《電子技術應用》
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一種采用高階曲率補償的帶隙基準源
電子技術應用
黃朝軒1,2,李現坤1,魏敬和1,2
1.中國電子科技集團第五十八研究所;2.集成電路與微系統全國重點實驗室
摘要: 基于0.18 μm BCD工藝,提出了一種具有較低溫度系數的高階曲率補償帶隙基準源。在基本Kuijk帶隙基準的結構基礎上,利用VBE線性化法來進行高階曲率補償,同時保證流過補償雙極晶體管的電流也得到高階補償,兩次高階補償使得帶隙基準源的溫度系數更低。根據仿真結果,該帶隙基準電壓在-55°C ~ 125°C溫度范圍內,輸出電壓的最大壓差為0.376 6 mV,溫度系數為1.762 ppm/°C,低頻時電源抑制比(PSRR)為-73.9 dB。該帶隙基準源已應用于某一高精度的低壓差線性穩壓器(LDO)中。
中圖分類號:TN433 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245083
中文引用格式: 黃朝軒,李現坤,魏敬和. 一種采用高階曲率補償的帶隙基準源[J]. 電子技術應用,2024,50(10):7-13.
英文引用格式: Huang Chaoxuan,Li Xiankun,Wei Jinghe. A bandgap reference source with higher-order curvature compensation[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(10):7-13.
A bandgap reference source with higher-order curvature compensation
Huang Chaoxuan1,2,Li Xiankun1,Wei Jinghe1,2
1.The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group; 2.National Key Laboratory for Integrated Circuits and Microsystems
Abstract: Based on the 0.18 μm BCD process, a higher-order curvature compensation bandgap reference with low temperature coefficient is proposed. On the basis of the basic Kuijk bandgap reference structure, the VBE linearization method is used to perform high-order curvature compensation, while ensuring that the current flowing through the compensating bipolar transistor is also compensated for higher-order. The two higher-order compensations make the temperature coefficient of the bandgap reference source lower. According to simulation results, the bandgap reference voltage has a maximum voltage difference of 0.376 6 mV over a temperature range of -55°C ~ 125°C, a temperature coefficient of 1.762 ppm/°C, and a power supply rejection ratio (PSRR) of -73.9 dB at low frequencies. This bandgap reference source has been applied in a high-precision low-dropout linear regulator (LDO).
Key words : bandgap reference source;higher-order curvature compensation;temperature coefficient;power supply rejection ratio;VBE linearization

引言

帶隙基準源是模擬電路和數模混合電路的重要組成單元,該電路主要應用于低壓差線性穩壓器(Low Dropout Linear Regulator, LDO)、模數轉換器、鎖相環等模塊中,為這些模塊提供穩定的、不隨外界條件變化的電壓或電流[1]。基準電源的穩定與否,決定了整體電路的性能和穩定性。1973年,Kuijk等[2]提出了一種采用三極管、電阻和運算放大器的帶隙基準電路結構。隨著電子技術的不斷發展,傳統基準電壓結構并不能很好地完成設計需求。1980年,Tsividis等[3]提出了IC-VBE溫度特性新的精確公式,討論了溫度高階效應。隨之而來的是低溫漂、高電源抑制比、低噪聲的高階補償基準電壓結構。國內幸新鵬等[4]采用電流模結構,通過VBE線性化法進行高階曲率補償,其問題是補償三級管流經電流仍存在高階項,導致產生的補償電流精確度降低。Zhu等[5]提出利用雙極型晶體管基極電流和電阻的指數特性來進行曲率補償,雖然有效降低了溫漂系數,但是電路面積龐大,而且這些電路只能在-40°C ~ 125°C甚至更窄的溫度范圍內工作。席銀征等[6]在高階補償時采用五管運放進行鉗位,較低的增益使得電壓鉗位效果較差,從而導致產生輸出電壓的精度有限。

針對上述問題,本文對傳統基準結構進行改進,設計了一種新型高階補償結構對輸出電壓進行補償。采用VBE線性化法對基準電壓進行高階補償,通過采用不同的電流鏡進行復制,在完成高階補償的同時,通過對補償雙極晶體管的電流進行高階補償,產生具有更高精度的基準電壓,進一步降低其溫度系數。該設計采用0.18 μm BCD工藝流片,已被應用于一高精度LDO中。


本文詳細內容請下載:

http://www.viuna.cn/resource/share/2000006171


作者信息:

黃朝軒1,2,李現坤1,魏敬和1,2

(1.中國電子科技集團第五十八研究所,江蘇 無錫 214035;

2.集成電路與微系統全國重點實驗室,江蘇 無錫 214035)


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