低功耗带隙基准设计：6.4 ppm/℃温漂优化

"一款6.4 ppm/℃的低功耗带隙基准设计，通过引入温度依赖的渐变阻抗优化了温漂性能，降低了总体功耗至1.2 μW，适用于-40 ℃~150 ℃的宽温度范围。" 在模拟电路设计中，带隙基准是一种至关重要的基准电压源，广泛应用于数据转换器、线性稳压器、DC-DC转换器和存储器等设备。它提供了一个几乎不受电源电压波动和温度变化影响的恒定电压参考。然而，设计一个同时具备低功耗和低温漂的带隙基准是一项挑战。传统的带隙基准结构通常包含一个由晶体管和电阻组成的反馈网络，以产生正温度系数的电压差，然后通过负反馈来抵消这个温度效应，从而得到一个接近零温度系数的输出。 本文提出了一种创新的低功耗带隙基准设计，其核心在于引入了一个在特定温度以上渐变的阻抗，这有助于改善温漂性能。传统设计通常使用运算放大器（运放）作为反馈元件，但运放的使用会增加功耗。为了降低功耗，新设计采用了一种改进的启动电路和电流镜结构，减少了不必要的电流路径。例如，通过MN6、MN7、MP8和MP9构建的启动电路以及MN/P1到MN/P4的电流镜，有效地平衡了源极电位，减少了电流消耗。 进一步地，设计中采用了MP7管和串联的二极管来实现随温度变化的阻抗。二极管的正向电压随温度线性下降，通过串联多个二极管，可以在温度上升时提供逐渐增大的阻抗，有助于在较宽的温度范围内校正温漂。这样的设计策略使得在-40℃到150℃的温度范围内，温漂仅为6.40 ppm/℃，这是一个显著的改进，相比传统设计，它提供了更优秀的稳定性。 仿真结果显示，在5V电源供电条件下，该新型带隙基准的总体功耗仅为1.2 μW，这是一个非常低的值，表明了设计的高效能。这种低功耗和低温漂的特性使得该设计特别适合于对能源效率有高要求的便携式电子设备和物联网(IoT)应用。 总结而言，本文提出的设计克服了传统带隙基准的局限，通过巧妙的电路结构和元件选择，成功地实现了低功耗和低温漂的双重目标，为未来高性能模拟电路设计提供了新的思路。