性的影響。
可以看出，溫度升高，保持二極管正向電流不變時(shí)所需正向偏壓減小，溫度系數(shù)為：-1.9 mV／℃～2.5 mV／℃。
PN結(jié)電流與外加電壓的關(guān)系為：
圖2(a)為帶隙電壓基準(zhǔn)源的原理示意圖。
結(jié)壓降VBE在室溫下溫度系數(shù)約-2.0 mV／K，而熱電壓VT(VT=k0T／q)，在室溫下的溫度系數(shù)為0.085 mV／K，將VT乘以常數(shù)k并與KBE相加，可得到輸出電壓Vref為：
將式(1)對(duì)溫度T進(jìn)行一次微分，并在室溫下等于0(輸出電壓在室溫下的理論溫度系數(shù)等于0)，解得常數(shù)k，即
1.2 傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)
圖2(b)是傳統(tǒng)的CMOS帶隙電壓基準(zhǔn)源電路，圖中運(yùn)算放大器的作用是使電路處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，從而讓運(yùn)算放大器兩輸入端電壓相等。
在電路穩(wěn)定輸出時(shí)：
由式(3)、式(4)得：
式中：k為常數(shù)，
由于實(shí)際的運(yùn)算放大器存在一定的失調(diào)電壓VOS，所以實(shí)際輸出電壓為：
由式(7)可得，運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓會(huì)導(dǎo)致比較大的基準(zhǔn)輸出電壓誤差。運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓VOS包括自身的失調(diào)、電源電壓變化引起的失調(diào)、工藝不匹配引起的失調(diào)及溫度引起的失調(diào)，其中自身的失調(diào)占主要作用，所以在大多數(shù)帶隙基準(zhǔn)源電路中，一般采用兩級(jí)高增益運(yùn)算放大器作為反饋運(yùn)放，以降低失調(diào)電壓。傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)雖然能輸出比較精確的電壓，但是所得到的精度有限，而且其基準(zhǔn)電壓范圍有限(1.25 V左右)，要想克服上述問(wèn)題和限制，必須對(duì)傳統(tǒng)基準(zhǔn)源的結(jié)構(gòu)有所改進(jìn)。
評(píng)論