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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。

關鍵詞： 帶隙基準源高階曲率補償溫度系數電源抑制比 VBE線性化

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。

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http://m.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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