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电子科技大学硕士论文：影响拱准源性能的喇素研究 摘要 模拟电路中广泛地包含电压基准和电流基准。“基准”这一术语说明基准电 压和电流比一般电源具有更高的精度和稳定性。模拟电路使用基准源或者是为 了得到与电源无关的偏置，或者是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直 接影响电路的性能稳定。 本文在进行了基准源分类比较和了解其发展状况的基础上，把能隙基准l 乜 压源作为研究重点，从理论上分析了能隙基准源的基本结构及原理，并对( 基 射结电压) 作了精确分析，对能隙基准源的矫f 作了分析，从而得f f j 能隙基 准源的决定因素。同时结合所做项目负电源线性调整器，对其所采用的能 隙基准源进行了完整的设计分析，最后完成了负电源线性调整器的版图设计。 在设计电路过程中，仔细考虑了设计中所遇到的各种问题，并着眼于如何 在设计电路的同时最大限度的克服工艺和制造的误差。采用某公司成熟的双极 工艺库及专用s p i c e 模型对所设计电路进行了仔细模拟仿真，弗最终达到设计 要求。并且还采用p c b 测试电路实现了电路功能，进一步验证了电路的实用性。 在版图的设计过程中，充分考虑了各种版图设计因素，应用标准的设计流程， 设计出达到设计要求的版图，最后借助设计软件c a d e n c e 对版图进行各种必须 的验证并最终通过验证。 在负电源线性调整器的设计过程中，出于折衷考虑，牺牲了能隙基准源的 部分性能。为了进一步改进它的性能，提出了三极管用作可控电阻在基准源电 路中应用的新思路，在此基础上构建了一种带反馈的应用工作在深度饱和区的 三极管作为压控电阻的三管能隙基准源电路新结构，并分析了三极管作为可控 电阻的工作原理和三管能隙基准源输出电压的影响因素，进而利用这一原理控 制电压基准源的驱动电流，大大改善了电压基准源的输入调整率( 从9 5 p p m v 降 低到o 7 p p m v ) ，降低了它的温度系数( 从4 8 4 p p r r d c 降低到1 0 7 p p m 。c ) ，具 有一定的高阶补偿能力，实现了电压基准源的稳定输出。 关键词：能隙基准电压源负电源线性调整器可控电阻输入调整率 温度系数 电了科技大学硕士论文：影响基准源性能的岗素研究 a b s t r a c t v o l t a g ea n dc u r r e n tr e f e r e n c e sa r ea p p l i e dt oa n a l o gi cb r o a d l y t h et e r mo f r e f e r e n c ei n d i c a t e st h a tv o l t a g ea n dc u r r e n tr e f e r e n c e sh a v eb e t t e rp r e c i s i o na n d s t a b i l i t yb yf a rt h a no r d i n a r yp o w e rs u p p l y a n a l o gi cu t i l i z e sv o l t a g ea n dc u r r e n t r e f e r e n c e st o g e ts u p p l y i n s e n s i t i v eb i a s i n g o r t e m p e r a t u r e i n s e n s i t i v eb i a s i n g ， w h o s e p e r f o r m a n c e w i l ld i r e c t l ya f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo fa n a l o gi c i nt h i s p a p e r , b a s e d o nc o m p a r i n gr e f e r e n c e sc l a s s i f i e da n du n d e r s t a n d i n g r e f e r e