高精度分段线性补偿基准电压源-AET-电子技术应用

高精度分段线性补偿基准电压源

2022年电子技术应用第3期

奚冬杰，徐晴昊

中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214035

摘要： 介绍了一种新型电压基准电路，基于分段线性补偿方式设计了一种高精度基准电压源。利用与温度成正比的电流(IPTAT)和与温度成反比的电流(ICTAT)做差，从而获得用于基准电压源曲率补偿的分段线性电流。将电路整个工作温度区间分为两段，利用分段线性电流完成补偿，且增加三极管基极电流补偿技术，最终得到高精度的基准输出电压。仿真结果表明，在-55 ℃~125 ℃温度范围时，基准电压源温度系数为1.208×10-6/℃，低频时电源抑制比低于-88 dB。当电源电压从2.5 V升至5 V时，线性调整率为0.108 mV/V。

关键词： 基准电压分段线性补偿温度系数电源抑制比

中图分类号： TN433
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212101
中文引用格式： 奚冬杰，徐晴昊. 高精度分段线性补偿基准电压源[J].电子技术应用，2022，48(3)：41-44.
英文引用格式： Xi Dongjie，Xu Qinghao. High precision piecewise linear compensated voltage reference[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(3)：41-44.

High precision piecewise linear compensated voltage reference

Xi Dongjie，Xu Qinghao

No.58 Institue，China Electronic Technology Group Corporation，Wuxi 214035，China

Abstract： A innovative and high precision piecewise linear compensated voltage reference was designed in this paper. The current proportional to temperature(IPATA) and the current inversely proportional to temperature(ICTAT) was used to obtain the piecewise linear current for the curvature compensation of the voltage reference source. The whole working temperature range of the circuit was divided into two sections, finally high precision voltage reference was obtain by piecewise linear and bipolar base current compensation method. The simulation results show that in the temperature range of -55 ℃ to 125 ℃, the temperature coefficient of the voltage reference is 1.208 ppm/℃, and the power supply rejection ratio is lower than -88 dB at low frequency. When the supply voltage changes from 2.5 V to 5 V, the line regulation is 0.108 mV/V.

Key words : voltage reference；piecewise linear compensation；temperature coefficient；PSRR

0 引言

带隙基准电压源(Bandgap Voltage Reference，BGR)作为IC设计中一个重要的基础单元模块，被广泛应用于电源管理、A/D和D/A转换器以及数模混合等集成电路。理想情况下基准电压源输出一个不随温度、电源电压和工艺变化而变化的参考电压，其精度限制了所有IC系统所能达到的性能上限，因此研究如何设计一个高精度输出的基准电压源具有重要意义^[1-3]。

随着片上系统(SoC)和便携式穿戴设备的高速发展，传统带隙基准的精度已难以满足现代集成电路的设计需求。传统带隙基准采用一阶补偿结构，其采用具有固定正温度系数的电压(VPTAT)来补偿VBE的负温度系数，经补偿后的电压仍存在高阶非线性温度系数分量。因此传统带隙基准温度系数受补偿误差限制，仅在补偿温度点附近具有最小温度系数，随工作温度范围的增加基准输出精度急剧恶化^[4-5]。

针对一阶补偿因固有缺陷所导致输出电压精度受限问题，业内提出了指数型电流补偿、亚阈值MOS补偿和不同电阻温度系数补偿等解决方案。但上述高阶补偿方案存在与标准CMOS工艺不兼容、电路结构复杂、高噪声、功耗大和因模型精度不足导致产品良率下降等问题。为此本文设计了一种高精度分段线性补偿基准电压源设计方案，首先将PTAT电流和CTAT电流做差获得分段线性补偿电流，其次将电路整个工作温度区间分为两段后利用分段线性补偿电流完成补偿，然后通过增加三极管基极电流补偿结构进一步提升基准输出精度。最终所设计BGR在2.5 V~5 V电源电压下以及-55 ℃~125 ℃温度范围内温度系数为1.208 ppm/℃，具有功耗低、结构简单和未使用NPN三极管可与标准CMOS工艺兼容等优势。

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作者信息：

奚冬杰，徐晴昊

(中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214035)

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