一种发动机高温差环境下的基准电压源电路

根据汽车发动机控制芯片的工作环境，针对常见的温度失效问题，提出了一种应用在发动机控制芯片中的带隙基准电压源电路。该电路采用0.18 μm CMOS工艺，采用电流型带隙基准电压源结构，具有适应低电源电压、电源抑制比高的特点。同时还提出一种使用不同温度系数的电阻进行高阶补偿的方法，实现了较宽温度范围内的低温度系数。仿真结果表明，该带隙基准电路在-50℃~+125℃的温度范围内，实现平均输出电压误差仅5.2 ppm/℃，可用于要求极端严格的发动机温度环境。该电路电源共模抑制比最大为99 dB，可以有效缓解由发动机在不同工况下产生的电源纹波对输出参考电压的影响。 在汽车动力系统中，发动机控制芯片扮演着至关重要的角色，它包含了各种传感器接口、ADC（模数转换器）和控制器等模拟与数字电路模块。在极端的温度环境下，这些电路的稳定性至关重要。针对这一需求，文章提出了一种适用于发动机高温差环境的基准电压源电路，该电路特别设计用于汽车发动机控制芯片，以解决由于温度变化导致的失效问题。 电路采用了0.18微米的CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺，这种工艺能够确保在低电源电压下稳定工作，并且拥有较高的电源抑制比（PSRR）。电源抑制比是指电路对电源电压波动的抑制能力，一个高PSRR的电路能够在电源电压存在波动时，保持输出电压的稳定性，这对于抵抗发动机不同工况下产生的电源纹波至关重要。 电路的核心是一个电流型带隙基准电压源结构，这种结构利用了双极晶体管的基极与发射极电压（Vbe）的负温度系数以及特定电路元件的正温度系数来抵消温度影响，从而提供一个几乎不受温度变化影响的恒定电压参考。为了进一步增强温度稳定性，文章提出了一种新的二阶温度补偿方法，通过使用具有不同温度系数的电阻（R6~R8）来实现高阶补偿，这种方法能够在宽温度范围内（-50℃~+125℃）显著降低输出电压的温度系数，仿真结果显示，平均输出电压误差仅为5.2 ppm/℃，这在极端严格的发动机温度环境中是非常理想的。 此外，电路中还包含了一个启动电路，由M5、M10、R5和Q3组成，确保芯片上电时能顺利进入正常工作状态。误差放大器A1则用于提高整个系统的精度和稳定性，其原理图虽未详述，但通常误差放大器会在反馈回路中起到关键作用，确保输出电压的精确控制。 这种带隙基准电压源电路通过独特的设计和优化的温度补偿策略，成功地克服了高温和低温环境对发动机控制芯片性能的影响。其低温度系数和高电源抑制比特性确保了在-50℃到125℃的宽温度范围内，输出电压的精度和稳定性，从而保证了汽车发动机控制系统在各种工况下的可靠运行。这样的技术创新对于提升汽车电子系统的整体性能和耐久性有着重要意义。