基于溫度補償的無(wú)運放低壓帶隙基準源設計

摘要：設計了一種帶溫度補償的無(wú)運放低壓帶隙基準電路。提出了同時(shí)產(chǎn)生帶隙基準電壓源和基準電流源的技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)帶隙基準電路中的帶隙負載結構以及基準核心電路，基準電壓和基準電流可以分別進(jìn)行溫度補償。在0．5μmCMOS N阱工藝條件下，采用spectre進(jìn)行模擬驗證。仿真結果表明，在3．3 V條件下，在-20～100℃范圍內，帶隙基準電壓源和基準電流源的溫度系數分別為35．6 ppm／℃和37．8 ppm／ ℃，直流時(shí)的電源抑制比為-68 dB，基準源電路的供電電壓范圍為2．2～4．5V。
關(guān)鍵詞：基準電壓；基準電流；帶隙負載結構；溫度系數；電源抑制比

帶隙基準源是集成電路中一個(gè)重要的單元模塊。目前，基準電壓源被廣泛應用在高精度比較器、A／D和D／A轉換器、動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器等集成電路中。隨著(zhù)大規模集成電路的發(fā)展，具有低溫漂的基準電壓源與基準電流源越來(lái)越多地被要求設計在同一個(gè)集成電路中。傳統的帶隙基準源電路一般以產(chǎn)生低溫漂的基準電壓為設計目的，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電流。
本文結合低壓技術(shù)，利用薄膜電阻的正溫度系數對基準電流進(jìn)行補償，通過(guò)改進(jìn)帶隙基準電路中的帶隙負載結構對基準電壓進(jìn)行補償，基準電壓和基準電流可以同時(shí)分別進(jìn)行溫度補償。提出一種同時(shí)產(chǎn)生穩定低壓基準電壓源和基準電流源的低功耗電路。此基準電路結構簡(jiǎn)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 傳統低電壓帶隙基準源
圖1為傳統低壓帶隙基準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，具有負溫度系數，當溫度為300 K時(shí)，其溫度系數一般為-1．5 mV／K。而熱電壓VT具有正的溫度系數，其溫度系數為+0．087 mV／K。由于運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(wú)關(guān)的基準電壓Vref，但是由于R2與R3的溫度系數TCR不為零，則不能得到與溫度不相關(guān)的電流Iref。