一種高精度低溫漂帶隙基準源設計

2．2 運算放大器設計
運放的性能指標對帶隙基準性能具有重要的作用，在帶隙基準中，運放的兩個輸入端所接電位是連接在三極管的基-射極電壓，其變化較小，所以對運放的共模輸入范圍較小。帶隙基準要求運放有較高的增益，一般的單級運放達不到高增益要求，而共源共柵結構的運放不適用于低壓系統，所以選擇基本兩級運放結構。由于三極管的基射極電壓VEB在0．8 V以下，所以選擇PMOS差分輸入結構。如圖3所示，這個兩級運放的增益為
Av=Av1Av2=gm2(ro2∥ro4)*gm6(ro5∥ro6) (7)
2．3 啟動電路設計
在電路中，會有一個以上的穩定工作點，一個是正常工作點，一個是零工作點。在零工作點，晶體管截止，電流為零。啟動電路是為防止電路上電后出現沒有電流的穩定狀態而設計的。啟動電路設計應包含以下3點：(1)能快速產生偏置電流，使電路穩定在正常工作點。(2)在主體電路進入穩定工作狀態后，啟動電路能自動關閉。(3)啟動電路不能影響帶隙基準的性能。

圖4為設計中的啟動電路，A點接運放的輸入點；C點接運放的輸出點。其工作原理如下：假設在上電以后，整個電路不工作，此時，M1管的柵極A點為低電平，從而M1開啟，將M3的柵極上拉為高電平，M3導通，將C點電位拉為低電平，從而整個電路開始正常工作，同時啟動電路關閉。
2．4 高階溫度補償
圖2中的帶隙基準電路僅對VBE溫度系數的線性部分進行了補償，由仿真結果看出，一階補償的帶隙基準溫度系數約為20×10-6／℃，要想獲得更低的溫度系數，就需要對此電路進行高階補償。
圖5中，利用VBE線性化法對電路進行高階補償。

在圖5中，加入了兩個電阻R4，流過電阻R4的電流與非線性電壓VNL成正比，可以通過抵消流過PMOS電流鏡總電流I1+I2中的非線性成分，得到與溫度二次不相關的電流，從而得到與溫度二次不相關的電壓。

3 仿真結果
對帶隙基準進行直流仿真，基準輸出電壓隨電源電壓變化的特性曲線如圖6所示。圖6所示，電路在電源電壓高于1．5 V時正常工作，輸出穩定約在0．6 V。電源電壓從1．5～3．3 V的變化范圍內，基準輸出電壓的變化為0．42 mV，相對變化率為0．23 mV／V，說明電路在較寬的電源電壓范圍內保持穩定的輸出。

圖1中低頻時的電源電壓抑制比為-58.79 dB，其特性曲線如圖7所示。