基于汽車(chē)環(huán)境的帶隙基準電壓源的設計
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
帶隙基準電壓源廣泛應用于A(yíng)／D轉換器、D／A轉換器、集成穩壓器以及傳感器接口電路。隨著(zhù)電路系統的大規?；蚐OC的發(fā)展，系統設計對帶隙基準電壓源的溫度、電壓、工藝穩定性、電路板面積要求較高。尤其是汽車(chē)電子行業(yè)對芯片的集成度，電源穩定性和安全性都提出較高要求。
在分析傳統基準電壓源和論證曲率補償技術(shù)的基礎上，提出了一種適用于汽車(chē)ABS輪速傳感器接口的帶隙基準電壓源電路設計方案?？紤]到汽車(chē)運行時(shí)溫差大、噪聲多、路況壞等環(huán)境因素，未采用結構復雜的運算放大器，而使用一階曲率補償技術(shù)，這樣在很大程度上提高了電壓源的穩定性和抗干擾能力，使用成熟的Bipolar工藝可有效降低器件的損壞率。該設計還引入啟動(dòng)電路，解決了傳統帶隙基準電壓源附加功耗較大等問(wèn)題。運用了Cadence Spectre工具對電路仿真，結果表明，該設計完全達到汽車(chē)電子要求，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
2 帶隙基準原理
帶隙基準輸出穩定的直流電壓，并且該直流電壓對溫度和電源電壓不敏感。集成電路通常采用溫度系數相反且與電源電壓無(wú)關(guān)的標準電壓，這兩個(gè)標準電壓通過(guò)相互補償實(shí)現元件間匹配和溫度跟蹤。
圖l給出典型二管帶隙基準源電路，該電路利用VN1、VN2管的有效發(fā)射結面積比和電阻R1、R2的阻值比來(lái)獲取接近零溫度系數的基準源。
電路中，兩個(gè)相同的晶體管VP1和VP2構成的PNP恒流源可作為VN1、VN2晶體管的集電極有源負載，晶體管VN2提供基極一發(fā)射極電壓(UBE)，電阻R1上產(chǎn)生電壓△UBE。由于IE1=IE2，則： 
式中：△UBE=Ut1n[(IEl／AE1)/(IE2/AE2)]=Utln(J1/J2)；J為電流密度，J=I／A；AEl和AE2為發(fā)射結有效面積。
由于IE1=IE2，J與溫度無(wú)關(guān)，所以：
理論上，只要合理設置R1、R2、AEl、AE2，其輸出則可達到理想溫度系數。由于受VPl、VP2集電極電壓的不穩定等因素影響，實(shí)際輸出與理論值存在偏差，因此，運算放大器被引入基準電源。
3 傳統帶運算放大器的帶隙基準電路
圖2為帶運算放大器的帶隙基準電路，引入運算放大器可解決電壓不穩定問(wèn)題。由于該電路連接具有負反饋，所以，VQ1、VQ2箝位于同一電位，電源抑制比提高，功耗降低。但其傳統的帶隙基準電路卻具有運算放大器固有失調等問(wèn)題，放大運算放大器的輸入失調電壓，導致輸出電壓產(chǎn)生誤差，嚴重影響帶隙基準電壓源精度；同時(shí)，其輸入失調電壓隨溫度變化，這樣可使輸出電壓的溫度系數增大。因此，系統設計不采用運算放大器也同樣達到性能更佳。
4 基于汽車(chē)環(huán)境的帶隙基準電壓源設計
4．1 采用一階曲率補償技術(shù)的帶隙基準電壓源設計
圖3是一種應用于汽車(chē)ABS輪速傳感器接口的帶隙基準電壓源電路，該電路設計采用雙極性工藝和一階曲率補償技術(shù)，考慮到汽車(chē)行駛環(huán)境溫度變化大，車(chē)身空間有限以及安全性能等問(wèn)題，要求電路具有寬泛的溫度范圍，電路面積小，電源抑制比高以及工作性能穩定等性能。
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