高精度CMOS带隙基准源的动态补偿设计与原理

高精度CMOS带隙基准源的设计是一项关键的模拟电路技术，它致力于提供稳定的电压基准，对于数模转换器和模数转换器等电子设备的性能有着直接影响。文章基于传统的带隙基准源原理，着重讨论了如何通过饱和状态MOS等效电阻实现对PTAT（与绝对温度成正比）电流动态的补偿，从而达到基准电压的高精度和稳定性。 带隙基准源的核心原理源自于利用PN结二极管的特性，其基极-发射极电压VBE具有负温度系数，而热电压VT则与绝对温度成正比。设计的关键在于通过精确控制这两个电压的组合，抵消温度变化对输出电压的影响，实现理想的温度补偿。文章指出，当晶体管工作在弱反型区时，栅源电压对温度的变化较为敏感，这为基准源设计提供了可能。 设计过程中，文章提出了一种方法，即使用低阈值电压的NMOS管和衬底调整的PMOS管作为放大器元件，结合传统带隙基准源的电路结构，通过动态补偿机制，使得基准电压在宽温范围内保持较低的温度系数，比如0～70℃区间内仅有1Oppm/℃。这不仅提升了电路的温度稳定性，还降低了基准电压对电源和工艺参数的敏感度，确保了在各种工作条件下的性能一致性。 此外，文章还探讨了负温度系数电压的产生机制，通过双极晶体管或PN结二极管的VBE随温度下降的现象，以及正温度系数电压的产生，如通过不同电流密度下的三极管工作状态来实现。通过精密的电路设计和计算，作者展示了如何通过这些原理构建一个高性能的高精度CMOS带隙基准源，这对于现代电子设备的精确控制和信号处理至关重要。 这篇论文深入剖析了高精度CMOS带隙基准源的设计方法，强调了在模拟电路设计中温度补偿的重要性，并详细介绍了其实现策略，为提高电子设备在宽温环境下的稳定性提供了有价值的技术支持。