电流模架构Bandgap设计与仿真

电流模架构Bandgap设计与仿真

0. Bandgap电压基准源

带隙基准作为集成电路中一个重要模块，被广泛应用在低压差线性稳压(LDO)、充电电池保护芯片和通信电路、射频收发器、flash存储器等多种模拟及数模混合集成电路中，并且是片上集成系统(SOC)芯片中不可或缺的部分，为整个芯片提供精确的电压参考点。

1. Bandgap的温度系数补偿原理

带隙基准源的基本原理是将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压。因为传统带隙基准的输出值为1.2V，与硅带隙电压Eg/q值基本相等，所以这种基准电压源形象地称为带隙基准源。

1.1 负温度系数电压

双极晶体管的基极-发射极电压，或者更一般的说，一个正向导通的二极管具有负温度系数，可以写出其正向偏置电流：Ic＝I_sexp(V_BE/V_T),其中VBE为基极-发射极电压，V_T＝kT/q，I_s为饱和电流，有I_s＝bT^4+mexp(-E_g/kT)，b为比例系数，m≈-3/2，Eg为Si的带隙能量，常温下Eg＝1.12ev。V_BE＝V_Tln(I_C/I_S)，V_BE对温度求导有：
式1.1
当V_BE≈800mV时，∂V_BE/∂T≈-1.5mV/K。

1.2 正温度系数电压

当两个晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压的差值与温度成正比：
ΔV_BE＝V_BE1-V_BE2＝V_Tln(nI_C/I_S)-V_Tln(I_C/I_S)＝V_Tln n
式1.2.1
V_BE对温度求导有：式1.2.2
其中k/q≈0.087mV/K。

2. 电流模架构Bandgap分析与设计

2.1 Bandgap结构分析

Bandgap有电流模和电压模两种常见结构，如下所示：

图2-1 电压模架构Bandgap
此结构存在正反馈和负反馈两个环路，为了使