一种结构简单的曲率补偿CMOS带隙基准源

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1、２００８年８月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ａｕｇ．２００８第３５卷第４期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．４一种结构简单的曲率补偿犆犕犗犛带隙基准源曹寒梅１，杨银堂１，蔡伟２，陆铁军２，王宗民２（１．西安电子科技大学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室，陕西西安７１００７１；２．北京微电子技术研究所，北京１０００７６）摘要：提出了一种结构简单新颖的高性能曲率补偿带隙电压基准源．电路设计中没有采用典型结构中的差分放大器，而是采用负反馈技术实现电压箝位，简化了电路结构；输出部分采用调节型共源共栅结构，保证了高的电源抑制比．整个电路采用ＳＭＩＣ０．１８μｍ标

2、准ＣＭＯＳ工艺实现，并用ＨＳＰＩＣＥ进行仿真，结果表明所设计的电路在－４５℃～１２５℃范围内的温度系数为１２．９×１０－６／℃，频率为１０Ｈｚ时的电源抑制比为６７．２ｄＢ．该结构可应用于高速模数转换器的设计中．关键词：负反馈箝位；带隙电压基准源；高温度稳定性中图分类号：ＴＮ４３２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００８）０４０６２００４犖狅狏犲犾犮狌狉狏犪狋狌狉犲犮狅犿狆犲狀狊犪狋犲犱犆犕犗犛犫犪狀犱犵犪狆狉犲犳犲狉犲狀犮犲犫犪狊犲犱狅狀狋犺犲狀犲犵犪狋犻狏犲犳犲犲犱犫犪犮犽犮犾犪犿狆狋犲犮犺狀犻狇狌犲１，犢犃犖犌犢犻狀狋犪狀犵１，犆犃犐犠犲犻２，犔犝犜犻犲犼狌狀２，

3、犠犃犖犌犣狅狀犵犿犻狀２犆犃犗犎犪狀犿犲犻（１．ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＫｅｙＬａｂ．ｏｆＷｉｄｅＢａｎｄＧａｐＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｖｉｃｅｓ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｓｉｓｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＡｎｏｖｅｌｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＣＭＯＳｂａｎｄｇａｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＩｎｓｔｅａｄｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ

4、ｌＡｍｐｓｕｓｅｄｉｎｔｙｐｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｕｓｅｄｔｏｃｌａｍｐｎｏｄｅｖｏｌｔａｇｅｓ，ｔｈｕｓｓｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎ．Ａｒｅｇｕｌａｔｅｄｃａｓｃａｄｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｒｅｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ（ＰＳＲＲ）．ＴｈｅｅｎｔｉｒｅｃｉｒｃｕｉｔｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎＳＭＩＣｓｔａｎｄａｒｄ０．１８μｍＣＭＯＳｐｒｏｃｅｓｓ．ＲｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＨＳＰＩＣＥｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃ

5、ｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎ－６／℃，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅＰＳＲＲｉｓ６７．２ｄＢａｔ１０Ｈｚ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏ－４５℃～１２５℃ｉｓ１２．９×１０ｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎａｌｏｇｔｏｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｎｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｌａｍｐ；ｂａｎｄｇａｐｖｏｌｔａｇｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ在模／数转换器、数／模转换器等集成电路设计中，低温度系数、低功耗、高电源抑制比（ＰＳＲＲ）的基准源设［１］计是关键．带隙基准源（ＢＧＲ）由于具有高电源抑制比和低温度系数等优点而获得

6、了广泛的研究和应用．但［２，３］是，典型的ＢＧＲ一般都采用运放进行电压箝位，使得电路设计相对复杂．笔者设计了一种适用于主流ＣＭＯＳ工艺的高性能曲率补偿带隙电压基准源．电路设计中没有采用典型结构中的差分放大器，而是采用负反馈技术实现电压箝位，大大简化了电路结构；输出部分采用调节型共源共栅结构，保证了高的电源抑制比．１典型带隙电压基准源的原理图１为典型的带隙电压基准源的示意图．运算放大器的作用是使电路处于深度负反馈状态，确保节点１和２的电位相等，因此两个ＰＮＰ管犙，犙的基极发射极电压差为Δ犞（犖）＝犐，其中犖是１２ＢＥ＝犞犜ｌｎ１犚１犙１，犙２的发射结面积之比．收稿日期：２００７０９１８基金

7、项目：国家自然科学基金资助（６０４７６０４６，６０６７６００９）作者简介：曹寒梅（１９７９），女，西安电子科技大学博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｆｌｙｓｎｏｗ１９７８＠１６３．ｃｏｍ．第４期曹寒梅等：一种结构简单的曲率补偿ＣＭＯＳ带隙基准源６２１由于犕和犕的镜像作用，电流犐和犐相等，故输出基准电压为３４１２犞ｒｅｆ＝犞ＢＥ２＋（犚２犞犜／犚１）ｌｎ（犖）．（１）基极发射极电压犞室温下的温度系数约为