一种自启动高精度高稳定性基准电压源的设计

图 ２ 受控启动、高精度、高稳定性的基准电压源
负温度系数。
基准电压源包括启动电路、 核心基准电路、 后 续 PTAT 电路。 R1 和 Q1， Q2 及运放构成了带隙基
1.203 0 1.202 5
TEMP=27 ℃
准核心电路。 P2， N4， N6， N8 是使能管， 控制电
VRef
路启动。 电容 C1， C2 主要在开启和关断电路时起作
坐标的平均值， 然后计算各点与此平均值的差值
（Δxi， Δyi）， 再进行计算， 这样 可 以 克 服 因 自 变 量
x， y 值与高程异常差异值过大的缺陷， 使方程求解
更 加 稳 定 。 运 用 MATLAB 编 程 进 行 计 算 ， 结 果 见
表 1。
表 １ 拟合结果精度比较
方案
方案 A 方案 B
1.201 0
1
2
3
4
5
67
图 ３ ＴＥＭＰ ＝２７ ℃时基准电压随输入电压的变化曲线
1.202 0
电压 / V
镜对 C2 进行充电。 当 C2 充电到一定点位时， 后续 核 心 基 准 电 路 开 始 工 作 ， 同 时 ， N2 导 通 将 N1 和 N3 的漏极电压和栅极电 压 下 拉 到 地 ， 启 动 电 路 停
图 2 给出了应用于 LDO， DC/DC 中的一种高性 ３ 仿真结果与分析
能基准电流源和电压源。
从模拟结果图 3 可以看出， 当 VCC= 2 V 时， 电
VCC P1 P4
EN P2 P5
P3
C1
P18
P19 P7 P6
P10 P12 P14 P16 P11 P13 P15 P17
路即可正常工作， 输出基准电压约 为 1.202 3 V； 当 VCC 从 2 V 变化到 6 V 时， 输出基准电压的变化从
太原科技 ２００９ 年第 ８ 期 TAIYUAN S CI- TECH
应用技术
文章编号：1006－4877（2009）08－0083－02
一种自启动高精度高稳定性基准电压源的设计
李伟华，梁 齐
（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽 合肥 230009 ）
摘 要：分析了一种广泛应用于低压差线性稳压器 （LDO），DC/DC 等电源管理类 IC 的具有自启动性能的基准电压 源设计。通过仿真表明，这种基准电压源具有很高的稳定性以及精度，且动态特性优良。 关键词：基准电压源；自启动；设计；电流镜结构 中图分类号：TN402 文献标志码：A
1.201 5
止工作。 运算放大器构成如下： 差分输入级 P 8 和 P 9，
1.201 0
有 源 负 载 N7 和 N9， Cascode 电 流 镜 为 P10， P11，
- 40 - 20 0 20 40 60 80 100 120
P12， P13， P14， P15， P16， P17， P18 和 P19， 它
升而减小， 具有负温度系数； 而 I3R2随温度的上升
而线性增加， 具有正温度系数。
通过适当的设定可以使 VRef 随温 度 变 化 相 互 抵
消， 得到补偿。
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２ 受控启动高精度高稳定性基准电压源的设计
电压源 （ 见图 2）。
BP 神 经 网 络 在 区 域 似 大 地 水 准 面 精 化 中 的 应 用 是 可 行 的 。 BP 神 经 网 络 方 法 和 二 次 曲 面 拟 合 方 法都能得到满意的精度， 但在较大范围内， 若已知 点位稀少或分布不均匀， 则神经网络法优于二次曲 面方法。 如果神经网络的初始数据质量严重影响网 络的输出精度， 那么已知控制点位要尽量均匀分布 在测区内， 并尽量选取测区的 4 个角点和最高点与 最低点， 即地形的变化点。
Application of BP Neural Network Method in GPS Height Fitting
JIANG Bin，DU Zhong-fu
