一種寬輸入范圍高PSR帶隙基準電路設計
電子技術應用
李思源1，李亞軍2，張有濤2，錢峰2
1.南京電子器件研究所；2.南京國博電子股份有限公司
摘要： 從DC-DC芯片電路的實際設計需求出發，設計了一款輸入電壓范圍在2.5~15 V的帶隙基準電路。通過預調節電路的設計，帶隙基準核輸出的基準電壓轉化為一個穩定的電流源，形成的負反饋結構給帶隙基準核自身提供供電電壓，提高了電源電壓范圍上限；通過電壓選擇電路，在電源電壓低于5 V時使帶隙基準核直接由電源電壓供電，拓寬了電源電壓范圍的下限。同時，預調節電路和帶隙基準核中共源共柵結構為電路帶來了良好的電源抑制特性。設計基于0.25 μm BCD工藝，完成了原理圖、版圖設計以及仿真，結果表明設計在-55 ℃~125 ℃的溫度范圍內，可以輸出穩定的0.8 V電壓，溫度系數為7.78 ppm/℃；低頻條件下PSR達到159 dB，線性調整率為0.001 2%。
中圖分類號：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234751
中文引用格式： 李思源，李亞軍，張有濤，等. 一種寬輸入范圍高PSR帶隙基準電路設計[J]. 電子技術應用，2024，50(4)：38-43.
英文引用格式： Li Siyuan，Li Yajun，Zhang Youtao，et al. Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：38-43.
中文引用格式： 李思源，李亞軍，張有濤，等. 一種寬輸入范圍高PSR帶隙基準電路設計[J]. 電子技術應用，2024，50(4)：38-43.
英文引用格式： Li Siyuan，Li Yajun，Zhang Youtao，et al. Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：38-43.
Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference
Li Siyuan1，Li Yajun2，Zhang Youtao2，Qian Feng2
1.Nanjing Electronic Devices Institute； 2.Nanjing Guobo Electronics Co.， Ltd.
Abstract： Based on the actual design requirements of DC-DC chip circuit, this paper designs a bandgap reference circuit with an input voltage range of 2.5~15 V. Through the design of the pre-regulator circuit, the reference voltage output by the bandgap reference core is transformed into a stable current source, and the negative feedback structure is formed to provide a power supply voltage for the bandgap reference core itself, thus increasing the upper limit of the power supply voltage range. Through the voltage selection circuit, the bandgap reference core is directly powered by the power supply voltage when the power supply voltage is lower than 5 V, which broadens the lower limit of the power supply voltage range. At the same time, the pre-regulator circuit and the cascode structure in the bandgap reference core brings good power supply rejection performance to this circuit. This design is based on 0.25μm BCD process, and the schematic diagram, layout design and simulation of the circuit are completed. The results show that this design can output a stable voltage of 0.8 V in the temperature range of -55℃~125℃, and the temperature coefficient is 7.78 ppm/℃. At low frequency, the PSR reaches 159 dB, and the line sensitivity is 0.001 2%.
Key words : bandgap reference；PSR；pre-regulator；voltage selection circuit
引言
大功率射頻組件需要較寬輸入范圍的電源管理模塊，如DC-DC、LDO、電荷泵等。其中，基準電壓的穩定、精度及電源抑制（Power Supply Rejection, PSR）特性決定了DC-DC模塊整體性能的優劣。
近年來，對于寬輸入電壓范圍基準電路結構的研究不在少數，例如：文獻[1]通過威爾遜反饋電流源的設計極大地提高了電源電壓的輸入范圍；文獻[2]則通過NJFET結構壓縮限流電路和壓控電流負反饋結構對外部電源進行兩級限壓限流，提高了寬輸入范圍帶隙基準的電源抑制特性；文獻[3]則依靠配合穩壓二極管的電流源設計擴大了輸入電壓的上限。但能夠實現在較低電源電壓（如3 V以下）至10 V以上電源電壓范圍內正常工作的帶隙基準電路較為少見。本文從寬輸入范圍DC-DC芯片設計的實際需求出發，采用0.25 μm BCD工藝設計了一款電源電壓范圍為2.5~15 V的高PSR帶隙基準電路。通過對預調節電路和電壓檢測電路的優化，該帶隙基準電路得以在較低和較高輸入電壓的范圍內都正常工作，并具備優秀的電源抑制性能。
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作者信息：
李思源1，李亞軍2，張有濤2，錢峰2
（1.南京電子器件研究所，江蘇 南京 210016；2.南京國博電子股份有限公司，江蘇 南京 211111）
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