高级基准电压Vbandgap IC设计

高级基准电压Vbandgap IC设计:在本文中，主要讨论在CMOS 技术中基准产生的设计着
重于公认的“带隙”技术，即是与电压，温度变化无关的基准电压。
[关键词]电压基准，电流基准，正负温度系数电压，带隙基准，运算放大
器，同相比例运放
一、 前言
模拟电路广泛地包含电压基准和电流基准。这种基准是直流量，它与电源和工艺参数的关系很小，但与温度的关系是确定的。例如，一个差分对的偏置电流就必须根据基准产生，因为它会影响到电路的电压增益和噪声。在像A/D 和D/A 转换器这样的系统中，也需要基准来确定其输入或输出的全程范围。所以产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。在大多数应用中，所要求的温度关系采取下面三种形式中的一种：
◆ 与绝对温度成正比（PTAT）;
◆ 常数Gm 特性，即就是一些晶体管的跨导保持常数;
◆ 与温度无关。
二、 与电源无关的偏置
与电源无关的偏置主要有电流和电压，这二者不会随电源 VDD 的变化而改变，即使是在电源上电或掉电的过程这二个偏置都是保持常数，当然前提是要电源VDD 处于低频变化。举个例子，在IC 设计中有这样的情况，当VDD 由3V 到5V 范围变化时，常常会要求基准电压或电流随VDD 的变化不动而给OPAMP，OSC 等电路所用。所以电流基准常常要用到镜像电流，而电压基准要用到恒定电压1.25V(简称Bandgap 电压)，以至通过放大器经过同相/反相比例运算放大到更高的电压值。
三、 与温度无关的基偏
如果将两个具有相反温度系数（TCs）的量以适当的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数。例如，对于随温度变化向相反方向的电压V1 和V2 来说，选取a1 和a2 使得a1∂ V1/∂ T+a2∂ V2/∂ T=0，这样就得到了具有零温度系数的电压基准，Vref=a1V1+a2V2。在半导体工艺中，双极晶体管的特性参数被证实有最好的正温度和负温度系数，而MOS 管的正温度和负温度系数特性较差。