《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種采用高階曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源
電子技術(shù)應(yīng)用
黃朝軒1，2，李現(xiàn)坤1，魏敬和1，2
1.中國電子科技集團(tuán)第五十八研究所；2.集成電路與微系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
摘要： 基于0.18 μm BCD工藝，提出了一種具有較低溫度系數(shù)的高階曲率補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源。在基本Kuijk帶隙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用VBE線性化法來進(jìn)行高階曲率補(bǔ)償，同時(shí)保證流過補(bǔ)償雙極晶體管的電流也得到高階補(bǔ)償，兩次高階補(bǔ)償使得帶隙基準(zhǔn)源的溫度系數(shù)更低。根據(jù)仿真結(jié)果，該帶隙基準(zhǔn)電壓在-55°C ~ 125°C溫度范圍內(nèi)，輸出電壓的最大壓差為0.376 6 mV，溫度系數(shù)為1.762 ppm/°C，低頻時(shí)電源抑制比（PSRR）為-73.9 dB。該帶隙基準(zhǔn)源已應(yīng)用于某一高精度的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）中。
中圖分類號：TN433 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245083
中文引用格式： 黃朝軒，李現(xiàn)坤，魏敬和. 一種采用高階曲率補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(zhǔn)源是模擬電路和數(shù)?；旌想娐返闹匾M成單元，該電路主要應(yīng)用于低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Linear Regulator, LDO）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、鎖相環(huán)等模塊中，為這些模塊提供穩(wěn)定的、不隨外界條件變化的電壓或電流[1]?；鶞?zhǔn)電源的穩(wěn)定與否，決定了整體電路的性能和穩(wěn)定性。1973年，Kuijk等[2]提出了一種采用三極管、電阻和運(yùn)算放大器的帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)基準(zhǔn)電壓結(jié)構(gòu)并不能很好地完成設(shè)計(jì)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(yīng)。隨之而來的是低溫漂、高電源抑制比、低噪聲的高階補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓結(jié)構(gòu)。國內(nèi)幸新鵬等[4]采用電流模結(jié)構(gòu)，通過VBE線性化法進(jìn)行高階曲率補(bǔ)償，其問題是補(bǔ)償三級管流經(jīng)電流仍存在高階項(xiàng)，導(dǎo)致產(chǎn)生的補(bǔ)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(shù)特性來進(jìn)行曲率補(bǔ)償，雖然有效降低了溫漂系數(shù)，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(nèi)工作。席銀征等[6]在高階補(bǔ)償時(shí)采用五管運(yùn)放進(jìn)行鉗位，較低的增益使得電壓鉗位效果較差，從而導(dǎo)致產(chǎn)生輸出電壓的精度有限。

針對上述問題，本文對傳統(tǒng)基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型高階補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償。采用VBE線性化法對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行高階補(bǔ)償，通過采用不同的電流鏡進(jìn)行復(fù)制，在完成高階補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，通過對補(bǔ)償雙極晶體管的電流進(jìn)行高階補(bǔ)償，產(chǎn)生具有更高精度的基準(zhǔn)電壓，進(jìn)一步降低其溫度系數(shù)。該設(shè)計(jì)采用0.18 μm BCD工藝流片，已被應(yīng)用于一高精度LDO中。


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作者信息：

黃朝軒1，2，李現(xiàn)坤1，魏敬和1，2

（1.中國電子科技集團(tuán)第五十八研究所，江蘇 無錫 214035；

2.集成電路與微系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214035）


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