一种高精度带隙基准电压源电路设计

对于MP2与MP3和MN1与MN2，由于R3的存在，根据电路图可写出VGS1=VGS2+ID2R3，假设MN2的宽长比是MN1的K倍，则有：

从式(7)可以看出，Iout与电源电压无关。因此MP2、MP3、HSP3、HSP4、HSN1、HSN2、MN1、MN2、R3共同构成了与电源无关偏置电流的产生电路。

双极型晶体管的基极-发射极电压具有负温度系数，对于一个双极型晶体管可以写出IC=Isexp(VBE/VT)，其中VT=kT/q，设b为固定的比例系数，Eg≈1.12 eV为硅的带隙能量，则有

式(10)给出了在一定温度T下基极-发射极电压的温度系数，从中可以看出，它与VBE本身的大小有关。当VBE≈750mV，T=300 K时，

，可以看出VBE具有负的温度系数。

当两个双极型晶体管工作在不相等的电流密度下时，假设基极-发射极电压分别为VBE1与VBE2，则二者的差值△VBE=VBE1-VBE2与绝对温度成正比。Q1与Q2为采用BCD工艺的pnp三极管，对于Q1、Q2有：

3 电路仿真及结果分析

基于0.5μm高压BiCMOS工艺，1.2 V带隙基准电压源基准电压的仿真结果如3所示。可以看出.通过给VDD端加上升的电压，电压从0 V上升到18 V，带隙基准电压源输出端的电压Vref随VDD端电压上升而逐渐升高，当VDD端电压上升到15 V左右时，电路进入工作状态，Vref端输出基准电压，此时，随着VDD的继续增加，Vref不再变化，最后Vref端电压保持在1.215 V。

在做温度系数的仿真时，由于受到启动电路的影响，无法得到正确的温度系数曲线，在仿真时，通过将启动电路断路，使得基准电压随温度变化的曲线得以正常仿真。将带隙基准电压源电路在-40～85℃范围内进行仿真分析，得到带隙基准电压源的温度系数仿真结果如图4所示，可以看出，室温下带隙基准电压源的基准电压为1.215 0 V，85℃时带隙基准电压为1.216 05 V，可得该带隙基准电路的温度系数为7 ppm/℃。

4 结论

通过对传统的带隙电压基准源进行改进，增加启动电路，采用共源共栅结构的PTAT电流产生电路，设计了一种高精度、与电源和温度无关的具有稳定电压输出特性的带隙电压源。该设计电路在0.5μm高压BiCMOS工艺下实现，结果表明在-40～85℃范围内该带隙基准电路的温度系数为7 ppm/℃，室温下的带隙基准电压为1.215 V。