做和一种高精度带隙基准电压源电路设计

一种高精度带隙基准电压源电路设计

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对于mp2与mp3和mn1与mn2，由于r3的存在，根据电路图可写出vgs1=vg产品主要用于食品包装、特种工程、设备轻量化等领域s2+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，对于一个双极型晶体管可以写出ic=isexp(vbe/vt)，其中在计算机上按键开始实验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，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。

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与绝对温度成正抗震性能好比。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0.5 m高压bi工艺，1.2 v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，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0.5 m高压bi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。

摘要：针对传统带隙电压基准源电路电源电压较高，基准电压输出范围有限等问题，通过增加启动电路，并采用结构的ptat电流产生电路，设计了一种高精度、低温漂、与电源无关的具有稳定电压输出特性的带隙电压源。基于0.5 m高压bi工艺对电路进行了仿真，结果表明，在-40%℃～85℃范围内，该带隙基准电路的为7ppm/℃，室温下的带隙基准电压为1.215 v。

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基准电压源广泛应用于a/d、d/a转换器、开关电源以及各种通信电路，它的电源噪声抑制能力与稳定的温度特性是影响a/d，d/a速度与精度的重要因素，甚至影响整个系统的性能，良好的基准电压源设计才能满足需要。带隙电压基准(bgr)技术日趋成熟，具有较高精度，较低功耗的bgr在电路中被广泛应用。

利用双极型晶体管的基区-发射区电压差△vbe在不同电流密度偏置下具有正，而其本身的基区-发射区电压vbe具有负，这两个电压线性叠加，得到较合适的近似零温度系数的基准电压源。该电路增加了启动电路和ptat电流产生电路，其中ptat电流产生电路是该基准源的核心，通过对电路的分析与研究，给出了基于0.5 m高压bi工艺下的的设计和仿真结果。

1 传统的带隙电压基准源

传统的带隙电压基准源原理图与电路结构如图1所示。

图1(a)中，以vbe(on)和vt为基准的偏置源会有相反的tcf，输出电流可能以vbe(on)和vt的某种复合电压作为基准源，如果复合方式得当，可使输出温度系数为零，该电路输出电压为：

vout=vbe(on)+mvt (1)

通过确定vbe(on)的温度系数，使输出电压与温度无关，即从而确定要求的m值。

对于图1(b)，已知两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，它们的基极-发射极电压的差值与绝对温度成正比。在图1中，如果mp1，mp2是同样的晶体管(is1=is2)，且偏置的集电极电流分别为ni0和i0，忽略它们的基极电流，那么

△vbe=vbe1-vbe2=vtlnio/is1-vtlnio/is2=vtlnn (3)

双极晶体管的偏置电流实际上是与绝对温度成正比(ptat)的，假设mp1与mp2为相同的管子，要使id1=id2，电路必须保证vx=vy。所以，id1=id2=(vtlnn)/r，结果，使id3产生同样的特性，并将ptat电压id3r2加到基极-发射极电压上，因此输出电压为