一種采用二次曲率補償的帶隙基準源
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帶隙基準源廣泛應用于各類集成電路|0">集成電路之中。在現代集成電路日益發展的今天，帶隙基準源扮演了極其重要的角色。在A／D，D／A轉換器以及一些模擬和數字電路中，帶隙基準源起著至關重要的作用，它的溫度特性和抗噪聲能力直接決定了整體電路的精度和性能。因此，提高帶隙基準源的精度是十分重要的。
本文介紹帶曲率補償的帶隙基準源的原理，并將其與傳統帶隙基準源進行比較，突出其在溫度特性上的優點，并介紹一種運用曲率補償的帶隙基準源電路。
2 傳統帶隙基準源原理
帶隙基準的原理是產生分別帶正溫度系數和負溫度系數的電壓，然后通過電路讓其相加得到溫度系數很小，甚至沒有溫度系數的電壓。
傳統帶隙基準的電路結構如圖1所示。
負溫度系數電壓由雙極性晶體管的基極-發射極電壓產生。我們可以得到：
上述帶正負溫度系數的電壓，通過如圖1所示方式相加，可得：
3 運用曲率補償的帶隙基準源
3.1 曲率補償的帶隙基準源原理
雙極型晶體管的基極-發射極電壓VBE并不隨溫度線性變化，而是由式(5)確定：
因此，為了消除高階項對電壓的影響，電路中要引入帶正溫度系數的高階項電壓。式(5)中，當流過二極管的電流為PTAT電流時，a=1。可得：
圖2所示為新型帶隙基準源電路的核心部分。相比傳統帶隙基準電路中采用運算放大器的兩端產生等電位的方式，該電路使用的方式更加精確。傳統帶隙基準電路使用運算放大器的兩端作為電路的等電位點，但運算放大器存在輸入失調電壓。輸入失調電壓會影響基準電壓的精度。新型帶隙基準電路采用自舉電流源強制Q1和Q2的電流相等，消除了運算放大器失調電壓對輸出電壓的影響，并且電路具有較高的電源電壓抑制比。同時，該電路不僅能產生帶隙基準電壓源，而且能產生帶隙基準電流源。
4 仿真結果與分析
本文基于0.6μm的CMOS工藝模型，并用Spectre進行了仿真。圖3給出了經過曲率補償后的溫度掃描曲線。經過二次曲率補償的曲線，在-50～+125℃的溫度范圍中，最大和最小值之差僅為1.98 mV，平均溫度系數為4.47 ppm／℃。
5 結 語
本文分析了傳統帶隙基準電路和帶曲率補償的帶隙基準電路，在理論上闡述了傳統帶隙基準的不足以及帶曲率補償帶隙基準電路的先進之處，提出了一種帶曲率補償的帶隙基準源電路，經過仿真，在-50～+125℃的溫度范圍中，新型帶隙基準電路的平均溫度系數為4.47 ppm／℃。該結果顯示帶曲率補償的帶隙基準電路具有更好的溫度特性。
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