模擬集成電路中廣泛包含著電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)源,。提供參考電平的基準(zhǔn)源,，其性能直接影響整體電路的性能穩(wěn)定。因此,，設(shè)計寬輸入范圍,、高精度、低溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)源具有重要意義[1],。

    本文設(shè)計了一種高精度基準(zhǔn)電壓源,，電路首先使用Wilder結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高電壓轉(zhuǎn)化為低電壓,，其后為啟動電路，再接一個帶有高階曲率補償的帶隙基準(zhǔn)源,，實現(xiàn)曲率補償,，使基準(zhǔn)具有低的溫度系數(shù)。
1 帶隙基準(zhǔn)電路
    本文提出的帶隙基準(zhǔn)電路如圖1～圖3所示,。電路由高壓轉(zhuǎn)低壓模塊,、啟動電路模塊、帶曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)核心模塊3部分組成,。
1.1 高壓轉(zhuǎn)低壓模塊
    如圖1所示,，本模塊所有MOS管均采用耐高壓器件，并提出Widlar電路結(jié)構(gòu),，可以將10 V～25 V高電壓轉(zhuǎn)換為4.0 V低電壓,，供給后續(xù)模塊使用[2-3]。

    (1)啟動階段分析
    VIN電壓逐漸升高,，將會開啟MNDB1與MNDB2管,，使得電流流入電阻R3與R4從而開啟三極管NPN1與NPN2；NPN1的集電極電壓升高,，從而開啟NPN9管,，并控制MNDB3管，使SVIN電壓正確建立,。
    (2)工作原理
    電路啟動后,，NPN9為Widlor結(jié)構(gòu)電路提供負(fù)反饋，使環(huán)路穩(wěn)定,；電容C1A提供補償,，增加環(huán)路穩(wěn)定性。如圖1所示,，負(fù)反饋回路使NPN1的集電極和NPN2的集電極電流相等,。對于一個雙極型器件,，可以得到：
    
1.2 啟動電路模塊
    啟動電路的作用在于使帶隙基準(zhǔn)電路脫離簡并點，使基準(zhǔn)電路正常上電工作[4],。如圖2所示,，芯片上電時，MP1,、MP2 和MP3管開啟從而使MP4與MP5支路開啟,，為基準(zhǔn)提供電流偏置。此時基準(zhǔn)開始啟動,，啟動階段MP10與MP11管形成差分對,，比較LB4與基準(zhǔn)輸出電壓VOUT的大小。在基準(zhǔn)建立時LB4上的VBE電壓大于基準(zhǔn)輸出電壓VOUT,，因此MN3管開啟,。將LB1電位拉低，如圖3所示,，開啟MP12,、MP13和MP14管。當(dāng)基準(zhǔn)正常工作后,，VOUT電壓比LB4電壓高,，關(guān)斷MN3，基準(zhǔn)啟動完成,。

1.3 帶曲率補償?shù)膸痘鶞?zhǔn)核心模塊
    傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)只是對VBE的一次項進(jìn)行補償,。這種補償精度較低，一般的傳統(tǒng)的帶隙電壓基準(zhǔn)的溫度系數(shù)約為30 ppm/℃,，要是帶隙電壓基準(zhǔn)的精度繼續(xù)提高,，就必須對VBE的高階進(jìn)行補償[5]。
    本文設(shè)計了一種補償簡單的帶隙基準(zhǔn)電路,。該電路特點是器件少,，占用面積小，只需在傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路的基礎(chǔ)上,，利用PN結(jié)二極管的伏安特性,，通過添加一個串聯(lián)的電阻R13和二極管NPN8，再與電阻R14并聯(lián)實現(xiàn),。在補償電路中,，晶體二極管兩端電壓被偏置在導(dǎo)通電壓0.7 V左右即可實現(xiàn)高階曲率補償。
    由晶體二極管的溫度特性可知,，二極管兩端正向?qū)妷弘S著溫度的升高而略有下降,，即晶體二極管正向?qū)妷壕哂胸?fù)溫度系數(shù)[6-7]。隨著溫度升高,，二極管兩端電壓相應(yīng)降低,，電阻R13兩端電壓略有上升,。正是利用了晶體二極管的這種特性，當(dāng)補償電流注入PTAT電流后,，抵消了電流中所含的高階非線性項,，實現(xiàn)了高階曲率補償。
    如圖3所示,，由于晶體二極管正向?qū)妷壕哂胸?fù)溫度特性,，隨著溫度的提高，晶體二極管NPN8導(dǎo)通電壓下降,，通過二極管NPN8電流發(fā)生變化,，與PTPA電流相疊加，達(dá)到高階曲率補償?shù)哪康摹?br/>     LB1與電路啟動模塊相連,，啟動完成后,，與啟動模塊斷開。圖4所示為運放OP1模塊,，電路采用電容CC1和調(diào)零電阻RC1串聯(lián)補償?shù)姆椒?，可提高電路穩(wěn)定性。

    下面分析圖3中電阻R13,、R14及NPN型二極管對電路的補償作用。與高壓轉(zhuǎn)低壓模塊分析方法類似,，電阻R9=R10,，VLB5=VLB6，由式(3)可以得到電阻R11上的電壓

  

    本文主要設(shè)計了一種輸入電壓范圍寬,、高階曲率補償結(jié)構(gòu)簡單,、溫度特性較好的帶隙基準(zhǔn)源。在0 ℃～120 ℃溫度范圍內(nèi),，其基準(zhǔn)溫度系數(shù)為0.501 ppm/℃,；在輸入10 V～25 V時，輸出電壓擺幅為31.49 mV,。從而實現(xiàn)了輸入電壓范圍較寬,、精度較高的設(shè)計要求，適用于對精度要求較高的A/D,、D/A轉(zhuǎn)換器等元件中[8],。
參考文獻(xiàn)
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