摘 要：为了满足IC设计中对基准电源低功耗、低温度系数、高电源抑制比的要求，设计一种带隙基准电压源电路。在对传统带隙基准结构分析的基础上，该电路重点改善基准源中运算放大器的性能，采用台积电0.35μm CMOS工艺库设计并绘制版图。仿真结果表明，温度在0～100℃之间变化时，该电路输出电压的温度系数小于10 ppm／℃，并且具有低功耗、高电源抑制比的特性。
关键词：CMOS带隙基准；低温度系数；电源抑制比
中图分类号：TN710
文献标识码：B
文章编号：1004—373X(2008)04—004—02
1 引 言
基准电压源广泛应用于电源调节器、A／D和D／A转换器、数据采集系统，以及各种测量设备，其精度和稳定性直接影响整个电路系统的精度和稳定性。基准源有很多种，其中，带隙基准源凭借其低温度系数、高电源抑制比、低基准电压，以及长期稳定等优点，得到了广泛的应用。近年来，模拟集成电路设计技术随着工艺技术一起得到了飞速的发展，电路系统结构进一步复杂化。这对模拟电路基本模块的电压、功耗、精度和速度等，提出了更高的要求。传统的带隙基准源电路结构逐渐难以适应设计需求。本文在分析传统带隙基准原理基础上，基于传统的带隙基准结构，重点改善基准源中运算放大器的性能，并对基准绝对数值进行补偿，设计了一种低温漂、高电源抑制比的基准电压源电路。该电路带有启动电路和电流补偿电路，采用差分放大器作为基准源的负反馈运放，放大器的偏置电流由放大器自身的输出产生，提高了电源抑制比，直接对基准输出做温度补偿和电流漂移补偿，静态电流约为10μA，温度在0～100℃之间变化时温度漂移不超过10 ppm／℃。
图2为传统带隙基准源的基本结构，这种结构对放大器精度和对称性要求较高，另外运放的失调电压会影响基准源的精度。失调电压与温度和电源电压有关，是基准源理论值与实际值之间误差的主要来源。失调电压的主要来源于晶体管之间不匹配、运放输入级MOS管预置电压不匹配、运放的有限增益等。针对上述问题，本文提出一种带隙结构，重点改善基准源中运算放大器的性能，其中为了减小运放失调电压对基准源的影响，采用差分运放、提高运放增益、加入反馈减小失调电压，从而提高电压基准源的精度，并对基准绝对数值进行补偿，设计一种低温漂、高电源抑制比的基准电压源电路。
3 电路设计及工作原理
如图3所示，带隙基准源电路带有启动电路和反馈电路，采用差分放大器作为基准源的负反馈运放，放大器的偏置电流由放大器自身的输出产生，直接对基准源输出做温度漂移补偿，提高了电源抑制比。
由式(6)可见，环境温度在0～100℃之间变化时，该电路输出电压温度系数小于10 ppm／℃。
5 结 语
本文根据当前集成电路设计中对基准电源的低压、低功耗、高电源抑制比的要求，利用不同电流密度下两晶体管基极一发射极电压差的正温度特性，结合基极一发射极电压本身的负温度特性，设计了一个带隙基准电压源。该电路结构比较新颖，巧妙地减小了运算放大器输入失调对基准电压的影响。经仿真分析表明，该电路静态功耗小，温度系数低，高电源抑制比，适应现代集成电路的发展趋势。
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