一種高精度高溫度穩定性恒流源的研究

　　基準源類型較多，常見的有齊納二極管、隱埋齊納二極管和帶隙基準源。3種基準源的優缺點如表1所示。根據恒流源電路的要求和特點，這里選擇使用隱埋齊納二極管組成電壓基準電路。為了進一步提高基準電壓高穩定性，采用如圖5所示的電路結構。

　　如圖5所示，流過隱埋齊納二極管的電流：

　　電阻R1，R2和R3是采用同一種工藝在同一個基片上制作的，具有相同的溫度系數等性能參數，R1／R2不隨溫度變化。因此，通過選擇合適的R1，R2和R3電阻值，就能使隱埋齊納二極管工作在穩定的狀態、輸出穩定的電壓。當輸出電壓VZ出現任何波動時，這種變化經過誤差放大器放大后控制調整復合管的電流，進而調整隱埋齊納二極管的電流，使VZ從新回到先前的穩定狀態。

　　2.3溫度補償及采樣電阻的設計

　　在先前的電路設計中，采取了提高溫度穩定性的一些措施。隨著使用環境的變化，對溫度穩定性的要求越來越高，為了進一步提高電路的溫度穩定性，目前普遍采用的是恒溫槽溫度控制和局部溫度控制。溫度控制需要附加的電路和器件，增加了電路的體積和功耗以及成本。啟動(恒溫)時間過長、襯底溫度不均勻使溫度系數的降低受到限制，襯底的工作溫度較高，影響了器件的壽命和可靠性。這使得需要尋求新的方式滿足上述要求。

　　由公式IO=Vrefg／RS可知，對恒流源輸出電流溫度系數影響最大韻是基準電壓的溫度系數和采樣電阻的溫度系數。對于電壓基準源，盡管采取了措施提高溫度穩定性，但對于對溫度系數要求較高的電路是不夠的。由于采用的是隱埋齊納二極管式的電壓基準，其出廠時溫度系數的大小和方向是使用者無法控制的，這足夠消耗掉在電路設計時提高溫度穩定性所做的努力。解決的方法是選用采樣電阻作為溫度補償執行器件、通過特殊的設計和制作、使采樣電阻具有和電源基準大小方向合適的溫度系數。彌補電壓基準的溫度系數對恒流源溫度系數的影響，同時亦可彌補其他元器件溫度系數的影響。

　　采樣電阻的設計：在采樣電阻的設計中采用使用先進工藝制作的薄膜電阻。薄膜電阻具有較小的方阻，在同一塊電路中設計2種正負溫度系數不同的電阻網絡，根據電壓基準溫度系數的特征，串接一部分正溫度系數電阻和一部分負溫度系數電阻的組成采樣電阻，使其整體呈現的溫度系數與電壓基準溫度系數互補，這樣就可以補償前級溫度系數的偏差，降低整個系統的溫度系數，調整一個合適的補償點，實現“0”溫度系數。這樣，在沒有增加系統負擔的情況下，實現了提高溫度穩定性的目標。試驗證明這個方法在實際生產中是便捷的、高效的。另外，根據采樣電阻的特殊設計，選用采樣電阻的不同連接方式，可以在一定的范圍內選擇恒流源輸出電流的大小。

　　3測試分析

　　經過在生產線上投片，對4個批次的電路跟蹤測試。在25～85℃的溫度范圍內，76％的電路溫度系數控制在5 PPM以內，在輸出恒流電流為40 mA時精度控制在±5‰。經過分析，認為影響溫度系數最主要的原因采樣電阻的設計，因為需要采樣電阻的溫度系數補償，這里希望得到的溫度系數是精確可控的，而不是越小越好。這需要電阻制作先進工藝的技術支撐。

　　4布線的藝術

　　在畫版圖時的布線也是一個不可忽視的環節。在設計中選用的一些發熱量大的器件，如大功率晶體管，讓這些器件遠離電壓基準和采樣電阻等敏感元件。由于采用采樣電阻的溫度系數來補償基準電源的溫度系數實現系統零溫度系數的。那么連接采樣電阻的導帶電阻就必須要盡量小。因為導帶的溫度系數與電阻的溫度系數相差幾個數量級，不利于溫度系數的控制。可以采用加寬、增厚的方式設計導帶，以減小導帶電阻。

　　5結語

　　本文設計一種溫度補償的方法實現了高精度低溫漂精密恒流源電路的設計，通過在生產線上的實際流片測試證明，這種方法是可行的，具有較好的使用價值和應用前景。