n c e sd e v e l o p m e n t ，b a n d g a pv o l t a g er e f e r e n c ei su s e da saf o c u so fs t u d y t h e b a s i cs t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo fb a n d g a pv o l t a g ea r ea n a l y z e di nt h e o r y m o r e o v e r , a n dc o r r e c t i o n o fb a n d g a p v o l t a g e r e f e r e n c ea r e a n a l y z e d ，s o t h a tt h e d e t e r m i n i n gf a c t o r so fb a n d - g a pv o l t a g er e f e r e n c ea r e c o n c l u d e d i naj o i n to fa p r o j e c t ，an e g a t i v e l i n e a rr e g u l a t o rd e s i g n ，i t sb a n d g a pv o l t a g er e f e r e n c ei sa n a l y z e d ， a n dt h ec o r r e s p o n d i n gl a y o u to f t h en e g a t i v el i n e a rr e g u l a t o ri sf u l f i l l e da tl a s t h o wt oe l i m i n a t et h ee r r o rc a u s e db yt h ep r o c e s sa n dt h em a n u f a c t u r ei na m a x i m u me x t e n ta r ec o n s i d e r e dc a r e f u l l yd u r i n gt h ed e s i g n b yu s i n gt h em a t u r e b i p o l a rp r o c e s sf r o mc e r t a i nc o m p a n y a n dt h ee x c l u s i v es p i c em o d e l ，t h ec i r c u i t a c h i e v e st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t st h r o u g ht h es i m u l a t i o n ，a n dt h ef u n c t i o no ft h e c i r c u i ti sa l s oa c h i e v e db yp c b t e s t i n gc i r c u i t ，a n di t sp r a c t i c a b i l i t yt h e ni sv a l i d a t e d f u r t h e r c o n s i d e r i n gm a n yf a c t o r sa d e q u a t e l yd u r i n gt h el a y o u td e s i g n ，t h el a y o u t w h i c hm e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t si so b t a i n e dt h r o u g ht h es t a n d a r dd e s i g nf l o w , a n df i n a l l yp a s s e dt h ec h e c k o u ti nv i r u eo f t h es o t l w a r ec a d e n c e ， t h ea p p l i c a t i o no fab i p