（4th team of Henan Coal Geological Bureau, Pingdingshan 467000, China） Abstract: Application of BP neural network algorithm in the regional quasi-geoid refinement was studied. In this paper, we elaborated the structure and algorithm of neural network. According to the data of D-level GPS network control point in a certain city of Henan province, by using MATLAB programming calculation, we fitted a model of cm-level quasi-geoid and came to a useful conclusion. Key words: BP neural network algorithm; quasi-geoid; quadric surface fitting; precision
试验研究[J].测绘工程,2002(3):53- 56. [5] 刘成龙,杨天宇.基于 BP 神经网络的 GPS 高程拟合方法
的探讨[J].西南交通大学学报,2007(2):148- 152. [6] 闫玮,高俊强,王维.小地区 GPS 高程拟合和水准测量对
比试验[J].南京工业大学学报,2007(5):93- 96. （责任编辑 梁志刚）
双 极 晶 体 管 的 基 极 -发 射 级 电 压 或 者 说 是 PN
结的正向电压， 具有负温度系数， 而电阻具有正温
度 系 数 [1]。
由图 1 可知， CMOS 基准电压源即利用上述亚
阈值电流的指数特性， 产生与绝对温度成正比的电
压源， 此电压源的电阻正温度系数补偿双极型晶体
管 BE 结的负温度系数， 进而获得温度系数较小的
际上是输入、 输出短接的共源共栅结构， 二极管连 计。 仿真结果表明： 基准电压源的精度、 稳定性方
接 的 晶 体 管 P7 用 来 产 生 共 源 共 栅 电 流 镜 的 栅 压 ， 面比一般基准电压源具有明显的优越性， 对于大范
当 P1 和 P4 保持相等的漏源电压时， 低压共源共栅 围的输入电压系统均能准确地达到预期输出， 动态
呈指数关系的特性。 利用这一特性能够设计出较小
温度系数的 CMOS 基 准 电 压 源[2]。 亚 阈 值 电 流 可 用
公式表示为
2
! " # $ Ist=
uCoxW L
n
kT q
exp q （VGS-Von） nkT
，
式中， Von为表面势时的导通电压， n=1+Cd Cox， Cd
为表面耗尽层电容。
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利用在测区内分布均匀的 15 和 25 个点位分别
作为方案 A 和 B 的学习集， 剩余其他点位相对应
作为工作集， 为了分析 BP Baidu Nhomakorabea经网络算法结果的优
劣， 可以将其与其他方法结果进行对比研究。 文献
[6]表明， 曲面拟合中的二次曲面拟合方法具有较高
的精度， 同样也利用这两个方案进行了计算， 得到
W/L） 1（ W/L） 2（
W/L） 5 W/L） 4
。
若取 I3=（（
W/L） 1（ W/L） 2（
W/L） W/L）
5 4
＞1，
则 VR1随温度的上升
而 线 性 增 加 。 由 于 M2 和 M3 组 成 电 流 镜 ， 故 I5也
随温度 T 而变化。
又因
I3=（（
W/L） W/L）
3 2
I2，
参考文献： [1] 毕查德·拉扎维.模拟 CMOS 集成电路设计[M].陈贵灿,
译.西安:西安交通大学出版社,2003:309- 320. [2] 李桂红,谢世健.集成电路设计宝典[M].北京:电子工业出
版社,2006:150- 158. （责任编辑 赵晓丽）
（英文部分下转第 87 页）
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读于合肥工业大学电子科学与应用物理学院，攻读 硕士学位。
VCC M1
M2
M3
M4 VSS
M5 R1
VRef R2
Q
图 １ ＣＭＯＳ 基准电压源
! " （ W/L） 4 exp qVR1 ，
（ W/L） 5
KT
I1 = I4 =（ I2 I5 （
W/L） W/L）
1 2
，
% & VR1=
KT q
ln
（ （
1.202 0
电压 / V
用。
1.201 5
