一種高精度帶隙基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)

對于MP2與MP3和MN1與MN2，由于R3的存在，根據(jù)電路圖可寫出VGS1=VGS2+ID2R3，假設(shè)MN2的寬長比是MN1的K倍，則有：

從式(7)可以看出，Iout與電源電壓無關(guān)。因此MP2、MP3、HSP3、HSP4、HSN1、HSN2、MN1、MN2、R3共同構(gòu)成了與電源無關(guān)偏置電流的產(chǎn)生電路。

雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，對于一個雙極型晶體管可以寫出IC=Isexp(VBE/VT)，其中VT=kT/q，設(shè)b為固定的比例系數(shù)，Eg≈1.12 eV為硅的帶隙能量，則有

式(10)給出了在一定溫度T下基極-發(fā)射極電壓的溫度系數(shù)，從中可以看出，它與VBE本身的大小有關(guān)。當(dāng)VBE≈750mV，T=300 K時，

，可以看出VBE具有負(fù)的溫度系數(shù)。

當(dāng)兩個雙極型晶體管工作在不相等的電流密度下時，假設(shè)基極-發(fā)射極電壓分別為VBE1與VBE2，則二者的差值△VBE=VBE1-VBE2與絕對溫度成正比。Q1與Q2為采用BCD工藝的pnp三極管，對于Q1、Q2有：

3 電路仿真及結(jié)果分析

基于0.5μm高壓BiCMOS工藝，1.2 V帶隙基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓的仿真結(jié)果如3所示。可以看出.通過給VDD端加上升的電壓，電壓從0 V上升到18 V，帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出端的電壓Vref隨VDD端電壓上升而逐漸升高，當(dāng)VDD端電壓上升到15 V左右時，電路進(jìn)入工作狀態(tài)，Vref端輸出基準(zhǔn)電壓，此時，隨著VDD的繼續(xù)增加，Vref不再變化，最后Vref端電壓保持在1.215 V。

在做溫度系數(shù)的仿真時，由于受到啟動電路的影響，無法得到正確的溫度系數(shù)曲線，在仿真時，通過將啟動電路斷路，使得基準(zhǔn)電壓隨溫度變化的曲線得以正常仿真。將帶隙基準(zhǔn)電壓源電路在-40～85℃范圍內(nèi)進(jìn)行仿真分析，得到帶隙基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)仿真結(jié)果如圖4所示，可以看出，室溫下帶隙基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓為1.215 0 V，85℃時帶隙基準(zhǔn)電壓為1.216 05 V，可得該帶隙基準(zhǔn)電路的溫度系數(shù)為7 ppm/℃。

4 結(jié)論

通過對傳統(tǒng)的帶隙電壓基準(zhǔn)源進(jìn)行改進(jìn)，增加啟動電路，采用共源共柵結(jié)構(gòu)的PTAT電流產(chǎn)生電路，設(shè)計(jì)了一種高精度、與電源和溫度無關(guān)的具有穩(wěn)定電壓輸出特性的帶隙電壓源。該設(shè)計(jì)電路在0.5μm高壓BiCMOS工藝下實(shí)現(xiàn)，結(jié)果表明在-40～85℃范圍內(nèi)該帶隙基準(zhǔn)電路的溫度系數(shù)為7 ppm/℃，室溫下的帶隙基準(zhǔn)電壓為1.215 V。