o l a rt r a n s i s t o ra sac o n t r o l l a b l er e s i s t o rt oar e f e r e n c e c i r c u i ti sp r e s e n t e da n dan o v e lc i r c u i tt o p o l o g yb a s e do nt h ei d e ai sc o n s t r u c t e d i t s w o r k i n gp r i n c i p l e a n dt h ef a c t o r si n f l u e n c i n g3 - t r a n s i s t o rb a n d g a pr e f e r e n c ea r e a n a l y z e d t h ep r i n c i p l e i su s e dt oc o n t r o lc u r r e n td r i v i n gav o l t a g er e f e r e n c et o i m p r o v ei t si n p u tr e g u l a t i o ng r e a t l yf r o m9 5 p p m vt o0 7 p p m v a n dd i m i n i s hi t s t e m p e r a t u r e c o e f f i c i e n tg r e a t l yf r o m4 8 4 p p m * ct o 1 0 7 p p m 。c ，w h i c h s h o w sa h i g h e ro r d e rc o m p e n s a t i o np e r f o r m a n c e ，a n d r e a l i z es t a b l er e f e r e n c ev o l t a g eo u t p u t k e yw o r d s ：b a n d g a pv o l t a g er e f e r e n c e ；n e g a t i v el i n e a rr e g u l a t o r ；c o n t r o l l a b l e r e s i s t o r ；i n p u tr e g u l a t i o n ；t e m p e r a t u r e c o e f f i c i e n t j i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 盈i 垒1日期：犹力解乒月，t 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：二壶牟金3 _ 导师签名： 日期：励f 年争月，2 日 电子科技人学硕士论文：影i 响幕准源性能的闪素研究 第一章引言 1 1 本文的目的和意义 模拟电路中广泛地包含电压基准和电流基准。这种基准与电源、工艺参数 和温度的关系很小。例如，一个差分对的偏置电流就必须根据基准产生，凶为 它会影响到电路的电压增益和噪声。在像a y d 和d a 转换器这样的系统中，也 需要基准来确定输入或输出的全程范围l ”。 “基准”这一术语说明基准电压和电流比一般电源有更高的精度和稳定性。 模拟电路使用基准源或者是为了得到与电源无关的偏置，或者是为了得到与温 度无关的偏置( 采用齐纳二极管参考和能隙参考) 1 2 1 ，其性能好坏直接影响电 路的性能稳定，可见基准源是电子电路不可或缺的一部分，因此也可以蜕性能 优良的基准源是一切电子系统设计最基本和关键的要求之一。 为了研究基准源性能的影响因素，本文结合所做项目负电源线性调整 器，对其所采用的能隙基准源进行了完整的设计分析，从实际工作的角度分析 了能隙基准源对电路系统的影响。 现在拥有内部基准源的集成电路已广泛应用于军事装备、通讯设备、汽车 电子、工业自动化控制及消费类电子产品等领域。迄今已有许多调整器产品在 国际上问世，其生产者主要有安森美( o n ) 、仙章半导体、德州仪器( t i ) 、国 际整流器( i r ) 、国家半导体、摩托罗拉( m o t o r o l a ) 、三菱、东芝、几立等世 界著名的半导体公司口“。 