介紹一種運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路

精品文檔-下載后可編輯介紹一種運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路1引言

帶隙是半導(dǎo)體量子物理的名詞，帶是能量帶，隙是兩帶之間的電勢差。晶體管的PN結(jié)壓降與這有關(guān)。帶隙基準(zhǔn)源是利用三極管的Vbe的特性做出來的低溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)。

帶隙基準(zhǔn)源廣泛應(yīng)用于各類集成電路之中。本文介紹帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源的原理，并將其與傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源進(jìn)行比較，突出其在溫度特性上的優(yōu)點(diǎn)，并介紹一種運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路。

2傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源原理

帶隙基準(zhǔn)的原理是產(chǎn)生分別帶正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)的電壓，然后通過電路讓其相加得到溫度系數(shù)很小，甚至沒有溫度系數(shù)的電壓。傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。我們可以得到：

正溫度系數(shù)電壓由工作在不同電流密度的兩個雙極型晶體管產(chǎn)生，其結(jié)電壓VBE的差值△VBE就表現(xiàn)出正溫度系數(shù)。當(dāng)兩個晶體管的尺寸相同，但集電極的電流分別是nIS1IS2。那么可得：

其中IS1=IS2。該溫度系數(shù)與溫度或集電極電流特性無關(guān)。

上述帶正負(fù)溫度系數(shù)的電壓，通過如圖1所示方式相加，可得：

為了得到零溫度系數(shù)，可以通過調(diào)整R2，R3的大小得到。但是傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源在工作溫度變化幅度比較大時，輸出電壓的精度會變低。

3運(yùn)用曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源

3.1曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源原理

雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE并不隨溫度線性變化，而是由式（5）確定：

其中，VBG是硅的能隙電壓，它只與材料本身有關(guān)。從上式可以看出，VBE可分為常數(shù)項(xiàng)，與溫度一階相關(guān)項(xiàng)和高階相關(guān)項(xiàng)。在傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源中，正溫度系數(shù)只補(bǔ)償了一階相關(guān)項(xiàng)，得到的電壓與溫度高階相關(guān)。

因此，為了消除高階項(xiàng)對電壓的影響，電路中要引入帶正溫度系數(shù)的高階項(xiàng)電壓。式（5）中，當(dāng)流過二極管的電流為PTAT電流時，a=1?？傻茫?/p>

當(dāng)流過二極管的電流與溫度不相關(guān)時，a=0?？傻茫?/p>

將式（6），式（7）相減，即可得與溫度高階相關(guān)項(xiàng)成正比的電壓。

3.2帶隙基準(zhǔn)源電路結(jié)構(gòu)及其分析

圖2所示為新型帶隙基準(zhǔn)源電路的部分。相比傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路中采用運(yùn)算放大器的兩端產(chǎn)生等電位的方式，該電路使用的方式更加。該電路不僅能產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓源，而且能產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電流源。

圖2中，Q1，Q2，R1，R2，R3產(chǎn)生了帶隙基準(zhǔn)電路的一階溫度補(bǔ)償。Q1和Q2流過的電流相等。Q1的尺寸是Q2的4倍，那么流過R2的電流為：

由基爾霍夫定律，將式（9），式（10），式（13）相加后，可以得到流過該電流源的電流，并通過鏡像電流源產(chǎn)生與溫度不相關(guān)的電壓Vref，其輸出電壓表達(dá)式為：

式（14）中，I2可對輸出電壓進(jìn)行一階溫度補(bǔ)償，I3可對輸出電壓進(jìn)行二階溫度補(bǔ)償。

4仿真結(jié)果與分析

本文基于0.6μm的CMOS工藝模型，并用Spectre進(jìn)行了仿真。圖3給出了經(jīng)過曲率補(bǔ)償后的溫度掃描曲線。經(jīng)過二次曲率補(bǔ)償?shù)那€，在-50～+125℃的溫度范圍中，和值之差僅為1.98mV，平均溫度系數(shù)為4.47ppm／℃。

5結(jié)語

本文分析了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路和帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電路，在理論上闡述了傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)的不足以及帶曲率補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電路的先進(jìn)之處，提出了一種帶曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源電路