新型BiCMOS带隙基准电路的设计

在模拟及数/模混合集成电路设计中，电压基准是非常重要的电路模块之一，而通过巧妙设计的带隙电压基准更是以其与电源电压、工艺、温度变化几乎无关的特点，广泛应用在LDO及DC-DC集成稳压器、射频电路、高精度A/D和D/A转换器等多种集成电路中。随着大规模集成电路的日益复杂和精密，亦对带隙基准电压的温度稳定性提出了更高的要求。传统的带系基准电压源只能产生固定的近似1.2 V的电压，不能满足在低压场合的应用。电流模带隙电路采用正温度系数的电流支路(PTAT)和负温度系数的电流支路(CTAT)并联产生与温度无关的基准电流。然后让此电流在电阻上产生基准电压。电流模带隙结构可以得到任意大小的基准电压。本文提出一种新的电流模带隙结构并采用一阶温度补偿技术设计了一种具有良好的温度特性和高电源抑制比，并且能快速启动的新型BiCMOS

带隙基准电路。该电路结构简单且实现了低输出电压的要求。

1 带隙电压基准源的设计

1.1 传统电流模基准源结构原理

传统的电流模式带隙基准电路，在运算放大器的2个输入端加入阻值相等的2个分流电阻，输出基准由2个电流的和电流流过电阻获得。电路结构如图1所示。图1中，Q1发射区面积是Q2的N倍。由于放大器处于深度负反馈，A、B两点的电压相等。流过R1的电流为I1为PTAT电流，流过R2的电流I2为CTAT电流，则有：

通过合理选取R1，R2和N的值，可得具有零温度系数的输出电压Vref。通过改变R3可以得到不同的基准电压。

1.2 新型BiCMOS带隙基准电路的设计

常见的电流模带隙电路结构在运算放大器的输入两端加入阻值相等的分流电阻，输出基准由2个电流的和电流通过电阻获得可以获得相对小的基准电压，这种结构的基准电路存在第三简并态的问题。由于第三简并态的存在使电流模基准电路的应用受到很大限制。本设计采用电流模结构带隙基准来得到任意大小的输出电压，并且通过特殊的结构消除第三简并态的问题。通过增加修调电路对输出电压进行微调，提高了基准源的精度。带隙基准源核心电路如图2所示。

图2中各个MOS管具有相同的长宽比。晶体管Q1与Q2发射极面积相同、Q3与Q4发射极面积相同、Q1与Q3的发射极面积比为1：n。Rs和Rt为修调电阻。放大器AMP1和AMP2处于深度负反馈。AMP1使得a和b两点的电压相等，而AMP2使得电压VR2等于Vbe3。通过M1、Q1、Q2支路和M2、Q3、Q4支路的电流相等设为I1。通过M6、R2支路的电流设为I2。可得到如下的表达式：

作者：李沛林 杨建红   来源：现代电子技术