1 2 本文的主要工作 本文主要从理论上分析了基准源的影响因素，并结合具体项目负电源 线性调整器研究了基准源的性能，最后对基准源作了改进，提高了它的性能。 具体工作如下： 1 了解基准源的发展状况，对各种各样的基准源进行归纳总结，从而找出 影响基准源性能的各种因素。 2 对能隙电压基准源的原理进行详细分析，弄清各种因素对基准源的影响。 3 完成负电源线性调整器的设计工作，并结合该项目分析能隙电压基准源 的影响因素。 电子科技大学硕士论文：影响基准源性能的闪索研究 4 完成负电源线性调整器电路的版图设计，采用版图优化设计方法保证能 隙电压基准源的性能。 5 对项目中采用的能隙电压基准源结构进行改进，提高其性能指标。 2 乜予科技人学硕士论文：影响筚准源性能的闪索研究 第二章基准源的分类比较和发展状况 2 1 电流基准源 在模拟集成电路中，广泛采用基准电流源作为各种放大级的偏置元件和有 源负载，以提供稳定的工作电流和较大的动态电阻。电流基准源一般可分为基 本电流源、改进型基本电流源、比例电流源、精密匹配电流源、w i d l a r 电流源、 w i l s o n 电流源、c e c b 电流源等等m 。 基本电流源如图2 - 1 所示，它的特点是电路简单，且由于二极管的温度补 偿，使i 。和i ，的温度跟踪较好。但它存在下列缺点： 1 因为i ，一i 。= 2 i a ，所以当屏较小时，i 。和i ，的匹配较差； 2 i ，对电源电压的变化没有抑制作用，因出彳z 勺形，所以i 。也将随k 、， 而变化： 3 根据式毒等* 一瓦_ 二i 瓦号笋一虿1 堕d t ，由于相减项相差较大，i r 的温度 系数较大； 4 该电路的输出电阻较小。 升j j b 档 图2 1 基本电流源 押l i o 2 图2 2 改进型基本电流源 改进型基本电流源如图2 2 所示，它是在基本电流源的基础上，在基准电 流一边增加一个电流放大管，以减小直接从基准电流所支取的基极电流。为了 提高这个电流放大管的增益，可在其发射极上接入一个电阻。 比例电流源如图2 3 所示，当需要l o * l 时，可通过改变两管的有效发射 极面积比或在两管的发射极串入不同的电阻来改变i 。和i ，的比值，使i 。和i ，按 一定的比例进行放大或缩小。 乜于科技人学硕j j 论文：蟛响捧准源件能的蚓素研究 j rj 图2 3 比例电流源 图2 - 4 精密匹配电流源 1 有效发射结面积比例电流源。 2 ，电阻比例电流源。如图所示，在q i 、q 2 的发射极串入了电阻一，r ，则 撼f l + 掣 由上式可知，只要，r 墨”z m ( 以：，以i o ) ，则争* 睾 1 ， 、2 精密匹配电流源在差分放大器的平衡负载或在d a 转换器中，要求i 。和 i ，高度对称或几个电流间的比例高度精确这时可利用精密匹配电流源。其电 路如图2 - 4 所示，它由r l = r 2 的等电阻比例电流源和改进型基本电流源牛 j 结合 而成。后者改善了出i b 所引入的电流传输差，前者则利用r i 、r 2 的负反馈改善 了出q l 、q 2 本身的所引入的电流差。为了进一步提高i 。和i ，的对称性，q 的集电极也带有射极输出器q ，使平衡。在q l 、q 2 发射极带有外部对称 调整端，可外接电阻调平衡。 w i d l a r 电流源为了获得恒定的小电流，可采用w i d l a r 电流源，如图2 5 所示。这种电路的特点是只需中等阻值的电阻即可获得较小的恒定电流，它适 合于做微安量级的电流源。它的优点是对电源电压的变化具有一定的抑制作用， 温度稳定性较好，输出电阻较大。 4 电子科技大学硕上论文：影响筚准源件能的w 索f i j | = 究 一l 幽2 - 5w i d l a r 电流源 ，fj 图2 - 6w i l s o nl u 流源 w i l s o n 电流源如图2 - 6 所示，主要用作需要高对称性、商稳定性、高输i _ 【 阻抗电流源。由于它实现了一阶基流补偿，使i o 更接近于i ，并使各管的所对 l 。的影响减小。该电流源的输出稳定性也较高。对于i 。的变化，存在一个负反 馈环，若i 。增加，则i e 2 、i c 3 、i c i 会相继增加，结果使i b 2 、i 。