广泛应用的CMOS带隙基准电压源的设计

　　1．4 电流源设计

　　为了提高运算放大器在不同电压和不同温度下的稳定性，以便得到性能较好的带隙基准源，本设计将电流源电路运用于运算放大器中。通过电流源电流可以为参考电压生成电路及电压比较器提供较稳定的偏置电流。理想情况下，该电流与电源电压无关(即偏置电流不随电源电压变化)。该电流源的电路形式如图3所示。

　　1．5 启动电路的设计

　　本设计中的启动电路由3个MOS管构成，图4所示是带有启动电路的基准电压源电路，而其启动电路如图4中的左半部分所示。其中PM l2和NM 11构成反相器，PM l3构成共源放大器。由于电路上电时，基准产生电路的所有晶体管均传输零电流，PM 13关断，PM 12的栅极为高电平，因此，经过反相器，PM 13的栅极输入低电平，以使PM 13导通，从而提高PM l3的漏电压，然后使运算放大器输出低电平，进而使整个电路都导通。之后，反相器输入端电压再下降到低电平，输出端变为高电平，从而关断PM 13，以完成整个电路的启动过程，使电路进入正常工作状态。

　　2 电路仿真和测试结果

　　本电路采用0．35μm CMOS标准工艺，设计采用全定制的版图设计，同时，模拟系统在版图设计中采取了许多防范措施，可把串扰、失配、噪音等影响降到最小。版图设计主要使用Cadence公司的VirtuoSo版图设计软件，并用Cadence软件进行电路和版图仿真，最后得到的版图面积为l20 μm×146μm，其完整版图见图5所示。

　　2．1 版图仿真结果

　　版图完成之后，可以通过提取寄生参数来对电路进行仿真，从而得到温度和电压稳定性曲线。仿真结果显示，两种仿真结果的曲线几乎完全重合，说明本文中的版图设计比较合理，具有较好的实用性。

　　2．2 电路的温度特性

　　图6所示是本设计的输出电压温度特性曲线。从图6可以看出，当输出基准电压为1．2 V，温度由－40℃变化至125℃时，输出电压变化的绝对值不超过3．2 mV。即电路能够在相当宽的温度变化范围内，保持较高的温度稳定性，其相对温度系数为16 ppm/℃，基本上可以达到最初设定的电路温漂的设计目标(15 ppm/℃)。

　　2．3 电路的电压特性

　　图7所示是本设计的电源电压调整曲线，从图7中可以看出，当输出基准 电压为1．2 V，而且电源电压由3 V变化至8 V时，其输出电压的绝对值不超过2．21 mV，因而可以看出，其结果基本可以达到设计目标(2．2 mV)。说明电路能够在较宽的电源电压变化范围内，保持较高的电压稳定性。

　　3 结束语

　　本文从改进电路结构和版图结构的角度来降低失调电压的影响，从而获得了较高的温度精确度，因而具有较高的实用价值。同时，本设计还有电路结构简单，启动性能好，电压输出灵活，工作电压范围宽等特点。通过Cadence中的spectre仿真结果表明，该电路能够满足数字模拟集成电路的要求。