文獻標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212101
中文引用格式： 奚冬杰，徐晴昊. 高精度分段線性補償基準(zhǔn)電壓源[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(3)：41-44.
英文引用格式： Xi Dongjie，Xu Qinghao. High precision piecewise linear compensated voltage reference[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(3)：41-44.
0 引言
帶隙基準(zhǔn)電壓源(Bandgap Voltage Reference，BGR)作為IC設(shè)計中一個重要的基礎(chǔ)單元模塊，被廣泛應(yīng)用于電源管理、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器以及數(shù)模混合等集成電路。理想情況下基準(zhǔn)電壓源輸出一個不隨溫度、電源電壓和工藝變化而變化的參考電壓，其精度限制了所有IC系統(tǒng)所能達到的性能上限，因此研究如何設(shè)計一個高精度輸出的基準(zhǔn)電壓源具有重要意義[1-3]。
隨著片上系統(tǒng)(SoC)和便攜式穿戴設(shè)備的高速發(fā)展，傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)的精度已難以滿足現(xiàn)代集成電路的設(shè)計需求。傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)采用一階補償結(jié)構(gòu)，其采用具有固定正溫度系數(shù)的電壓(VPTAT)來補償VBE的負(fù)溫度系數(shù)，經(jīng)補償后的電壓仍存在高階非線性溫度系數(shù)分量。因此傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)溫度系數(shù)受補償誤差限制，僅在補償溫度點附近具有最小溫度系數(shù)，隨工作溫度范圍的增加基準(zhǔn)輸出精度急劇惡化[4-5]。
針對一階補償因固有缺陷所導(dǎo)致輸出電壓精度受限問題，業(yè)內(nèi)提出了指數(shù)型電流補償、亞閾值MOS補償和不同電阻溫度系數(shù)補償?shù)冉鉀Q方案。但上述高階補償方案存在與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝不兼容、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高噪聲、功耗大和因模型精度不足導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降等問題。為此本文設(shè)計了一種高精度分段線性補償基準(zhǔn)電壓源設(shè)計方案，首先將PTAT電流和CTAT電流做差獲得分段線性補償電流，其次將電路整個工作溫度區(qū)間分為兩段后利用分段線性補償電流完成補償，然后通過增加三極管基極電流補償結(jié)構(gòu)進一步提升基準(zhǔn)輸出精度。最終所設(shè)計BGR在2.5 V~5 V電源電壓下以及-55 ℃~125 ℃溫度范圍內(nèi)溫度系數(shù)為1.208 ppm/℃，具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單和未使用NPN三極管可與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容等優(yōu)勢。
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作者信息：
奚冬杰，徐晴昊
(中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫214035)
