非线性补偿的低温漂低功耗CMOS带隙基准源的设计

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1、第38卷第1期电子科技大学学报Vol.38No.12009年1月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaJan.2009非线性补偿的低温漂低功耗CMOS带隙基准源的设计吴志明，杨鹏，吕坚，蒋亚东(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054)【摘要】设计了一种基于电流模式的具有非线性补偿的低温漂低功耗带隙基准电压源,在传统电路的基础上增加一个三极管和两个电阻达到对双极型晶体管的发射结电压VBE中与温度相关的非线性项的补偿。电路采用CSMC0.5µmDPTMCMOS工艺制造。该电

2、路结构简单，在室温下的输出电压为1.217V，在-40℃～125℃的范围内温度系数为4.6ppm/℃，在2.6～4V之间的电源调整率为1.6mV/V。在3.3V的电源电压下整个电路的功耗仅为0.21mW。关键词带隙基准源;CMOS;低功耗;低温漂;非线性补偿中图分类号TN432文献标识码ADesignofLowTemperatureDriftandLowPowerConsumptionCMOSBandgapReferencewithNonlinearCompensationWUZhi-ming,YANGPeng,LÜJian,andJIANGYa-dong(State

3、KeyLaboratoryofElectronicThin-filmandIntegratedDevices,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaChengdu610054)AbstractAnonlinearcompensatedbandgapreferencebasedoncurrent-modeisdesigned,Thereferenceexhibitslowtemperaturedriftandlowpowerconsumption.Thetemperature-relatednonlineari

4、temintheVBFofabipolartransistorcanbecompensatedbyaddingabipolartransistorandtworesistorstoconventionalcircuit.ImplementedinCSMC0.5µmdoublepolytriplemetalCMOStechnology,theproposedbandgapreferencedeliversanoutputvoltageof1.217Vwith3.3Vsupplyat27°C.Atemperaturecoefficientof4.6ppm/°Cfrom-4

5、0°Cto125°Candalineregulationof1.6mV/Vfrom2.6Vto4Vareachievedaftertrimming.Thepowerdissipationofthecircuitisjust0.21mWwith3.3Vsupply.Keywordsbandgapreference;CMOS;lowpowerconsumption;lowtemperaturedrift;nonlinearcompensated带隙基准电压源以其良好的温度稳定性和电源的CMOS带隙基准电压源，在传统电路的基础上只抑制特性而被广泛应用于模/数转换器、数/模转

6、换增加一个三极管和两个电阻就达到对VBE中与温度器、开关电源以及存储器等数模混合信号集成电路相关的非线性项的补偿。该基准源具有很高的温度中，其性能好坏直接影响到整个电路功能的实现。稳定性，而且可以通过调节电阻的比值而获得较大随着数据转换精度的不断提高，传统带隙基准源的范围的基准输出电压，运用十分灵活。精度已很难满足电路设计的需要。1带隙基准的基本原理近年来，国内外已相继报道了多种以曲率补偿的方法减小温漂的方法，包括二阶温度补偿、指数在CMOS技术中，带隙基准源设计的基本思想温度补偿、分段线性补偿、利用不同材料的电阻相是选择适当的系数，将具有正温度特性的热电压VT反的温

7、度特性进行补偿以及其他各种补偿方法[1-8]。与具有负温度特性的双极型晶体管的VBE相加，从而[9]但是文献[1-5]中电路的结构复杂，占用芯片面积很得到一个近似与温度无关的输出。传统的基于电[10]大；文献[6]中电路受工艺限制较大，在相同工艺下，流模式的带隙基准原理图如图1所示。处于深度负很难通过改进电路结构提高电路的性能；文献[7]中反馈的运放强制A、B两点的电压近似相等，因此R1电路采用的是BiCMOS工艺，成本较高。和R2上流过的电流I1和I2分别为本文设计了一种基于电流模式的具有曲率补偿I=(V-V)/R=VlnNR/(1)1EB1EB2