一種新型高精度CMOS帶隙基準源的設計

摘 要:提出一種標準CMOS工藝結構的低壓、低功耗電壓基準源，工作電壓為5～10 V。利用飽和態MOS管的等效電阻特性，對PTAT基準電流進行動態電流反饋補償，設計了一種輸出電壓為1.3 V的帶隙基準電路。使輸出基準電壓溫度系數在-25～+120 ℃范圍的溫度系數為7.427 ppm/℃，在27 ℃時電源電壓抑制比達82 dB。該基準源的芯片版圖面積為0.022 mm2，適用于低壓差線性穩壓器等領域。

關鍵詞:帶隙基準源; 溫度系數; 動態反饋補償; CMOS

中圖分類號:TN710 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0007-03

Design of a Novel CMOS Band-gap Voltage Reference with High Precision

NIU Zong-chao， YANG Fa-shun， DING Zhao， WANG Ji-shi， MA Kui， ZHANG Zheng-ping

(College of Science，Guizhou University， Guiyang 550025， China)

Abstract: A low-voltage low-power consumption reference source with standard CMOS technology is studied， whose operating voltage is 5~10V. The dynamic current feedback compensation is performed with equivalent resistance characteristic of saturated MOS for the PTAT current， and a band-gap reference circuit with output voltage of 1.3V is designed. The output reference voltage temperature coefficient of 7.427in -25~ 120 ℃， a PSRR up to 88dB at 27 ℃， the occupied chip area is 0.022.It is fit for the field of low dropout regulator and so on.

Keywords: band-gap reference; temperature coefficient; dynamic feedback compensation; CMOS

0 引 言

模擬電路中廣泛地包含電壓基準(reference voltage)和電流基準(current reference)。在數/模轉換器、模/數轉換器等電路中，基準電壓的精度直接決定著這些電路的性能[1]。這種基準應該與電源和工藝參數的關系很小，但是與溫度的關系是確定的。在大多數應用中，所要求的溫度關系通常分為與絕對溫度成正比(PTAT)和與溫度無關2種[2]。

近年來有研究指出[3]，當漏電流保持不變時，工作在弱反型區晶體管的柵源電壓隨著溫度升高而在一定范圍內近似線性降低。基于該特性，帶隙基準源所采用的基極-發射極結可以被工作在弱反型區的晶體管代替產生低溫度系數的基準源[4]。文獻[5]中提到采用該設計原理的基準源，利用0.13 μm工藝的低閾值電壓NMOS管和襯底調整的PMOS管實現其中的放大器。本文所采用的基準源電路利用傳統帶隙基準源的核心電路原理，通過飽和狀態MOS等效電阻對PTAT電流動態反饋補償，基本實現了基準源的穩定要求。

1 帶隙基準源的基本原理

帶隙基準源可以在0～70 ℃的溫度范圍內有10 ppm/℃的溫度系數[6]。……