一種高精度低溫漂帶隙基準源設計

2．2 運算放大器設計
運放的性能指標對帶隙基準性能具有重要的作用，在帶隙基準中，運放的兩個(gè)輸入端所接電位是連接在三極管的基-射極電壓，其變化較小，所以對運放的共模輸入范圍較小。帶隙基準要求運放有較高的增益，一般的單級運放達不到高增益要求，而共源共柵結構的運放不適用于低壓系統，所以選擇基本兩級運放結構。由于三極管的基射極電壓VEB在0．8 V以下，所以選擇PMOS差分輸入結構。如圖3所示，這個(gè)兩級運放的增益為
Av=Av1Av2=gm2(ro2∥ro4)*gm6(ro5∥ro6) (7)
2．3 啟動(dòng)電路設計
在電路中，會(huì )有一個(gè)以上的穩定工作點(diǎn)，一個(gè)是正常工作點(diǎn)，一個(gè)是零工作點(diǎn)。在零工作點(diǎn)，晶體管截止，電流為零。啟動(dòng)電路是為防止電路上電后出現沒(méi)有電流的穩定狀態(tài)而設計的。啟動(dòng)電路設計應包含以下3點(diǎn)：(1)能快速產(chǎn)生偏置電流，使電路穩定在正常工作點(diǎn)。(2)在主體電路進(jìn)入穩定工作狀態(tài)后，啟動(dòng)電路能自動(dòng)關(guān)閉。(3)啟動(dòng)電路不能影響帶隙基準的性能。

圖4為設計中的啟動(dòng)電路，A點(diǎn)接運放的輸入點(diǎn)；C點(diǎn)接運放的輸出點(diǎn)。其工作原理如下：假設在上電以后，整個(gè)電路不工作，此時(shí)，M1管的柵極A點(diǎn)為低電平，從而M1開(kāi)啟，將M3的柵極上拉為高電平，M3導通，將C點(diǎn)電位拉為低電平，從而整個(gè)電路開(kāi)始正常工作，同時(shí)啟動(dòng)電路關(guān)閉。
2．4 高階溫度補償
圖2中的帶隙基準電路僅對VBE溫度系數的線(xiàn)性部分進(jìn)行了補償，由仿真結果看出，一階補償的帶隙基準溫度系數約為20×10-6／℃，要想獲得更低的溫度系數，就需要對此電路進(jìn)行高階補償。
圖5中，利用VBE線(xiàn)性化法對電路進(jìn)行高階補償。

在圖5中，加入了兩個(gè)電阻R4，流過(guò)電阻R4的電流與非線(xiàn)性電壓VNL成正比，可以通過(guò)抵消流過(guò)PMOS電流鏡總電流I1+I2中的非線(xiàn)性成分，得到與溫度二次不相關(guān)的電流，從而得到與溫度二次不相關(guān)的電壓。

3 仿真結果
對帶隙基準進(jìn)行直流仿真，基準輸出電壓隨電源電壓變化的特性曲線(xiàn)如圖6所示。圖6所示，電路在電源電壓高于1．5 V時(shí)正常工作，輸出穩定約在0．6 V。電源電壓從1．5～3．3 V的變化范圍內，基準輸出電壓的變化為0．42 mV，相對變化率為0．23 mV／V，說(shuō)明電路在較寬的電源電壓范圍內保持穩定的輸出。

圖1中低頻時(shí)的電源電壓抑制比為-58.79 dB，其特性曲線(xiàn)如圖7所示。