开始 状 态 EN 为 高 电 平 ， N4， N6 和 N8 导 通 ， P2 截止， C1 上极板为低电平 进 而 P1 导 通 。 当 EN 由 高 电 平 跳 变 为 低 电 平 时 ， N4， N6 和 N8 截 止 ， P2 导通 （ C1 上极板仍为低电平）。 这 时 ， P1， P2， P3 和 N1 支路通路。 N1， N3 以及 P5， P6 组成电流
图 ４ 基准电压与温度的关系曲线
们构成了整个基准模块的偏置电流源， 具有高输出 4 结束语
阻抗的特点， 消除了一般 Cascode 电流镜精度和余
以上介绍了一种具有自启动、 高精度、 高稳定
度之间的矛盾且稳定性好。 这种 Cascode 电流镜实 性 且 广 泛 应 用 于 LDO， DC/DC 的 基 准 电 压 源 的 设
P8 P9
1.202 3 V 到 1.202 8 V， 变 化 0.5 VRef mV 左右， 满足设计要求。
C2
N1
N3 N2
VSS
N2
N10 N5
R1 N7 N9
N6 N8 Q1 Q2
R2 Q3
从图 4 可以看出， 当温度在 30 ℃左 右 时 ， 输 出 电 压 具 有 零 温 度系 数 ， 低 于 30 ℃时 输 出 电 压 具 有正 温 度 系 数 ， 高 于 30 ℃时 具 有
二次曲面拟合结果， 其内符合精度与外符合精度计 算公式均为
σ=±姨 iνi νi in-1 ，
（8）
式中， n 为学习集或者工作集的点数， νi 为参与拟 合的已知高程异常 ξi 与拟合高程异常 ξi′的差值[6]。
在利用二次曲面法进行平差计算前， 应先对控
制点坐标做中心化处理[5-6]， 即计算参与拟合控制点
参考文献： [1] 周忠谟.GPS 卫星测理原理与应用[M].北京:测绘出版社,
2004. [2] 周开利,康耀红.神经网络模型及其 MATLAB 仿真程序
设计[M].北京:清华大学出版社,2006. [3] 蔡昌盛,高井祥.面向 MATLAB 转换 GPS 高程的神经网
络方法[J].四川测绘,2007(4):67- 70. [4] 胡伍生,华锡生,鲍兴南.转换 GPS 高程的神经网络模型
电 流 镜 P10， P11， P12， P13， P14， P15， P16， 特性优良。
P17， P18 和 P19 消 耗 的 电 压 余 度 最 小 ， 而 且 可 以 精确镜像电流。
基准核心电路的后续电路是 PTAT 结构， PTAT 电路具有较低的温度系数， 能保证产生精确的偏置 电流。 PTAT 具有正温度系数， 而双极型晶体管具 有负温度系数， 在合适条件下能产生零温度系数的
基准电压源是许多电子系统的重要组成部分。
基准电压源的精度和稳定性直接决定整个电子系统
的性能。 基准的目的是建立一个与电源无关、 具有
确定温度特性的直流电压或电流。 因此， 可以将任
务分为两个设计问题： 与电源无关的偏置和与温度
变化关系的确定[1]。
１ 基准电压源的基本原理
在 亚 阈 值 区 ， MOS 管 具 有 亚 阈 值 电 流 随 电 压
内符合精度
神经网络 二次曲面
0.61
1.32
1.52
1.63
外符合精度
神经网络 二次曲面
1.09
2.33
1.60
1.98
从表 1 可以看出， 无论采用何种拟合算法， 两 种方案结果精度均达到厘米级， 可满足四等水准测 量精度要求。 BP 神经网络法的拟合结果在内符合
精度和外符合精度方面均优于二次曲面拟合模型， 在已知点较少的情况下依然能够满足区域似大地水 准面精化的要求， 对于已知点较少的地区具有一定 的实用价值。 ３ 结束语
基准电压源。
M4 和 M5 工作在亚阈值区， M1， M2 和 M3 工
作在强反型区， 且组成电流镜结构。
由图 1 可知
% & I4 =（ W/L） 4
exp q（VGS4 -Von） KT
=
% & I5 （ W/L） 5 exp q（VGS4 -VR1 -Von）
KT
收稿日期：2009－03－07；修回日期：2009－06－02 作者简介：李伟华（1982- ），男，山西阳泉人。2007 年 9 月就
而且
I2=I5=
VR1 R2
，
故
I3=（（
W/L） 3 W/L） 2
VR1 ， R2
! " I3=
KT q
（ （
W/L） 3 W/L） 2
1 ln R1
（ （
W/L） 1（ W/L） 2（
W/L） 5 W/L） 4
。
所以， 基准电压为
VRef=VBE+VR2=VBE+I3R2 。
上式表明， VRef由两部分组成， VBE随 温 度 的 上