在a／d和d／a转换器、数据采集系统以及各种测量设备中，都需要高精度、高稳定性的基准电压源，并且基准电压源的精度和稳定性决定了整个系统的工作性能。电压基准源主要有基于正向vbe的电压基准、基于齐纳二极管反向击穿特性的电压基准、带隙电压基准等多种实现方式，其中带隙基准电压源具有低温度系数、高电源抑制比、低基准电压等优点，因而得到了广泛的应用。

本文在基于传统带隙电压基准源原理的基础上，采用电流反馈、一级温度补偿等技术，同时在电路中加入启动电路，设计了一个高精度、输出可调的带隙基准电压源，并在smic 0.25μm cmos工艺条件下对电路进行了模拟和仿真。

1 带隙基准电压源工作原理与传统结构

带隙基准电压源的原理就是利用pn结电压的负温度系数和不同电流密度下两个pn结电压差的正温度系数电压vt相互补偿，使输出电压达到很低的温度漂移。

1.1 带隙基准电压源工作原理

图1为温度对二极管伏安特性的影响。

可以看出，温度升高，保持二极管正向电流不变时所需正向偏压减小，温度系数为：-1.9 mv／℃～2.5 mv／℃。

pn结电流与外加电压的关系为：

图2(a)为带隙电压基准源的原理示意图。

结压降vbe在室温下温度系数约-2.0 mv／k，而热电压vt(vt=k0t／q)，在室温下的温度系数为0.085 mv／k，将vt乘以常数k并与kbe相加，可得到输出电压vref为：

将式(1)对温度t进行一次微分，并在室温下等于0(输出电压在室温下的理论温度系数等于0)，解得常数k，即

1.2 传统带隙基准电压源结构

图2(b)是传统的cmos带隙电压基准源电路，图中运算放大器的作用是使电路处于深度负反馈状态，从而让运算放大器两输入端电压相等。

在电路稳定输出时：

由式(3)、式(4)得：

式中：k为常数，

由于实际的运算放大器存在一定的失调电压vos，所以实际输出电压为：

由式(7)可得，运算放大器的失调电压会导致比较大的基准输出电压误差。运算放大器的失调电压vos包括自身的失调、电源电压变化引起的失调、工艺不匹配引起的失调及温度引起的失调，其中自身的失调占主要作用，所以在大多数带隙基准源电路中，一般采用两级高增益运算放大器作为反馈运放，以降低失调电压。传统带隙基准电压源结构虽然能输出比较精确的电压，但是所得到的精度有限，而且其基准电压范围有限(1.25 v左右)，要想克服上述问题和限制，必须对传统基准源的结构有所改进。

2 cmos带隙基准电压源电路结构

本设计是在smic 0.25μm cmos工艺基础上完成的，设计中采用了一级温度补偿、电流反馈等技术。其电路结构如图3所示(不考虑虚线框r5部分)。

bgr核心电路中，晶体管q1、q2为使用标准cmos工艺制造的二极管连接形式的pnp纵向三极管(bjt)。q2和q1的发射极面积的比为n，流过q1和q2的电流相等，这样△vbe就等于vtln(n)。流过电阻r1的电流i4是与热力学温度成正比的。流过m2、m3、m4的电流相等(i1=i2=i3)，所以

参考电压vref为：

通过调节r3与r1的比值和q2与q1发射极面积的比值，可以使输出电压参考在室温下的温度系数为0。

本设计还具有输出可调的特点，设计中采用文献[2]提到的在运算放大器两输入端与地之间加电阻的方法。由式(9)可看出，在调节了k值后，可以方便地调节r4的值来调节参考电压的输出大小，正是由于运算放大器两输入端的接地电阻r2、r3