减小；对于v 。 的变化，因为它的输出电阻很大，所以影响很小；而由于基极电流误差项被基 本抵消，所以i 。和i ，的温度跟踪也很好。 c e c b 电流源如图2 7 所示它是出两个基本电流源层叠而成，可以铁 得更高的输出电阻，所以它的输出电流l o 对v 。的变化很不敏感。但这种电流源 的输出电流i 。随屏、v c c 和温度的变化都较敏感。 基一集电阻l 的影响因为一般n p n 管的o 1 0 p 0 r o ，所以即使对于高输出f 乜 阻的电流源，也都可以不考虑的影响。但对于p n p 管电流源则不然，出于一 般横向p n p 管的o = ( 2 5 ) p 0 r o ，所以。对由p n p 管组成的高输出电阻电流源的 影响就较大。 圈2 7 c e - c b 电流源 电子科技大学硕i ：论文：影响肇准源性能的索研究 2 2 电压基准源 在各类集成电路中经常需要高质量的内部稳压源，以提供稳定的f 乜压或基 准电压。一般要求这些电压源的直流输出电压较稳定不随电源电压和温度而 变化；交流输出电阻低。但要同时满足这两个要求有时是较困难的，而在实际 应用中也往往只有一个要求是主要的。如偏置电压源首先要求交流输出也阻低， 以使各负载级之间相互影响小，而基准电压则首先要求稳定性好。一般要求温 漂1 0 0 p p m 。c ，当然两者、日j 也并无严格的界限。 在集成电路中，与电源电压无关的常用标准电压有三大类：反向击穿b e 结构成的齐纳二极管击穿电压v z ，b e 结二极管的f 向工作电压吒，? 和热电压 。它们的温度系数分别为a 屹l a v ,+ 2 m v ，a k 。a k 2 m v 。c ，及 0 巧l o tz + 0 0 8 6 m v 。c ，虽然前两种标准电压的温度系数都较大，但利用以。和 巧、巧的温度系数符号相反及集成元器件间匹配和温度跟踪性能好的特点，将 这三种标准电压加以不同的组合就可构成不同的电压源和电压基准，如齐纳基 准源和能隙基准源。 电压基准源一般可分为简单齐纳基准源、正向二极管串联电压源、k ，倍增 电路、小电压源、温度补偿齐纳基准电压源、两管能隙基准源、三管能隙基准 源等等1 7 1 。 押出 丫州 vt_一 k t ： i 图2 - 8 简单齐纳基准源( 电阻负载)幽2 9 简单齐纳基准源( 有源负载) 简单齐纳基准源如图2 8 ，2 - 9 所示，它的电路简单。可以直接获得6 8 v 的稳定输出电压，但其输出电压的噪声较大，控制精度不高，而且温度系数较 大，a ，i o v ，= + 2 , - 4 m v c 。为了使输出稳定，可以改用恒流源负载。 正向二极管串联电压源如图2 1 0 所示，利用单个或n 个正向b e 结的串 接可以获碍= 0 7 v 的低电压源。 它的缺点很多，温漂大，d 打= n ( a v , 。打) * ，( 一2 m v i 。c ) ；内阻r 火， 等于各二极管内阻，：，的总和；占用面积大，在版图上每个二极管都需要一个独 也子科技大学硕十论文：影响綦准源性能的紊研究 立的隔离区，所以n 不宜过大。为了降低输出阻抗，可改用射随器输出，这时 = ( 一1 ) ，耻- l - i ，( 蝴) ， 图2 1 0 正向二极管串联电压源 图2 l l p k 倍增电路 倍增电路利用图2 1 1 所示的倍增电路，可获得大于，且可与， 成“任意”倍数的输出电压。当屏 1 ，。可以忽略不计，并加一定的偏置 电流，使三极管处于正向工作时，则 = 等( 且+ r ) = f1 + 鲁) r 和r 可由基区扩散电阻或基区沟道电阻组成，这时电阻和三极管可共h j 一个隔离框，因此，。倍增电路所占用的芯片面积并不很火。 由于墨提供了电压并联负反馈，使得，、和电源电压的关系减小。 因电阻r 和r 的温度系数近似相同，故的温度系数为 竖o t * 旧) 监a t 川卜c i垦ji是j 小电压源当n p n 管的j 下偏集电结电压s + o 5 矿，管子工作于浅饱和状态， 仍可认为，( ：屏厶，所以可采用如图2 - 1 2 所示的浅饱和的三极管电路束获得小 于= o 7 矿的稳定电压。