高精度带隙基准电压源设计：低温度系数与高电源电压抑制

"本文详细探讨了高性能带隙基准电压源的设计，着重强调了基准电压在集成电路设计中的关键作用，尤其是在高精度应用如电压比较器、数据采集系统和转换器中的重要性。文章首先介绍了基准电压对系统性能的影响，然后分析了传统带隙基准电路的工作原理，提出需要克服的挑战，如温度系数和电源电压抑制问题。接下来，作者提出了一个改进的高性能带隙基准电路设计，通过补偿高阶温度特性和优化电源电压抑制特性，实现了更稳定的基准电压源。" 在集成电路设计中，带隙基准电压源扮演着至关重要的角色。基准电压源的稳定性直接影响到诸如高精度电压比较器、数据采集系统以及模拟数字或数字模拟转换器等组件的性能。这些应用通常要求非常高的精度，因此基准电压必须具备低温度系数，即电压输出不会随着温度变化而显著变化，同时需要高电源电压抑制比，确保电源电压波动时基准电压的稳定。 传统的带隙基准电压源通常依赖于两个互补的温度系数：一个是双极型晶体管基一射极电压（Vbe）的负温度系数，另一个是不同面积晶体管Vbe之差的正温度系数。通过精确控制这两个因素，可以实现一个温度无关的基准电压。然而，实际电路中，Vbe的温度特性并非完全线性，且受器件非理想性影响，输出电压会受到电源电压波动的干扰。因此，为了提高性能，设计者需要对Vbe的高阶温度特性进行补偿，并优化电源电压抑制特性。 本文提出了一种高性能带隙基准电路，该电路包括一个运算放大器、偏置电流源、基本带隙电路和二次曲率补偿单元。运算放大器由M6到M16、电容C和电阻R4组成，用于稳定电路。M1到M5提供所需的偏置电流，确保电路正常工作。基本带隙部分由M13到M18、Q1到Q3以及电阻R1和R2构建，这部分是实现带隙电压的关键。M19和M20、电阻R3组成的二次曲率补偿电路则用来修正Vbe的非线性温度特性，进一步提升电路性能。 总结来说，设计一个高性能的带隙基准电压源需要解决温度敏感性和电源电压抑制问题。通过创新电路设计，可以有效地补偿非线性温度特性，增强电源电压抑制能力，从而实现一个更加稳定、适用于高精度应用的基准电压源。这样的设计对于提高整体系统性能和可靠性至关重要，是现代集成电路设计中的核心技术之一。