关键词：带隙基准源；温度系数；电源抑制比

引言

电压基准广泛地应用在模拟电路中，在a/d、d/a的集成电路设计中，也需要基准来确定其输入或输出的全程范围。随着电路系统的不断复杂化，对基准源的要求也越来越高。尽管mos器件的许多参数已被考虑用于基准产生，但双极电路，因其晶体管的特征参数具有最好的重复性，并能提供正温度系数和负温度系数的、严格定义的量，形成了此类电路的核心。由于基准源的精度与温度有关，提高精度必须降低温度系数。因此本文采用温度补偿及负反馈的方法，大大的降低了基准电压的温度系数，并且在宽电源电压幅度范围作用下，使其仍具有很好的电源抑制特性和很高的电源抑制比psrr（power-supply rejection ratio）。

带隙基准源原理

基准是直流量，它与电源的关系很小，与温度和工艺有一定的关系。由于基准源的精度与温度有关，提高精度必须降低温度系数。采用温度补偿的方法，即在温度区域内找到一点，使得基准源的输出在该点的温度导数为零，只要此点选取合适，就能获得较小的温度系数。

图1为带隙基准源的原理示意图。

图1 带隙基准源的原理示意图

利用热电压vt的正温度系数与双极型晶体管b、e结电压v_be的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中v_be的温度系数在室温时大约为-2mv/°c。而热电压v_t=kt/q，其温度系数在室温时大约为+0.086mv/°c。将电压vt乘以常数k以后与电压v_be相加，便可得输出电压v_ref为：

将式（1）两端同时对温度t求微分，并将v_be和v_t的温度系数值代入，令等式值为零，就可求得k的值，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于v_t与电源值无关，而vbe受电源变化的影响极小，故v_ref受电源的影响也很小。

高精度带隙基准电路

等效电路结构与分析
图2为文本文介绍的一种双极带隙基准电路的等效电路图。

图2 带隙基准电路的等效电路图

此带隙基准电路基本工作原理是通过负反馈，保证稳定的输出电压。在电路中，双极型晶体管q₂提供发射极偏压为v_be，由取样电阻r₂上的电压mv_ref产生了nv_t，其中n/m=k。由以上分析知，选择适当k，可使两个电压的温度漂移相互抵消，即令：

其中：

将式（3）、（4）代入式（2），有：

即理论值k≈26.23，从而由式（1）得到了在某一温度下温度系数为零的基准电压。当然由于不同工艺下的v_be的负温度系数有很大的差别，k的实际值略有不同。

此电路中的运放与常规运放的不同之处在于其输入差分对尺寸不同，故亦可理解成为加入一失调电压。当电阻r₂上的电压等于此失调电压时，运放处于平衡状态。当输出电压增加时，r₂上的电压增加，差分信号增大，运放输出电压升高，输出电流减小以抑制输出电压的上升；同时，当输出电压减小时，差分信号减小，运放输出电压降低，输出电流增大以抑制输出电压的下降，从而达到稳定输出电压的目的。下文将作对此详细讨论。

实际电路结构与分析
图3为本文介绍的双极带隙基准电路的实际电路图。

图3 高精度带隙基准电路的实际电路图

基准源中的运放a_ref由四级组成，输入级为差分对输入，经过两级射随后，最后经过一级反向放大输出。晶体管q₇、q₈、q₉构成威尔逊电流源，作为差分对的有源