摘要：规划了一种结构简略的依据LDO稳压器的带隙基准电压源。以BrokaW带隙基准电压源结构为根底来进行规划。选用Cadence的Spectre仿真东西对电路进行了完好模仿仿真，-20～125℃温度范围内，基准电压温度系数大约为17.4 ppm/℃，输出精度高于所要求的5‰;在1 Hz到10 kHz频率范围内均匀电源按捺比(PSRR)为-46.8 dB。电路完成了杰出的温度特性和高精度输出。
要害词：带隙基准;LDO稳压器;温度系数;电源按捺比;运算扩大器
CMOS带隙基准电压源不光能够供给体系要求的基准电压或电流，并且具有功耗很小、高集成度和规划简洁等长处，广泛应用于模仿集成电路和混合集成电路中。带隙基准电压源为LDO供给一个准确的参阅电压，是LDO体系规划要害模块之一。
基准电压的精度直接影响输出电压的精度，因而高精度基准参阅电压电路是LDO稳压器的的要害。
1 LDO稳压器作业原理
图1是一个典型LDO电路结构。该结构首要包含4个部分：差错扩大器、电阻反应网络、参阅基准电压和调整管。当基准电压源正常作业后，发生了一个精准的参阅电压，输入到差错扩大器的同相端。采样串联电阻对输出电压进行分压得到反应电压，并输入到差错比较器的反相端。差错扩大器扩大基准电压和反应电压之间的差值，其输出直接驱动调整元件，经过改动调整元件的导通状况来操控稳压器的输出电压。当反应电压小于基准电压时，差错扩大器的输出操控调整元件使其流过更大的电流，输出电压上升。反之亦然。
由上图可知
Vout=(1+R3/R4)Vref (1)
2 带隙基准电压源的规划
2.1 带隙基准的基本原理
发生基准的意图是树立一个与电源和工艺无关、具有确认温度特性的直流电压或电流。带隙基准源的原理便是使负温度系数和正温度系数彼此抵消来到达温度补偿的意图。其基本原理如图2所示：其间Vbe具有负温度系数，而VT具有正温度系数，将Vbe和VT按必定份额系数求和，即可得到零温度系数的基准输出 Vref。
2.2 Brokaw结构的带隙基准
图3为一个十分简略的Brokaw结构带隙基准电压源。Q4与Q5的发射极面积之比为N比1。M2与M3构成电流镜结构，并且它们的宽长比相同。这使得流过Q4与Q5集电极的电流持平，然后咱们能够得到如下的联系：
从这个式子咱们能够看出，BrokaW结构的带隙基准相较于前面的结构最大的长处便是他将所需的R2的值减小了一半，并且直接在发生PTAT电流的支路上生成带隙基准电压。
这样不只使得电路结构简化，一起减小了所需的静态功耗。除此之外减小R2的值还能够减小输出电压的噪声。因为以上的长处，使得它成为了一种十分盛行的结构。
2.3 带隙基准电压的完成电路
实践的电路图如图4所示。带隙基准电压的整个完成电路由发动电路和Brokaw结构带隙基准组成。关于基准电压源电路，发动也是一个需求考虑的问题。当电源上电时，一切的晶体管均传输零电流，因为电路的两个支路答应零电流，则晶体管或许处于无限期关断状况，这时就需求添加电路以脱节这种状况。发动电路便是为了使电路在上电过程中脱离零电流点而安稳作业;别的，为了下降功耗，发动电路在体系正常作业后应断开。
发动电路由M1～M2组成。电路上电时，A点电位敏捷进步，使得Mg导通，然后拉低了B点电位，电路发动，并且M1导通，M2和M7导通，将A点电位拉低，使得Mg截止，发动电路封闭，电路安稳在正常作业点。
2. 4 电路仿真
电路依据1.0μm HVCMOS 40V/5V规范CMOS工艺模型，选用Cadence的Spectre进行仿真。仿真成果如下：
依据图5，由温度系数计算公式：
可算得在-20～125 ℃温度范围内温度系数为17.4 ppm/℃，具有杰出的温度特性。
3 LDO缓冲器电路结构规划
3.1 运算扩大器的规划
运算扩大器依据其间级联扩大单元的数目，能够分成单级、两级和多级运放3类。单级运放结构相对简略，但增益较低;两级运放能完成较高的功能，安稳性较好，得到了广泛应用，可是速度、频率特性方面一般比一级运放要差一些：3级以上的运放称为多级运放，它们能完成更高的增益，但需求杂乱的补偿电路来确保运放的安稳性。全差分运放是指输入和输出都是差分信号的运放，它同一般的单端输出运放比较有以下几个长处：更低的噪声;较大的输出电压摆幅;共模噪声得到较好按捺;较好地按捺谐波失真的偶数阶项等。所以高功能的运放多选用全差分方式。
一般常用的3种全差分运放有：直接套筒式共源共栅运放、折叠共源共栅运放和简略两级全差分运放。经过比较，为了减小直接套筒式共源共栅结构对运放输出摆幅的约束，能够选用折叠共源共栅结构。折叠结构与直接套筒式结构比较，功耗要略大一些，增益也有所下降，可是它的输出电压摆幅远大于前者，缓解了增益、电源电压与输出摆幅之间的对立。因而折叠共源共栅是一种广泛应用的运放结构。
因为所规划的电路应用于电源芯片体系中，依据速度等方面归纳考虑，挑选的是一个折叠式共源共栅运算扩大器，别的因为运放在基准中是用作负反应，所以选用单端输出的折叠运放。详细电路如下图：
3.2 LDO缓冲器电路
将以上所述的带隙基准电路、运算扩大器与电阻反应网络、LDO缓冲器相结合，即可得图1所示典型LDO电路。依据输出公式：
经过调理R3与R4比值即可取得所需基准电压2.5 V。由图7易知基准输出电压精度高于5‰，满意高精度要求。
4 结束语
LDO稳压器对基准模块具有较高的精度要求，从仿真成果能够看出在-20～125℃温度范围内，基准电压温度系数大约为17.4 ppm/℃，并且基准电压输出精度高于5‰，是一种低温度系数高精度的CMOS带隙基准电压源。本文给出的带隙基准电压源的规划方案契合LDO稳压器对高精度电压的所需。
