一种宽输入范围高PSR带隙基准电路设计
电子技术应用
李思源1，李亚军2，张有涛2，钱峰2
1.南京电子器件研究所；2.南京国博电子股份有限公司
摘要： 从DC-DC芯片电路的实际设计需求出发，设计了一款输入电压范围在2.5~15 V的带隙基准电路。通过预调节电路的设计，带隙基准核输出的基准电压转化为一个稳定的电流源，形成的负反馈结构给带隙基准核自身提供供电电压，提高了电源电压范围上限；通过电压选择电路，在电源电压低于5 V时使带隙基准核直接由电源电压供电，拓宽了电源电压范围的下限。同时，预调节电路和带隙基准核中共源共栅结构为电路带来了良好的电源抑制特性。设计基于0.25 μm BCD工艺，完成了原理图、版图设计以及仿真，结果表明设计在-55 ℃~125 ℃的温度范围内，可以输出稳定的0.8 V电压，温度系数为7.78 ppm/℃；低频条件下PSR达到159 dB，线性调整率为0.001 2%。
中图分类号：TN402 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234751
中文引用格式： 李思源，李亚军，张有涛，等. 一种宽输入范围高PSR带隙基准电路设计[J]. 电子技术应用，2024，50(4)：38-43.
英文引用格式： Li Siyuan，Li Yajun，Zhang Youtao，et al. Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：38-43.
中文引用格式： 李思源，李亚军，张有涛，等. 一种宽输入范围高PSR带隙基准电路设计[J]. 电子技术应用，2024，50(4)：38-43.
英文引用格式： Li Siyuan，Li Yajun，Zhang Youtao，et al. Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：38-43.
Design of a wide-input-range and high-PSR bandgap reference
Li Siyuan1，Li Yajun2，Zhang Youtao2，Qian Feng2
1.Nanjing Electronic Devices Institute； 2.Nanjing Guobo Electronics Co.， Ltd.
Abstract： Based on the actual design requirements of DC-DC chip circuit, this paper designs a bandgap reference circuit with an input voltage range of 2.5~15 V. Through the design of the pre-regulator circuit, the reference voltage output by the bandgap reference core is transformed into a stable current source, and the negative feedback structure is formed to provide a power supply voltage for the bandgap reference core itself, thus increasing the upper limit of the power supply voltage range. Through the voltage selection circuit, the bandgap reference core is directly powered by the power supply voltage when the power supply voltage is lower than 5 V, which broadens the lower limit of the power supply voltage range. At the same time, the pre-regulator circuit and the cascode structure in the bandgap reference core brings good power supply rejection performance to this circuit. This design is based on 0.25μm BCD process, and the schematic diagram, layout design and simulation of the circuit are completed. The results show that this design can output a stable voltage of 0.8 V in the temperature range of -55℃~125℃, and the temperature coefficient is 7.78 ppm/℃. At low frequency, the PSR reaches 159 dB, and the line sensitivity is 0.001 2%.
Key words : bandgap reference；PSR；pre-regulator；voltage selection circuit
引言
大功率射频组件需要较宽输入范围的电源管理模块，如DC-DC、LDO、电荷泵等。其中，基准电压的稳定、精度及电源抑制（Power Supply Rejection, PSR）特性决定了DC-DC模块整体性能的优劣。
近年来，对于宽输入电压范围基准电路结构的研究不在少数，例如：文献[1]通过威尔逊反馈电流源的设计极大地提高了电源电压的输入范围；文献[2]则通过NJFET结构压缩限流电路和压控电流负反馈结构对外部电源进行两级限压限流，提高了宽输入范围带隙基准的电源抑制特性；文献[3]则依靠配合稳压二极管的电流源设计扩大了输入电压的上限。但能够实现在较低电源电压（如3 V以下）至10 V以上电源电压范围内正常工作的带隙基准电路较为少见。本文从宽输入范围DC-DC芯片设计的实际需求出发，采用0.25 μm BCD工艺设计了一款电源电压范围为2.5~15 V的高PSR带隙基准电路。通过对预调节电路和电压检测电路的优化，该带隙基准电路得以在较低和较高输入电压的范围内都正常工作，并具备优秀的电源抑制性能。
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作者信息：
李思源1，李亚军2，张有涛2，钱峰2
（1.南京电子器件研究所，江苏 南京 210016；2.南京国博电子股份有限公司，江苏 南京 211111）
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