帶隙基準(zhǔn)是所有基準(zhǔn)電壓中最受歡迎的一種，由于其具有與電源電壓、工藝、溫度變化幾乎無(wú)關(guān)的突出優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用于高精度的比較器、a/d或d/a轉(zhuǎn)換器、ldo穩(wěn)壓器以及其他許多模擬集成電路中。帶隙基準(zhǔn)的主要作用是在集成電路中提供穩(wěn)定的參考電壓或參考電流，這就要求基準(zhǔn)對(duì)電源電壓的變化和溫度的變化不敏感。

　　本文結(jié)合工程實(shí)際的要求設(shè)計(jì)了一款具有低噪聲、高精度且可快速啟動(dòng)的cmos帶隙基準(zhǔn)源。采用umc公司的0.6μm 2p2m標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝模型庫(kù)進(jìn)行仿真，hspice的仿真結(jié)果表明該基準(zhǔn)在溫度特性、電源抑制比、功耗和啟動(dòng)時(shí)間方面有著良好的性能。

　　1 帶隙基準(zhǔn)的基本原理

　　帶隙基準(zhǔn)的基本原理是根據(jù)硅材料的帶隙電壓和溫度無(wú)關(guān)的特性，利用△vbe的正溫度系數(shù)與雙極型晶體管vbe的負(fù)溫度系數(shù)相互抵消，實(shí)現(xiàn)低溫漂、高精度的基準(zhǔn)電壓[1]。雙極型晶體管提供發(fā)射極偏壓vbe;由兩個(gè)晶體管之間的△be產(chǎn)生vt，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)將vt放大a倍;最后將兩個(gè)電壓相加，即vref=vbe+avt，適當(dāng)選擇放大倍數(shù)a，使兩個(gè)電壓的溫度漂移相互抵消，從而可以得到在某一溫度下為零溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)[2]。

　　式中：vt=kt/q為熱電壓;k為玻爾茲曼常數(shù);q為電荷量。

　　由運(yùn)算放大器的性質(zhì)可知：

　　式中：ae2、ae1分別是q2和q1管的發(fā)射區(qū)面積，它們的比值為n：1。

　　由于va=vr，就有，i2r2=i1r1，代入式(3)得：

　　于是就有以下關(guān)系：

　　可得出：

　　從式(7)中可得到基準(zhǔn)電壓只與pn結(jié)的正向壓降、電阻的比值以及q2和q1管的發(fā)射區(qū)面積的比值有關(guān)，因此在實(shí)際的工藝制作中將會(huì)有很高的精度�；鶞�(zhǔn)建立后，基準(zhǔn)電壓與輸入電壓無(wú)關(guān)。第1項(xiàng)veb具有負(fù)溫度系數(shù)，在室溫時(shí)約為-2 mv/℃;第2項(xiàng)vt具有正溫度系數(shù)，在室溫時(shí)約為+0.087 mv/℃。通過(guò)設(shè)定合適的工作點(diǎn)，便可以使兩項(xiàng)之和在某一溫度

　　下達(dá)到零溫度系數(shù)，從而得到具有較好溫度特性的電壓基準(zhǔn)。

　　2 基準(zhǔn)實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn)與分析

　　r1，、r2、r3和q1，q2及運(yùn)算放大器構(gòu)成帶隙基準(zhǔn)核心電路。cascode電流鏡[4]m3、m2、m1、m6、m7、m8、m9以及m4和m5構(gòu)成整個(gè)基準(zhǔn)模塊的偏置電流源，具有高輸出阻抗的特點(diǎn)，穩(wěn)定性好。m20為cas-code電流源的負(fù)載。m12、m19、m21、m23和m25是使能管，對(duì)輸入的使能信號(hào)進(jìn)行邏輯反操作，從而決定電路工作與否。c1是第一級(jí)與第二級(jí)放大器之間的補(bǔ)償電容，保證了穩(wěn)定性;同時(shí)它還是電路軟啟動(dòng)電容。

　　2.1 基準(zhǔn)的使能原理

　　en為高電平時(shí)，使能關(guān)斷有效。只要en高電平時(shí)，nen為低電平，則使能管工作，整個(gè)電路中的偏置電流源被關(guān)斷，有源負(fù)載截止而呈現(xiàn)非常高的阻抗。為了防止晶體管q1，q2的be結(jié)有能量?jī)?chǔ)存，m25保證vref完全為0，m23保證，ib電流完全為0，電路完全關(guān)斷。en為高電平時(shí)，使能管截止，電路正常工作。

　　2.2 基準(zhǔn)的啟動(dòng)原理

　　該電路中利用電容c1進(jìn)行軟啟動(dòng)[5]。系統(tǒng)剛上電，基準(zhǔn)啟動(dòng)模塊通過(guò)信號(hào)線對(duì)電容c1充電，直到c1上的電壓使m15和m16導(dǎo)通，基準(zhǔn)模塊的電流偏置建立起來(lái);從而使運(yùn)放工作，基準(zhǔn)開始啟動(dòng)，當(dāng)基準(zhǔn)電壓達(dá)到一定值(一般為o.9 v左右)，啟動(dòng)模塊被關(guān)閉，沒有電流從啟動(dòng)模塊輸出，此時(shí)電容c1作為頻率補(bǔ)償電容;所以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(25μs左右)，這個(gè)閉合回路將達(dá)到穩(wěn)定，基準(zhǔn)建立起來(lái)，最終值為1.293 v。

　　2.3 基準(zhǔn)軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　基準(zhǔn)的軟啟動(dòng)的等效結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中電流源i3、，i4為電路提供較穩(wěn)定的偏置電流，帶隙電壓vre通過(guò)非門得到nref控制m14的工作狀態(tài)。芯片剛上電時(shí)，基準(zhǔn)源電路沒有啟動(dòng)，vref為低電平，經(jīng)過(guò)"非"后