一種低溫漂輸出可調帶隙基準電壓源的設計
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本文在基于傳統帶隙電壓基準源原理的基礎上，采用電流反饋、一級溫度補償等技術，同時在電路中加入啟動電路，設計了一個高精度、輸出可調的帶隙基準電壓源，并在SMIC 0.25μmCMOS工藝條件下對電路進行了模擬和仿真。
1 帶隙基準電壓源工作原理與傳統結構
帶隙基準電壓源的原理就是利用PN結電壓的負溫度系數和不同電流密度下兩個PN結電壓差的正溫度系數電壓VT相互補償，使輸出電壓達到很低的溫度漂移。
1.1 帶隙基準電壓源工作原理
圖1為溫度對二極管伏安特性的影響。
可以看出，溫度升高，保持二極管正向電流不變時所需正向偏壓減小，溫度系數為：-1.9 mV／℃～2.5 mV／℃。
PN結電流與外加電壓的關系為：
圖2(a)為帶隙電壓基準源的原理示意圖。
結壓降VBE在室溫下溫度系數約-2.0 mV／K，而熱電壓VT(VT=k0T／q)，在室溫下的溫度系數為0.085 mV／K，將VT乘以常數k并與KBE相加，可得到輸出電壓Vref為：
將式(1)對溫度T進行一次微分，并在室溫下等于0(輸出電壓在室溫下的理論溫度系數等于0)，解得常數k，即
1.2 傳統帶隙基準電壓源結構
圖2(b)是傳統的CMOS帶隙電壓基準源電路，圖中運算放大器的作用是使電路處于深度負反饋狀態，從而讓運算放大器兩輸入端電壓相等。
在電路穩定輸出時：
由式(3)、式(4)得：
式中：k為常數，
由于實際的運算放大器存在一定的失調電壓VOS，所以實際輸出電壓為：
由式(7)可得，運算放大器的失調電壓會導致比較大的基準輸出電壓誤差。運算放大器的失調電壓VOS包括自身的失調、電源電壓變化引起的失調、工藝不匹配引起的失調及溫度引起的失調，其中自身的失調占主要作用，所以在大多數帶隙基準源電路中，一般采用兩級高增益運算放大器作為反饋運放，以降低失調電壓。傳統帶隙基準電壓源結構雖然能輸出比較精確的電壓，但是所得到的精度有限，而且其基準電壓范圍有限(1.25 V左右)，要想克服上述問題和限制，必須對傳統基準源的結構有所改進。
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