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1、電子科技2006年第5期（總第200期）-65×10/℃的帶隙基準電壓源設(shè)計1121宋志強，吳玉廣，李冬林，肖本（1.西安電子科技大學(xué)微電子所，陜西西安710071；2.北京大學(xué)微電子所，北京100871）摘要在傳統(tǒng)一級溫度補償帶隙基準電路的基礎(chǔ)上，對電路進行了改進，實現(xiàn)二級溫度補償，該電路可以-6在-40～115℃范圍內(nèi)，達到平均低于5×10/℃的溫度系數(shù)。整個電路采用Chartered0.35μmCMOS工藝實現(xiàn)，使用Hspice仿真器進行仿真。仿真結(jié)果證明此基準電壓源具有很低的溫度系數(shù)。關(guān)鍵詞帶隙基準源；CMOS；溫度系數(shù)；PTAT；溫度補償中圖分類號TN
2、710-6DesignofanA5×10/℃BandgapVoltageReference1121SongZhiqiang,WuYuguang,LiDonglin,XiaoBen(1MicroelectronicsInstitute,XidianUniversity,Xi′an710071,China;2.MicroelectronicsInstituteofUniversity,Beijing100871,China)AbstractThedesignofa2ndordertemperaturecompensationbandgapreferencecircu
3、itbasedontheconventional1stordertemperaturecompensationbandgapreferencecircuitisdescribed.Thiscircuithasanaverage-6temperaturecoefficientoflessthan5×10perdegreeatthetemperaturefrom-40℃to115℃.ThebandgapreferenceisimplementedinastandardChartereddual-gate0.35μmCMOSprocess.Simulationresu
4、ltsusingHspicetoolsshowthatthecircuithasalowtemperaturecoefficient.KeywordsBandgapreference;CMOS;temperaturecoefficient;PTAT;temperaturecompensation1引言度對輸出電壓的影響。2.1負溫度系數(shù)電壓的產(chǎn)生在高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器雙極晶體管的基極-發(fā)射極電壓，或者更一般的（DAC）中，一般需要低溫度系數(shù)的電壓基準源。說，pn結(jié)二極管的正向電壓具有負溫度系數(shù)。從文現(xiàn)在應(yīng)用最多的是帶隙基準源，傳統(tǒng)采用一級溫度獻
5、[2]中可以得到V與溫度的關(guān)系式：BE補償?shù)膸痘鶞试丛趯﹄妷夯鶞试匆蟾撸ū热鏣T溫度系數(shù)小于10×10-6/℃）的時候，不能滿足要求。VTVVVBE()=??BG(BGBE0)??(ηα)lnVT（1）TT00筆者提出的二級溫度補償?shù)膸痘鶞孰娐房梢缘玫皆谑剑?）中η是跟三極管的結(jié)構(gòu)有關(guān)的量，它的值很低溫度系數(shù)的電壓源。大約為4。α是跟流過三極管的電流有關(guān)的一個量，當(dāng)PTAT電流流過三極管時α為1；當(dāng)與溫度不相關(guān)2帶隙基準的基本原理的電流流過三極管時α為0。T0為參考電壓，VBG為如果將兩個具有相反溫度系數(shù)的量以適當(dāng)?shù)臋?quán)硅的帶隙電壓。由式（1）可以看出V是
6、一個具有BE重相加，那么結(jié)果就會顯示出很小的溫度系數(shù)，甚負溫度系數(shù)的電壓。至是零溫度系數(shù)。帶隙基準就是將一個負溫度系數(shù)2.2正溫度系數(shù)電壓的產(chǎn)生的電壓和一個正溫度系數(shù)的電壓加權(quán)相加來抵消溫兩個三極管工作在不同的電流密度下，它們的基極-發(fā)射極電壓的差值與絕對溫度成正比。如圖1所收稿日期：2005-09-15示，如果兩個同樣的三極管（IS1=IS2），偏置的集電極作者簡介：宋志強（1979—），男，碩士研究生。研究方向：模擬集成電路設(shè)計。電流分別為nI0和I0并忽略它們的基極電流，那么：41-65×10/℃的帶隙基準電壓源設(shè)計Δ=?=VVVBEBE1BE2基準電壓的
7、大小，而不影響輸出電壓的溫度特性和nI0IoKnln（2）電源電壓抑制特性。VVln?=lnTTTIIqSS124二級溫度補償帶隙基準源VDD在對基準電壓的溫度特性要求高的情況下，圖nI0I02所示的電路并不能滿足要求。進一步分析式（1），得到要想減小基準電壓的溫度系數(shù)，必須消除式（1）VBE中第3項的影響。QVDDQ12M1M2M9M3M4M10圖1正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生電路R6R7ΔVBE表現(xiàn)出正溫度系數(shù)，而且此溫度系數(shù)是與I1+I2溫度無關(guān)的常量。GNDM5M6GNDVBG13一級溫度補償帶隙基準源GNDM7M8GND將正、負溫度系數(shù)的電壓加權(quán)相加，就可以得X
8、Q2到一個近似與溫度無關(guān)