当屏”1 时，由图可知： y f = v b e 一| c r y a e lr r 另一种利用形成的小电压源电路如图2 - 1 3 所示，其输出电压为 = 2 如宝 ，一 矿 电子科技大学硕士论文：影响基准源性能的蝴素研究 幽2 1 2 浅饱和l 垃压小电压源 幽2 1 3 y 矗小电压渊 温度补偿齐纳基准电压源 ( 1 ) 简单温度补偿齐纳管电压基准源利用二极管正向电压的负温度系数对 齐纳击穿电压的正温度系数进行补偿可明显降低基准电压的温度系数，其电路 如图2 1 4 所示。但由于a 订与有关，a a r 与匕有关，a a 7 1 、a v ：l a r 还与温度有关，它们的性质不同，两者不能完全温度跟踪，所以只有在一定条 件下- a 能获得较好的温度补偿。此外，这种基准源的内阻和噪声电压都较大。 打雷 】- 一缃， 上丑： l l 立丑1 l 上 图2 - 1 4 简单温度补偿齐纳管电压基准源图2 1 5 负反馈电压基准源 ( 2 ) 负反馈电压基准源如图2 - 1 5 所示，这是一种改进的温度事 偿齐纳二 极管基准源，由g 、见和岛形成负反馈环，使更为稳定。此外，从q 射 极输出，因此基准源的内阻较小。 ( 3 ) 精密补偿齐纳电压基准源电路如图2 - 1 6 所示，由于齐纳管的a n a r o ， 而j 下向结压降的a 。o r ，l( 2 - 1 2 ) 而输出电压，则由下式给出 r 。= 巧。+ h 一心= 矗+ 7 ( 2 1 3 ) 上式所给出的电压表达式与基本的能隙电压基准源的形式相同，利用选择 1 9 电子科技大学硕士论文：影响基准源性能的闻j f 研究 电流和1 2 或q i 和g 的器件结构可以比例增减。对标准c m o s 工艺技术来说，g 和q 2 的几何尺寸相同，且t , t 2 = 1 5 ，在2 5 。c 下，可以得到的标称零温度系数的 值为1 1 0 5 v 。 i f 图3 - 5 用在亚闽区一】：作的m o s 管产生v 的虑刖电路 3 2 的初步分析 从能隙基准源输出电压的构成可知，为了获得所需的温度稳定性，有必要 进一步分析和温度的关系。以n p n 双极型器件为例，其基- 射结电压可以 表示为f 2 】 圳n ( 芳 陋n ， 式中巧= k t q ，k 是b o l t z m a n 常数，q 是电子电荷， 和电流，它同器件的结构有关，可表示为 2 】 驴警 ，为集电极电流，厶为饱 ( 2 - 1 5 ) 式中a 为基射结面积、氇为硅的本征载流予浓度、五。为基区中电子扩散常数 的平均有效值、岛为单位面积基区总掺杂浓度。 利用e i n s t e i n 关系式五= ( q t t ) 瓦及i 。和q 与温度的关系，即 i 。= c t l( 2 1 6 ) 电子科技大学硕士论文：影响綦准源性能的w 索研究 n ? = d t 3 e x p ( 一等 口忉 式中z 为基区中平均电子迁移率，c 、d 、n 是与温度无关的常量，。为外推 到绝对温度零度时硅的能隙电压，则可表示为 i 。, = b t + - e x p ( 一等 p 式中b 是与温度无关的量。将对r 取导数，由于很可能是温度的函数，为 了简化分析，暂时假设厶保持不变，则 鱼篮：生i。争一孚等：垒二堡!匕二堡(2-19)ottt ，。，。a r 上式给出了的温度系数，从中可以看出，它与本身的大小以及温度都有 关系。如果再考虑的温度变化，温度系数的表达式将更为复杂，所以考虑 通过别的方法来研究的确切表达式。 3 3 的精确分析 为了精确分析，必须找出以前使用的表达式中不精确的原因，加以 改进。首先，砰的表示式不精确，它的精确表达式应陔是2 0 1 枇n x r ( 一半 陋z 式中屹( r ) 为在温度t 时硅的能隙电压，e 是与温度无关的量。 如图3 - 6 所示在常温下，可以把屹( r ) 简 化为随温度变化的线性函数，这是因为在这个 工作范围内比较符合仃) 的实际变化曲线，所 以 k ；( t ) = k ；。+ r( 2 - 2 1 ) 图3 - 6 能隙电压随绝对温度的变化及其一阶近似 电子科技大学硕士论文：影响摧准源性能的凼索研究 式中= ( 现：。 将上式代入拜的精确表达式中，则 砰= e e x p ( 啊) t 3 e x p 卜昔j ( 2 2 2 ) 与砰的常用表达式比较可知，常数d = e e x p ( 一q s r k ) ，吃。