低溫漂帶隙基準電壓源分析
? ?近年來,由于集成電路的飛速發(fā)展,基準電壓源在模擬集成電路、數(shù)?;旌想娐芬约跋到y(tǒng)集成芯片(SOC)中都有著非常廣泛的應用,對高新模擬電子技術(shù)的應用和發(fā)展也起著至關(guān)重要的作用,其精度和穩(wěn)定性會直接影響整個系統(tǒng)的性能。因此,設(shè)計一個好的基準源具有十分現(xiàn)實的意義。
1 帶隙基準電路的基本原理
帶隙基準電壓源的目的是產(chǎn)生一個對溫度變化保持恒定的量,由于雙極型晶體管的基極電壓VBE,其溫度系數(shù)在室溫(300 K)時大約為-2.2 mV/K,而2個具有不同電流密度的雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓差VT,在室溫時的溫度系數(shù)為+0.086 mV/K,由于VT與VBE的電壓溫度系數(shù)相反,將其乘以合適的系數(shù)后,再與前者進行加權(quán),從而在一定范圍內(nèi)抵消VBE的溫度漂移特性,得到近似零溫度漂移的輸出電壓VREF,這是帶隙電壓源的基本設(shè)計思想。
1.1 帶隙基準電壓源核心電路
本文提出的電路核心結(jié)構(gòu)如圖1所示,在電路中雙極晶體管構(gòu)成了電路的核心,實現(xiàn)了VBE與VT的線性疊加,獲得近似為零溫度系數(shù)的輸出電壓。圖1中雙極型晶體管Q1和Q2的發(fā)射區(qū)面積相同,Q3和Q4的發(fā)射區(qū)面積相同,考慮設(shè)計需求,取Q1和Q2的發(fā)射區(qū)面積為Q3和Q4的發(fā)射區(qū)面積的8倍。
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假設(shè)雙極晶體管基極電流為零,運放的增益足夠大,則a點和b點的電壓相等,即:
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在實際電路中,經(jīng)過計算可知當取R3/R1=2.3066時,可以得到室溫下的近似零溫度系數(shù)的輸出參考電壓。