新型高阶补偿带隙基准设计：低温度系数与高稳定性

"本文介绍了一种新型的带隙基准源设计，通过高阶补偿技术实现了在宽温度范围内的低温度系数。设计采用的是VIS 0.15 μm BCD工艺，仿真结果显示，该基准电路在-60℃至120℃的温度区间内，温度系数仅为1.40 ppm/℃，且在特定电源电压范围内，输出电压的线性调整率和电源抑制性能优异。" 在电子电路设计中，带隙基准源是一种关键的电路元件，它能够提供一个几乎不受温度影响的稳定电压参考，常用于模拟电路、数字电路以及混合信号系统。传统的带隙基准源设计通常采用一阶补偿技术，但在高精度应用中，这种技术的温度系数往往无法满足需求。 文章指出，传统的一阶补偿带隙基准由正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）的电压组合而成，以期在不同温度下达到平衡，产生稳定的基准电压。然而，这种方法的局限在于难以将温度系数降低到20 ppm/℃以下。为了提高基准源的温度稳定性，文章提出了一个创新的高阶补偿技术，旨在消除电路中的非线性误差项，从而改进温度系数。 新型带隙基准源的设计采用了MP1、MP2和MP3等MOSFET以及Q1和Q2等PNP型三极管，通过精密调整器件参数，如宽长比、发射极-基极电压（VEB）等，来实现更优的温度特性。其中，VEB电压具有负温度系数，而热电压VT的温度系数为正，通过精确匹配这些系数，可以创建一个几乎温度独立的电压基准。 仿真结果显示，新型带隙基准源在宽温范围内表现出极低的温度系数，仅为1.40 ppm/℃，这显著优于传统一阶补偿方案。此外，当环境温度为27℃，电源电压变化1.3 V至2.1 V时，输出电压的线性调整率只有0.0019%，表明了其对电源电压变动的优良抑制能力。同时，电源抑制比（PSRR）在100 Hz时超过了84 dB，这意味着电源噪声对基准电压的影响被有效地减小。 这项研究提出的新型带隙基准源设计通过高阶补偿技术，成功地降低了温度系数并提高了电源抑制性能，使其适用于需要高精度和稳定性的应用，如高精度模数转换器、晶体振荡器、运算放大器和锁相环等。这一设计方法为未来带隙基准源的优化提供了新的思路和技术支持。