就是 但是，屹。，并不是唯一的，它会随着变化，而且( r ) 在低温下随温度变 化的非线性越来越严重，这时用线性函数描述它已经很不精确。同时注意剑，t 也会随着r 变化，只是在常温下变化很小，才将其近似认为是一个常数，但在 低温下变化很大，就不能作为常数了。这些就是由于霄的不精确丽导致不精 确的原因。 圈3 7 p ，雎随绝对温度的变化 图3 - 7 表示了随绝对温度的变化，现在引用p k 的精确表达式2 们，印 吲妒( 珈咖 号 啸h 黔时盼 器 ( 2 _ z ， 式中口；4 一n ，将上式在温度t = r 时进行t a y l o r 展丌，整理后可得到一个常数 项、一个线性项和一个高阶项之和，即 矗( r ) = 蚱十一r 十f ( t ) ( 2 - 2 4 ) 常数项为 _ m 训 ( 2 - 2 5 ) 电子科技大学硕士论文：影响基准源性能的因素研究 其中晓； 以= ( 旦a r ) 、, ：, , ：- i l - 一一7 7 - - - - , ( 2 - 2 6 ) 加卜：急 t , qj 氅t , q ) 瓮t r , ) t 当q ) 盘ls 。( r , j 弘功 + ( - 一一、f 旦1 一”f 丛 - n f 王1 + f 丝1 - n i 生盟l 。 3 4 能隙基准源的矫正 能隙基准源输出电压的矫正，一般是通过一个矫正电压消除或减小温度 系数的影响来实现的，即 f = 矗( r ) + ( r ) ( 2 - 2 8 ) 矫正的方法包括线性补偿和高阶补偿，线性补偿可以满足一般精度要求， 高阶补偿主要用于高精度的要求。由于高阶补偿的设计难度以及电路结构相对 复杂，必然增加了成本，所以折衷考虑，应用的较多的仍然是线性补偿。 3 4 1 线性补偿 如果k ( t ) 是关于温度的线性函数，能够抵消的线性项，就是线性补偿， 即 ( t ) = - y t ( 2 - 2 9 ) 则 = 砟+ ，( t ) ；” ( 2 - 3 0 ) 乜于科技大学硕士论文：影响基准源性能的因素研究 实际上，线性补偿也可以直接由的线性组合得到，即 = 口l + 6 2 a v , l + b k 2( 2 - 3 1 ) a y , 。+ b y , 2 = 0( 2 - 3 2 ) 所以，简单地认为能隙电压基准源输出电压就是热电压7 r 与7 * 的线性组 合，是不正确的。只要经过补偿后，输出电压只与能隙电压有关，这样的基准 源就应该属于能隙基准源。 3 4 2 高阶补偿 线性补偿后，基准源输出电压中的高阶项始终存在，仍然影响输出电压的 精度。如果能够将其中的高阶项消除，则基准源输出电压的温度稳定性将进一 步提高。一般可以通过两种方法实现： 1 使咋( r ) = 一一r f ( ，) ，完全消除高阶项的影响，则= ； 2 同样用线性补偿的方法消除的线性项，高阶项则通过选择适当电流 ，( ( t ) 来消除，( t ) 必须满足关系式，( r ) = o 。 这两种方法对于能隙基准源高阶补偿具有一定的指导意义，但实现起来都 有一定的难度，因此能隙基准源高阶补偿仍然是值得继续探索的技术。 3 5 能隙电压基准源性能的决定因素 通过以上分析可以看出，基本上由吃p ) ，口和，决定。如果考虑 到三极管的e a r l y 效应，即的表达式应为 厂矿1 j 。= j ，张p ( y 矗) 1 1 + 等 ( 2 3 3 ) l7 j 式中 j 为e a r l y 电压，则还应与有关。 由于能隙电压基准源的输出电压一般是由的线性组合，或由和另一 个关于温度t 的线性函数构成，所以能隙电压基准源的性能还与b e 结的横截 面积a 以及，线性组合的比例系数a 有关。 综t 所诉，能隙电压基准源性能的决定因素有( r ) ，i s ，口，、，a 和a 。当然，在电路设计中，a 和a 都可以作为设计手段用以优化能隙电压 基准源的性能。 此外，实际器件的工作与理想工作情况还有一些差异。首先，互。表达式中 b 于科技大学硕士论文：影响基准源性能的因素研究 的常数c 与半导体的掺杂浓度有关，对于标准工艺的n p n 器件来说，掺杂浓 度随基区深度的变化很大，因此该常数的变化也很大。所以，i 。实际上应称为 有效迁移率，或平均迁移率，它包括了基区中不同深度的各种迁移率效应。即 使i 。可