一种高精度低温漂带隙基准源设计

2．2 运算放大器设计
运放的性能指标对带隙基准性能具有重要的作用，在带隙基准中，运放的两个输入端所接电位是连接在三极管的基-射极电压，其变化较小，所以对运放的共模输入范围较小。带隙基准要求运放有较高的增益，一般的单级运放达不到高增益要求，而共源共栅结构的运放不适用于低压系统，所以选择基本两级运放结构。由于三极管的基射极电压VEB在0．8 V以下，所以选择PMOS差分输入结构。如图3所示，这个两级运放的增益为
Av=Av1Av2=gm2(ro2∥ro4)*gm6(ro5∥ro6) (7)
2．3 启动电路设计
在电路中，会有一个以上的稳定工作点，一个是正常工作点，一个是零工作点。在零工作点，晶体管截止，电流为零。启动电路是为防止电路上电后出现没有电流的稳定状态而设计的。启动电路设计应包含以下3点：(1)能快速产生偏置电流，使电路稳定在正常工作点。(2)在主体电路进入稳定工作状态后，启动电路能自动关闭。(3)启动电路不能影响带隙基准的性能。

图4为设计中的启动电路，A点接运放的输入点；C点接运放的输出点。其工作原理如下：假设在上电以后，整个电路不工作，此时，M1管的栅极A点为低电平，从而M1开启，将M3的栅极上拉为高电平，M3导通，将C点电位拉为低电平，从而整个电路开始正常工作，同时启动电路关闭。
2．4 高阶温度补偿
图2中的带隙基准电路仅对VBE温度系数的线性部分进行了补偿，由仿真结果看出，一阶补偿的带隙基准温度系数约为20×10-6／℃，要想获得更低的温度系数，就需要对此电路进行高阶补偿。
图5中，利用VBE线性化法对电路进行高阶补偿。

在图5中，加入了两个电阻R4，流过电阻R4的电流与非线性电压VNL成正比，可以通过抵消流过PMOS电流镜总电流I1+I2中的非线性成分，得到与温度二次不相关的电流，从而得到与温度二次不相关的电压。

3 仿真结果
对带隙基准进行直流仿真，基准输出电压随电源电压变化的特性曲线如图6所示。图6所示，电路在电源电压高于1．5 V时正常工作，输出稳定约在0．6 V。电源电压从1．5～3．3 V的变化范围内，基准输出电压的变化为0．42 mV，相对变化率为0．23 mV／V，说明电路在较宽的电源电压范围内保持稳定的输出。

图1中低频时的电源电压抑制比为-58.79 dB，其特性曲线如图7所示。