带隙基准原理

1、集成电路版图设计集成电路版图设计主讲主讲 李斌李斌E_mail:bin_西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 信息类专业课程带隙基准的基本原理与结构带隙基准的基本原理与结构基准源广泛应用于各种基准源广泛应用于各种模拟集成电路模拟集成电路、数模混合数模混合信号信号集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。在性直接决定整个系统的精度。在模数转换器模数转换器(ADC)(ADC)、数模转换器数模转换器(DAC)(DAC)、动态存储器动态存储器(DRAM)(DRAM)等集成电路设计中，等集成电路设计中，低温度系数低温度系数、

2、高电源抑制比高电源抑制比(PSRR)(PSRR)的基准源的基准源设计十分关键。设计十分关键。工作原理工作原理为了得到与温度无关的电压源，其基本思路是将为了得到与温度无关的电压源，其基本思路是将具有具有负温度系数的电压负温度系数的电压与具有与具有正温度系数的电压正温度系数的电压相加，它们的结果就能够相加，它们的结果就能够去除温度去除温度的影响，实现的影响，实现接近接近0温度系数温度系数的工作电压（的工作电压（zero TC）。）。1 122REFVVV12120VVTT工作原理工作原理(一一)、负温度系数的实现负温度系数的实现双极型晶体管的双极型晶体管的基极基极-发射极电压发射极电压具有具有负温

3、度系负温度系数数。原理：原理：集电极电流集电极电流：exp(/)CSBETIIVV/0.026TVKTqVln(/)BETCSVVIIln()BETCTSSSVVIVITTIIT4exp()gmSEIbTkT其中其中温度求导温度求导其中其中可得可得b为比例系为比例系数数,m为为-1.51 122REFVVV工作原理工作原理4exp()gmSEIbTkT342(4)exp()exp()gggmmSEEEIbm TbTTkTkT kT对其温度求导对其温度求导ln(/)BETCSVVIITTVkVTqTln()BETCTSSSVVIVITTIIT(4)0gBETBEEVm VVqTT工作原理工作原理

4、(二二)、正、正温度系数的实现温度系数的实现若若两个双极晶体管两个双极晶体管工作在工作在不相等的电流密不相等的电流密度下，那么它度下，那么它们的们的基极基极-发射极电压差值发射极电压差值就与就与绝对温度绝对温度成正比成正比12lnlnln( )BEBEBETTTSSVVVIIVVVnInIn可以由许多三极管并联来可以由许多三极管并联来实现实现ln( )BETVVnTT1 122REFVVV基本结构基本结构（三）（三）通过通过正温度系数正温度系数和和负温度系数负温度系数的叠加可以消除整的叠加可以消除整个电路的温度系数个电路的温度系数。利用放大器两个输入端的电压。利用放大器两个输入端的电压近似相等

5、就可以很方便得将正负温度系数特性结合近似相等就可以很方便得将正负温度系数特性结合起来起来1 122REFVVV122122()OUTBEBEBEXZVVVVVV证明证明由放大器输入端由放大器输入端“虚断虚断”可得：可得：2232233()()OUTBEYZBEVVI RRVVVRRR22332233()()XZXYOUTBEBEBEVVVVVVRRRVVRRR122122()OUTBEBEBEXZVVVVVV12lnlnln( )BEBEBETTTSSVVVIIVVVnInI2233ln( )()TOUTBEVnVVRRR2233()ln( )OUTBETVVVRRnTTTR22322333()()XZBEOUTBEBEVVVVVRRVRRRR(4)-1.5m/gBETBEEVm VVqVKTT2233()ln( )OUTBETVVVRRnTTTR0OUTVT令23(1)ln( ) 17.2RnR为了得到零温度系数为了得到零温度系数当当VBE=0.75V，T=300K为了保证两个三极管对称，为