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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:李树镇,冯全源.一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(10):95.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201604085
LI Shuzhen,FENG Quanyuan.Design of a CMOS bandgap reference circuit with high order curvature compensation[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2017,49(10):95.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201604085
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一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计
李树镇,冯全源
(西南交通大学 微电子研究所,成都 611756)
摘要:
为解决传统CMOS带隙基准电压源的温度系数较高的问题,采用高阶曲率补偿方法,提出了一种新型的带隙基准电压源,这种基准电压源的结构简单同时具有良好耗能性能,并且基准电压的温度系数得到一定的优化.利用NMOS管工作在亚阈值区域时漏电流和栅源电压的非线性特性,通过引入与基准电压温度系数成相反趋势的高阶补偿电流,降低基准电压的温度系数,以较少的硬件消耗为代价大幅提高了其温度特性,最后推导出补偿后的基准电压的计算公式.基于0.18 μm BCD工艺进行仿真,结果表明:在-40℃~150℃温度范围内,基准电压的温度系数为6.94×10-6;电源电压VDD在2.5~5.0 V范围内,线性调整率为0.033%,电路在5 V电源电压为下工作电流为7.36 μA;在典型工艺下(TT),电源抑制比(PSRR)为77.4 dB.基准电压的温度特性的理论分析结果与仿真结果吻合较好,通过高阶补偿后,带隙基准电压源表现出优良的性能,满足了带隙基准源的低功耗和低温漂的设计要求.
关键词:  带隙基准  高阶曲率补偿  低功耗  高精度  温度系数
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201604085
分类号:TN433
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金重点项目(61531016);国家自然科学基金面上项目(61271090);四川省科技支撑计划项目(2015GZ0103)
Design of a CMOS bandgap reference circuit with high order curvature compensation
LI Shuzhen,FENG Quanyuan
(Institute of Microelectronics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China)
Abstract:
A bandgap reference is designed with high order curvature compensation method, which has advantages of simple structure, good energy dissipation capacity and an optimized temperature coefficient of the reference voltage. Taking advantage of the nonlinear characteristics between leakage current and gate-source voltage when NMOS is working in the sub-threshold region, the proposed method decreases the temperature coefficient of reference voltage by introducing a high order curvature compensation current of which the temperature coefficient is contrary to reference. The formula of the compensated reference voltage is derived. Based on the 0.18 μm BCD process, the simulation results show that temperature coefficient of reference is 6.94×10-6 in the temperature range of -40 ℃~150 ℃, linear regulation rate is 0.033% in the supply voltage VDD range of 2.5~5.0 V, the supply current is 7.36 μA with 5V power supply, the power supply rejection ratio(PSRR) is 77.4 dB at the Tipical corner(TT). The theoretical analysis results of reference agree well with the simulated results. The bandgap reference voltage source shows excellent performance vias the high order compensation, which satisfies the requirement of low power consumption and low temperature drift in bandgap reference designing.
Key words:  bandgap reference  high order curvature compensation  low power consumption  high-precision performance  temperature coefficient

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