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基于汽车环境的带隙基准电压源的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-15 16:58:54



  A1、A2、A3分别是NPN晶体管VN1,VN2,VN3的发射极面积,且AA:A2:A3=1:P:Q(P与Q为常量),由式(1)可知:

   

   
式中:k为玻耳兹曼常数,k=1.380x10-23J/K;T为温度;q为电子电量;q=1.602x10-19C。

    式(7)的前两项为与绝对温度(PTAT)成正比的电流,设IPTAT,传统基准只用该电流补偿UBE,而改进后的电路的VN3、R3可生成非线性部分电流INL,即式(7)的最后一项,可有效补偿UBE的非线性部分,以达到较好的温度特性,所以:


式中,n为常数,与晶体管的制作工艺有关,n=1.5~2.2。
    电路上电后,VN9和VN8构成的BE结二极管可使NN10的基极箝位于1.4V。VNl0导通,电流由VCC通过VN10灌入VN1、VN2和VN3的基极,这三个晶体管导通,从而降低启动管功耗。基准电源电压工作后,提高VN10的发射极电平,VN10关断。
4.2 布局设计
   
由于汽车环境的特殊性,要求电路板布局严格,整体电路采用上海贝岭2μm 40 V Bipolar工艺。双极性工艺要比MOS工艺稳定得多,通常被击穿和损坏率较低,抗辐射和干扰能力较强。在布局时,应重点注意噪声干扰和调试准确性,带隙基准电压源应紧邻电源和地线,并且地线应与其他模块地线分开单独设置,这样可避免两条地线产生的纹波叠加。3个小尺寸测试压焊块的两侧连接多个电阻,可通过烧断其间的金属丝来测试实际器件的输出值,这就为器件的准确调试提供了方便。

5 仿真结果
   
使用Cadence spectre分别仿真电路的温度扫描和电源变化分析,由于参数计算结果与仿真模型存在误差,仿真时应适当调节,保证正常输出基准电压。如图4所示,当温度从一50℃~150℃变化时,UREF从1.260 3 V变化至1.265 2 V,最大变化量为4.9 mV,温度系数为24 ppm/℃,而普通的一阶补偿的带隙基准电压源的温度系数大于30 ppm/℃,因此,该改进后的电路性能有较大的改善。
    27℃时,当电源电压(U)在5~16 V变化,UREF变化范围为1.264 60~1.264 97 V,变量为0.37 mV,UREF的电源抑制特性曲线如图5所示。

6 结语
    在分析传统带运算放大器的带隙基准电压源的基础上,应用曲率补偿技术设计一种适用于车载电子的带隙基准电压源,该电路采用双极性工艺,结构简单新颖,集成度高且可移植性强。通过Cadence Spectre仿真结果显示,该电路可在宽泛
的温度范围内稳定输出,随温度变化其变化率只有24 ppm/℃,电源抑制性好.抗干扰能力强,完全符合汽车电子标准。

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