1. 引言
随着电源管理芯片朝着大电流和高频率方向的发展,对带隙基准电路的要求越来越高.
芯片的大电流意味着整个系统的功耗会增加,因此基准电路需要在比较宽的温度范围内工
作,并保证输出的参考电压保持比较小的波动;高频率是整块芯片能在较高的频率下工
作,并且各项输出指标比较稳定.在 DC-DC 电源管理芯片设计中,欠压闭环锁存、误差放
大器等的参考电流、电压均由带隙基准模块产生,这个基准的精准度将会直接作用到相关
的输出参考信号,从而影响整块芯片的可控精度
[1]
.电源的纹波或者噪声输入到带隙基准
中,而这个基准源的输出电压,将作为一个差分输入到误差放大器中去,这部分被当作输
入信号中的纹波或噪声就会被放大,从而会影响到系统的稳定性.因此,在带隙基准电路
中,需要考虑到温度、频率的影响以及提高电源抑制比特性.这样,基准电路才能正常的工
作.
本文设计的电路在基于传统 BJT 电压基准源的分析基础上,采用华虹 0.18 μm BCD 工
艺,经过理论分析与系统仿真,设计了一种能在较宽温度范围内(-40℃~100℃),较高频率
(最高频率可达 1.5 MHz)下工作以及 PSRR 较低(低频时为-65.8 dB,高频时为-40.2 dB)的带
隙基准电路,且能给 Buck 型 DC-DC 电源管理芯片提供稳定的参考电压.
2. 带隙基准源工作原理
带隙基准源是在 Buck 型 DC-DC 电源管理系统中建立一种与电源电压、器件工艺无
关,且具备一定温度特性的电压或电流机制为目的的模块
[2]
.基准源电路依据半导体材料的
参考电压、电流与温度零相关特性这一基本原理,利用的是单个双极性晶体管 V
BE
的负温
度特性,和两个相同晶体管的差值 ΔV
BE
正温度特性,这两种正负温度系数再以合适的权重
相加,从而可以得到一个零温度特性的基准电压 V
ref
,即:
Vref=VBE+αΔVBE=VBE+αVTlnNVref=VBE+αΔVBE=VBE+αVTlnN
式中,N 为 Q
1
、Q
2
两个晶体管并联的个数之比;α 为常数;V
T
=κT/q 为热电压的表
达,κ 是玻尔兹曼系数 κ≈1.381×10
-23
J/K,q 为单位电荷的量值 q≈1.6×10
-19
C;T 表示绝对温
度(一般取 300 开尔文).再令 K=αlnN,则式(1)可变为:
传统的带隙基准如图 1 所示: