带曲率补偿、工作电压1.2 V、可调带隙基准电压电路

5 运放设计

带隙基准电压电路也可以由PMOS和NMOS管构成的简单放大电路和双极型晶体管组成，但是要得到比较高的电源抑制，一般都采用运放[1]。本设计所用到的三种带隙基准电压电路都是采用同一个运放。为得到较大的开环增益，该运放采用图2所示两级共栅共源结构，工作电压2.5 V，输入共模范围：O.7～1.7 V，输出电压摆幅：0.45～2.35 v，运放开环增益85 dB，相位裕度55°，单位增益带宽30 MHz，功耗0.645 mw。图5为运放具体结构。

运放里面包含一个25μA的参考电流源，在文献所提到的结构，由于电阻的温度系数比较大，在-25～125℃的温度扫描中，在大于某一温度以后运放会不再工作，原因是电阻上电压的变化，使得该参考电流源中的MOS管不再工作在饱和区，为了解决这个问题，用一个PMOS管M44代替原来的电阻，使得各个管子在-25～125℃的温度范围里都工作在饱和区。该参考电流源具有自启动和自关闭的功能，体现在NMOS管M50上，对其进行0～3 V供电电压进行变量扫描，从流过M50的电流可以看到M50在供电电压上升到O.25 V的时候会自动开启，有12.81 pA的微小电流流过，在2.17 V会自动关闭。当电路开始工作，电压瞬间从0变化到2.5 V，M50会有一个开启和关断的过程，从后面所用1.2 V工作电压来看，发现M50在这个电压下一直处于开启状态，但是仔细计算功耗，会发现即使M50一直处于开启状态，他对整个电路的影响也是微乎其乎，因为增加M50的前提是保证电流源能够开启。



通过对3种带隙基准电路进行仿真，标识电路所有节点的电压，可以看到运放正常工作，而且在-25～125℃温度扫描中，两个输入端Vin+和Vin-的节点电压相等，实现运放理想状态的虚短。

6 工作在1.2 V的带隙基准电压电路

随着工艺的不断发展和降低功耗的要求，电路的工作电压不断地降低。

在仿真和分析运放时，运放中的参考电流源在0.25 V电压下就会开启，通过对图3电路工作电压从O～3 V进行扫描，我们发现工作电压大于1 V以后图6电路就可以正常工作，为保证电路稳定工作，工作电压可以取1.2 V。

通过-25～125℃VREF的仿真结果，计算出温度系数TC=5.34 ppm/℃。对电源电压进行1.1～1.3 V扫描，VREF从625 mV变化到622.4 mV，PSRR=32.8 dB。温度系数比工作在2.5 V下的温度系数TC=3.10 ppm/℃大了很多。计算电路功耗为0.36 mW，如果从低压和功耗这两个方面来考虑，该电路也同样具有可行性。

7 结 语

通过对3种带隙基准电压电路进行分析和仿真，比较3种电路的实验结果。如果要求较小的温度系数，可以选择带曲率补偿可调节的带隙基准电压电路，使其在2.5 V工作电压下工作，在-25～125℃的范围内，TC=3.10 ppm/℃，PSRR=54.6 dB，功耗为0.859 mW。如果要求较低的工作电压，电路可以工作在1.2 V下，功耗为0.36 mW，但是前提是牺牲一定的温度系数和电源电压抑制比，因为在1.2 V电压下，运放工作稳定性会相对较差。