[发明专利]输出电压可调节的带隙基准电压电路

说明书

技术领域

本发明涉及模拟电子集成电路，具体地说，是一种带隙基准电压电路。

背景技术

基准电压源或电压参考(Voltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。随着集成电路规模的不断增大，尤其是系统集成技术(SOC)的发展，它也成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。在许多集成电路和电路单元中，如数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、线性稳压器和开关稳压器，都需要精密而又稳定的电压基准。在数模转换器中，DAC根据呈现在其输入端上的数字输入信号，从DC基准电压中选择和产生模拟输出；在模数转换器中，DC电压基准又与模拟输入信号一起用于产生数字化的输出信号。在精密测量仪器仪表和广泛应用的数字通信系统中都经常把基准电压源用作系统测量和校准的基准。因此，基准电压源在模拟集成电路中占有很重要的地位，它直接影响着电子系统的性能和精度。基准源主要有齐纳二极管、掩埋齐纳二极管和带隙电压基准三种结构。

带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性。利用ΔV_BE的正温度系数与双极型晶体管V_BE的负温度系数相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。双极型晶体管提供发射极偏压V_BE，由两个晶体管之间的ΔV_BE产生V_T，通过电阻网络将V_T放大α倍；最后将两个电压相加，即V_REF＝V_BE+αV_T，适当选择放大倍数α，使两个电压的温度漂移相互抵消，从而得到在某一温度下的零温度系数的电压基准。下面详细推导这个原理。

对于一个双极型晶体管NPN，其电流与电压的关系为：

I_C＝I_S exp(V_BE/V_T)            公式(1)

$V_T=\frac{\mathrm{kT}}{q}$                                         公式(2)

其中，I_S是基极-发射极(BE结)的反向饱和电流，k是Boltzmann常数，q是电子电量，T是绝对温度。正常工作时，三极管基极-发射极电压电流和电压的关系为：

$V_{\mathrm{BE}}=V_T\ln \left(\frac{I_C}{I_S}\right)$                                         公式(3)

通过对T取导数，设I_C保持不变，最后求得：