一種采用二次曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源
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帶隙基準(zhǔn)源廣泛應(yīng)用于各類集成電路|0">集成電路之中。在現(xiàn)代集成電路日益發(fā)展的今天，帶隙基準(zhǔn)源扮演了極其重要的角色。在A／D，D／A轉(zhuǎn)換器以及一些模擬和數(shù)字電路中，帶隙基準(zhǔn)源起著至關(guān)重要的作用，它的溫度特性和抗噪聲能力直接決定了整體電路的精度和性能。因此，提高帶隙基準(zhǔn)源的精度是十分重要的。
本文介紹帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源的原理，并將其與傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源進(jìn)行比較，突出其在溫度特性上的優(yōu)點(diǎn)，并介紹一種運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路。
2 傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源原理
帶隙基準(zhǔn)的原理是產(chǎn)生分別帶正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)的電壓，然后通過電路讓其相加得到溫度系數(shù)很小，甚至沒有溫度系數(shù)的電壓。
傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
負(fù)溫度系數(shù)電壓由雙極性晶體管的基極-發(fā)射極電壓產(chǎn)生。我們可以得到：
上述帶正負(fù)溫度系數(shù)的電壓，通過如圖1所示方式相加，可得：
3 運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源
3.1 曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源原理
雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE并不隨溫度線性變化，而是由式(5)確定：
因此，為了消除高階項(xiàng)對電壓的影響，電路中要引入帶正溫度系數(shù)的高階項(xiàng)電壓。式(5)中，當(dāng)流過二極管的電流為PTAT電流時(shí)，a=1?？傻茫?
圖2所示為新型帶隙基準(zhǔn)源電路的核心部分。相比傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路中采用運(yùn)算放大器的兩端產(chǎn)生等電位的方式，該電路使用的方式更加精確。傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路使用運(yùn)算放大器的兩端作為電路的等電位點(diǎn)，但運(yùn)算放大器存在輸入失調(diào)電壓。輸入失調(diào)電壓會影響基準(zhǔn)電壓的精度。新型帶隙基準(zhǔn)電路采用自舉電流源強(qiáng)制Q1和Q2的電流相等，消除了運(yùn)算放大器失調(diào)電壓對輸出電壓的影響，并且電路具有較高的電源電壓抑制比。同時(shí)，該電路不僅能產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓源，而且能產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電流源。
4 仿真結(jié)果與分析
本文基于0.6μm的CMOS工藝模型，并用Spectre進(jìn)行了仿真。圖3給出了經(jīng)過曲率補(bǔ)償后的溫度掃描曲線。經(jīng)過二次曲率補(bǔ)償?shù)那€，在-50～+125℃的溫度范圍中，最大和最小值之差僅為1.98 mV，平均溫度系數(shù)為4.47 ppm／℃。
5 結(jié) 語
本文分析了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路和帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電路，在理論上闡述了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)的不足以及帶曲率補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電路的先進(jìn)之處，提出了一種帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路，經(jīng)過仿真，在-50～+125℃的溫度范圍中，新型帶隙基準(zhǔn)電路的平均溫度系數(shù)為4.47 ppm／℃。該結(jié)果顯示帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電路具有更好的溫度特性。
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