带隙基准电压源

原理
半导体工艺中具有正温度系数和负温度系数的两种电压： • • 负温度系数的PN结电压VBE 正温系数的热电压VT
为了产生零温度系数电压基准信号可将负温度系数的PN结电压 VBE和正温度系数的热电压VT 进行组合即可实现，这样就会得到零 温度系数（ZTC：Zero Temperature Coefficient）带隙电压基准源。
VBE k ln n 0.087 ln n(mV / K ) T q
要获得零温度系数的电压基准源，那么：
a2 ln n 17.2
零温度系数带隙基准电压源：
VREF VBE 17.2VT 1.25
传统基准源电路
由图可知此基准源电路Q2与Q1电压差为： （1）
运放处于深度负反馈状态，使得运放两 输入节点电压相等，故：
已知既定温漂系数 PPM为17.2，且n=7，因为 R1为26k，由公式
PPM R2 ln n R1
可推出R2，取整后暂 时R2设置为260k.
实验电路仿真
电阻R2初始值为260k时，输出电压随温度变化而变化的曲线。
实验电路仿真
为探究输出曲线的 最佳温度特性，设电阻 R2为变量R，并给其一 个变化范围，并缩小范 围找出同等温度范围内， 相对最好的温度特性的 输出曲线。右图为R设 置为200K到300K之间 的输出曲线。由图可知 R2为260k时，曲线较 为平缓，温度特性较好.
谢谢观看
廖方云 4031431807
（2） 由于M1和M2镜像作用，I1=I2，将（1）（2）代入得：
（3） 将（3）与 VREF VBE a2 (VT ln n) 联立可得： PPM=
R2 ln n 17.2 R1
由此可设计电路，假设取n=7，令R1=26k，计算 得R2=260k
实验电路仿真
实验所用如下仿真电路图，图中使用NMOS 管、PMOS管、三极管PNP管构成如原理图中的 电路，其中MOS管宽长比为10/2um、三极管设 定面积倍数关系为7倍。图中MOS管均处于饱和 状态。
实验电路仿真
将R2细分范围 在260k附近得到右 图所示曲线。 如图所示，R2 为255k时，曲线较 为平缓，因而确定 为255k时，输出曲 线温度特性最为理 想。
计算PPM结果
电阻为255k条件下进行仿真实验，计算PPM 结果。由计算器计算可得PPM为17.1455，与前面 既定的17.2相比较，误差为： 17.2 - 17.1455 误差 100% 0.32% 17.2 误差很小，说明实验效果很好。
带隙基准电压源
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意义
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原理
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电路仿真
意义
电压基准源通常要求具有较高的精度和稳定度： • 不随电源电压变化 • 不随温度变化 • 不随半导体工艺变化 由于电压基准源的上述特性，其在集成电路的设计中扮演极其重要 的作用。尤其各种DAC，ADC，传感器芯片，检测芯片，电源管理类等 芯片中广泛使用！ 而目前产业界用得最多的电压基准源就是带隙基准电压源，几乎在 绝大多数的芯片都能看到带隙基准电压源的身影！在模拟集成电路设计 的三大教材中也专门对此进行了讲解说明：
VT VPTAT
a2
VREF V V a1 BE a2 T 0 T T T
利用上面的正、负温度系数电压，我们可以设计出一个令人满 意的零温度系数带隙基准电压源：
因此令 a1 1
VREF VBE a2 (VT ln n)
原理
室温附近：Leabharlann Baidu
VBE / T 1.5mV / K
那么我们首先来回顾一下上面提到的两种随温度变化的电压：
• PN结结电压 • 热电压
原理
将与绝对温度呈正比例变化的电压VT 和与绝对温度呈反比例变化 的电压VBE进行线性组合从而产生带隙电压基准源。
与绝对温度呈反比电压
VBE VCTAT
a1
∑
零温度系数电压
VREF a1VBE a2VT
与绝对温度呈正比电压