电路结构与分析 - 新型电流模式曲率补偿带隙基准源设计

　　实现低压工作和曲率补偿的完整电路结构如图3所示。该电路共包含了5个部分：2个电流生成电路，1个偏置电路，1个启动电路和1个电流相减电路。图中IREF1是2个电流之和，由传统的带隙基准电路产生，可表示为：

　　通过电流镜的镜像，得到IREF为：

　　式中：K1是M3和M2的宽长比比值;K2是M9和M7的宽长比比值。因为Q1a和Q1b的集电极电流为PTAT电流IPTAT，而Q2的集电极电流为与温度无关的电流IREF，回顾式(3)，VebQ1a和VebQ2可分别写成：

　　通过改变RREF的阻值，可以得到数值在VDSsat(M9)和VDD-|VDSsat(M3)|之间的任何电压值。晶体管M1～M4工作在饱和区，当漏端电流减小时，它们的源漏电压可以很小。所以，该带隙电路的VDD理论上可以降至Veb(典型情况为0.7 V)。上述电路中，电流镜被充分使用，不但用于产生参考电流，管Q2的偏置电流，还用于偏置运放。为了最大限度地减小电流镜的失配，管子的长度应取足够长，并且输出电压取值宜在0.6 V左右。Ms1～Ms5构成了启动电路，以避免电路工作在零电流状态。Ms2的宽长比应小于1，确保电路启动后Ms3～Ms5是完全关断的。

　　3 仿真验证

　　采用标准0.18μm CMOS工艺进行设计验证，HSpice仿真结果表明，该电路能在1～2.1 V的电源电压范围内正常工作，并得到0.9 mV/V的电源调整率。图4为电源电压在0～2.1 V变化范围内，温度300 K时参考电压的输出波形。图5显示了输出参考电压VREF的温度特性，在-55～+125℃的温度范围内，该电路平均输出电压为623 mV，温度系数达到4.2 ppm/℃。

　　4 结语

　　本文提出了一种新颖的曲率补偿带隙基准结构。通过3个具有不同温度依赖性质的电流的适当叠加，从而产生一个具有极低温度系数的参考电压。仿真结果表明，该电路在1 V电源电压下仍能正常工作。并且，在-55～+125℃的温度范围内，其温度系数仅为4.2 ppm/℃。