文獻標識碼： 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電壓源[J].電子技術應用，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
帶隙基準電壓源(Bandgap Voltage Reference，BGR)作為IC設計中一個重要的基礎單元模塊，被廣泛應用于電源管理、A/D和D/A轉換器以及數模混合等集成電路。理想情況下基準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系統所能達到的性能上限，因此研究如何設計一個高精度輸出的基準電壓源具有重要意義[1-3]。
隨著片上系統(SoC)和便攜式穿戴設備的高速發展，傳統帶隙基準的精度已難以滿足現代集成電路的設計需求。傳統帶隙基準采用一階補償結構，其采用具有固定正溫度系數的電壓(VPTAT)來補償VBE的負溫度系數，經補償后的電壓仍存在高階非線性溫度系數分量。因此傳統帶隙基準溫度系數受補償誤差限制，僅在補償溫度點附近具有最小溫度系數，隨工作溫度范圍的增加基準輸出精度急劇惡化[4-5]。
針對一階補償因固有缺陷所導致輸出電壓精度受限問題，業內提出了指數型電流補償、亞閾值MOS補償和不同電阻溫度系數補償等解決方案。但上述高階補償方案存在與標準CMOS工藝不兼容、電路結構復雜、高噪聲、功耗大和因模型精度不足導致產品良率下降等問題。為此本文設計了一種高精度分段線性補償基準電壓源設計方案，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構進一步提升基準輸出精度。最終所設計BGR在2.5 V~5 V電源電壓下以及-55 ℃~125 ℃溫度范圍內溫度系數為1.208 ppm/℃，具有功耗低、結構簡單和未使用NPN三極管可與標準CMOS工藝兼容等優勢。
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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)
