一種高精度帶隙基準電壓源電路設計

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

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

雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓具有負溫度系數，對于一個(gè)雙極型晶體管可以寫(xiě)出IC=Isexp(VBE/VT)，其中VT=kT/q，設b為固定的比例系數，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，從中可以看出，它與VBE本身的大小有關(guān)。當VBE≈750mV，T=300 K時(shí)，

，可以看出VBE具有負的溫度系數。

當兩個(gè)雙極型晶體管工作在不相等的電流密度下時(shí)，假設基極-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 電路仿真及結果分析

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

在做溫度系數的仿真時(shí)，由于受到啟動(dòng)電路的影響，無(wú)法得到正確的溫度系數曲線(xiàn)，在仿真時(shí)，通過(guò)將啟動(dòng)電路斷路，使得基準電壓隨溫度變化的曲線(xiàn)得以正常仿真。將帶隙基準電壓源電路在-40～85℃范圍內進(jìn)行仿真分析，得到帶隙基準電壓源的溫度系數仿真結果如圖4所示，可以看出，室溫下帶隙基準電壓源的基準電壓為1.215 0 V，85℃時(shí)帶隙基準電壓為1.216 05 V，可得該帶隙基準電路的溫度系數為7 ppm/℃。

4 結論

通過(guò)對傳統的帶隙電壓基準源進(jìn)行改進(jìn)，增加啟動(dòng)電路，采用共源共柵結構的PTAT電流產(chǎn)生電路，設計了一種高精度、與電源和溫度無(wú)關(guān)的具有穩定電壓輸出特性的帶隙電壓源。該設計電路在0.5μm高壓BiCMOS工藝下實(shí)現，結果表明在-40～85℃范圍內該帶隙基準電路的溫度系數為7 ppm/℃，室溫下的帶隙基準電壓為1.215 V。