1.28V带隙基准电压源设计与分析

"带隙基准电压源(Bandgap)设计范例" 带隙基准电压源是一种集成电路中的关键组件，用于生成恒定且温度稳定的电压基准。这种电压基准通常用于为其他电路提供精确的参考电压，确保整个系统的稳定性和准确性。在本设计范例中，我们将探讨带隙基准电压源的基本原理、电路结构以及其工作机制。 首先，Bandgap模块的电路图如图1.1所示，其核心功能是生成1.28V的稳定电压，并为其他电路提供偏置电流。该模块具有三个使能信号：ENB、BIAS_EN和BIAS2_EN，分别控制整个模块的工作状态和偏置电流的产生。ENB是全局使能信号，低电平时模块关闭；BIAS_EN和BIAS2_EN为高电平时，产生BIAS和BIAS2偏置电流。 带隙基准的工作原理基于硅材料的带隙能量与温度无关的特性。在半导体中，二极管的结电压（VBE）随温度升高而增加，而两个二极管的VBE之差（V△BE）则有正温度系数。通过巧妙的设计，可以使得这两者的影响互相抵消，从而实现低温漂移的电压基准。具体来说，一个双极型晶体管提供VBE，另一个二极管对的VBE差被放大a倍（a为设计参数），然后将这两个电压相加，VREF=VBE+aVT。当选择合适的a值时，可以达到零温度系数的电压基准。 在等效架构图1.2(a)、(b)中，R19、R20、R21、Q11和Q12、Q19构成了带隙电压生成的主要部分，它们共同作用产生带隙电压VT。而Qx10、Qx8、Q19、Qx7、Q10以及Q18则构成了放大器和补偿电路，这些电路确保了输出参考电压的稳定性。运算放大器在这个电路中起到关键作用，它的高增益特性能够放大微小的电压差异，同时保持输出的稳定。 输入输出信号线时序图1.3展示了Vin、ENB、BIAS_EN、BIAS2_EN与VREF、BIAS、BIAS2之间的关系。当输入信号满足特定时序时，Bandgap模块才能正确工作并输出稳定的参考电压。 总结来说，带隙基准电压源设计的关键在于平衡二极管结电压的温度依赖性，通过精密的电路设计实现温度补偿，以提供一个几乎不受温度影响的固定电压参考。在实际应用中，这种设计广泛应用于ADC、DAC、振荡器和其他需要高精度参考电压的系统中。理解并掌握带隙基准电压源的设计原理对于任何从事集成电路设计的工程师都是至关重要的。