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一种低温漂的CMOS带隙基准电压源的研究

作者:时间:2011-11-11来源:网络收藏

摘要:为了满足深亚微米级集成电路对漂、低功耗电源的需求,提出了一种在0.25μm N阱工艺下,采用一阶温度补偿技术设计的带隙源电路。电路核心部分由双极晶体管构成,实现了VBE和VT的线性叠加,获得近似零温度系数的输出。T—SPICE软件仿真表明,在3.3 V电源电压下,当温度在-20~70℃之间变化时,该电路输出电压的温度系数为10x10-6/℃,输出电压的标准偏差为1 mV,室温时电路的功耗为5.283 1 mW,属于漂、低功耗的电压源。
关键词:带隙参考电压源;温度补偿;电源抑制比

近年来,由于集成电路的飞速发展,电压源在模拟集成电路、数模混合电路以及系统集成芯片(SOC)中都有着非常广泛的应用,对高新模拟电子技术的应用和发展也起着至关重要的作用,其精度和稳定性会直接影响整个系统的性能。因此,设计一个好的基准源具有十分现实的意义。

1 带隙基准电路的基本原理
带隙基准电压源的目的是产生一个对温度变化保持恒定的量,由于双极型晶体管的基极电压VBE,其温度系数在室温(300 K)时大约为-2.2 mV/K,而2个具有不同电流密度的双极型晶体管的基极-发射极电压差VT,在室温时的温度系数为+0.086 mV/K,由于VT与VBE的电压温度系数相反,将其乘以合适的系数后,再与前者进行加权,从而在一定范围内抵消VBE的温度漂移特性,得到近似零温度漂移的输出电压VREF,这是带隙电压源的基本设计思想。
1.1 带隙基准电压源核心电路
本文提出的电路核心结构如图1所示,在电路中双极晶体管构成了电路的核心,实现了VBE与VT的线性叠加,获得近似为零温度系数的输出电压。图1中双极型晶体管Q1和Q2的发射区面积相同,Q3和Q4的发射区面积相同,考虑设计需求,取Q1和Q2的发射区面积为Q3和Q4的发射区面积的8倍。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/178425.htm

a.JPG


假设双极晶体管基极电流为零,运放的增益足够大,则a点和b点的电压相等,即:
b.JPG
c.JPG
在实际电路中,经过计算可知当取R3/R1=2.3066时,可以得到室温下的近似零温度系数的输出参考电压。


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