带隙基准电压源

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1、带隙基准电压源带隙基准电压源123意义意义原理原理电路仿真电路仿真意义意义 由于电压基准源的上述特性，其在集成电路的设计中扮演极其重要的作用。尤其各种DAC，ADC，传感器芯片，检测芯片，电源管理类等芯片中广泛使用！电压基准源通常要求具有较高的精度和稳定度： 不随电源电压变化 不随温度变化 不随半导体工艺变化 而目前产业界用得最多的电压基准源就是带隙基准电压源，几乎在绝大多数的芯片都能看到带隙基准电压源的身影！在模拟集成电路设计的三大教材中也专门对此进行了讲解说明：原理原理 半导体工艺中具有正温度系数和负温度系数的两种电压： 负温度系数的PN结电压VBE 正温系数的热电压VT 为了产生零温度系

2、数电压基准信号可将负温度系数的PN结电压VBE和正温度系数的热电压VT进行组合即可实现，这样就会得到零温度系数（ZTC：Zero Temperature Coefficient）带隙电压基准源。 那么我们首先来回顾一下上面提到的两种随温度变化的电压： PN结结电压 热电压原理原理 将与绝对温度呈正比例变化的电压VT 和与绝对温度呈反比例变化的电压VBE进行线性组合从而产生带隙电压基准源。 因此令 11a 2(ln )REFBETVVa Vn 利用上面的正、负温度系数电压，我们可以设计出一个令人满意的零温度系数带隙基准电压源：原理原理室温附近： /1.5/BEVTmV K ln0.087ln (

3、/)BEVknn mV KTq2ln17.2an 17.21.25REFBETVVV要获得零温度系数的电压基准源，那么：零温度系数带隙基准电压源：传统基准源电路传统基准源电路由此可设计电路，假设取n=7，令R1=26k，计算得R2=260k2 .17ln12nRRPPM=由图可知此基准源电路Q2与Q1电压差为：（1）运放处于深度负反馈状态，使得运放两输入节点电压相等，故：由于M1和M2镜像作用，I1=I2，将（1）（2）代入得：（2）（3）将（3）与 联立可得： 2(ln )REFBETVVa Vn实验电路仿真实验电路仿真 已知既定温漂系数PPM为17.2，且n=7，因为R1为26k，由公式

4、可推出R2，取整后暂时R2设置为260k. 实验所用如下仿真电路图，图中使用NMOS管、PMOS管、三极管PNP管构成如原理图中的电路，其中MOS管宽长比为10/2um、三极管设定面积倍数关系为7倍。图中MOS管均处于饱和状态。nRRPPMln12实验电路仿真实验电路仿真电阻R2初始值为260k时，输出电压随温度变化而变化的曲线。实验电路仿真实验电路仿真 为探究输出曲线的最佳温度特性，设电阻R2为变量R，并给其一个变化范围，并缩小范围找出同等温度范围内，相对最好的温度特性的输出曲线。右图为R设置为200K到300K之间的输出曲线。由图可知R2为260k时，曲线较为平缓，温度特性较好. 实验电路

5、仿真实验电路仿真 将将R2细分范围细分范围在在260k附近得到右附近得到右图所示曲线。图所示曲线。 如图所示，如图所示，R2为为255k时，曲线较时，曲线较为平缓，因而确定为平缓，因而确定为为255k时，输出曲时，输出曲线温度特性最为理线温度特性最为理想。想。 计算计算PPM结果结果 电阻为电阻为255k条件下进行仿真实验，计算条件下进行仿真实验，计算PPM结果。由计算器计算可得结果。由计算器计算可得PPM为为17.1455，与前面，与前面既定的既定的17.2相比较，误差为：相比较，误差为：误差很小，说明实验效果很好。误差很小，说明实验效果很好。 %32. 0%1002 .171455.17-2 .17误差 廖方云廖方云4031431807