[Note: circuit intégré MOS analogique] référence de bande Gap (principe de base + mode courant + circuit en mode tension)

   En circuit analogique,Large gamme de références de tension et de courant,Et le gain de circuit、Les paramètres tels que le bruit de sortie et la consommation d'énergie sont souvent directement liés à la référence..Ce type de référence est généralement le flux direct,Référence et alimentation électrique requises、Paramètres du procédé et indépendants de la température（PVT）.Et la référence de bande gap dont il est question ci - dessous,La fonction principale est d'établir une source de référence indépendante de la température.

  L'objectif de la génération d'un référentiel est d'établir un référentiel indépendant de la tension d'alimentation et du processus、Tension ou courant continu ayant des caractéristiques de température déterminées.

Un.、Production du coefficient de température zéro

  En circuit analogique,La plupart des paramètres du procédé varient en fonction de la température,Une référence à coefficient de température zéro passe souvent par deux coefficients de température opposés(TC)La quantité de.Peut avoir l'expression mathématique suivante

 Nous devons donc déterminer deux tensions avec des coefficients de température positifs et négatifs,Dans la pratique,Transistor bipolaire couramment utilisé（BJT）Pour obtenir des coefficients de température positifs et négatifs.

Tension du coefficient de température négatif（CTAT)

  Pour un dispositif bipolaire,Sa base-Tension de l'émetteur V_BE Inversement proportionnel à la température absolue（CTAT）,SelonPNFormule du courant de jonction,Peut écrire：

  Parmi eux$V_T=kT/q$ , $b$ Est le facteur d'échelle,$m\approx -1.5$
  Je l'ai.$V_{BE}=V_{T}ln(I_S/I_S)$, Yi Zhi I_C Et I_S Sont toutes des températures T Fonction de,C'est exact. V_BE À propos de T Dérivation,Je l'ai.

  Quand${\mathbf{V}}_{\mathbf{B}\mathbf{E}}\approx 750mV$ , $T=300K$ Heure, $\frac{\partial {\mathbf{V}}_{BE}}{\partial \mathbf{T}}\approx -1.5\mathbf{m}\mathbf{V}/\mathbf{L}$, Tension du transistor V_BEAvecCoefficient de température négatif.

Tension du coefficient de température positive （PTAT）

   Lorsque deux transistors bipolaires （BJT） Fonctionne à des densités de courant inégales , Donc la base -Tension de l'émetteurDifférence$\Delta$V_BE Directement proportionnel à la température absolue （PTAT）.

  Comme le montre la figure ci - dessus, Si les deux mêmes Transistors biaisent le courant collecteur respectivement $n{I}_0$Et$I_0$, Et ignorer leur courant de base ,Alors$\Delta$V_BE Il peut être représenté comme suit: ：

  Voilà.,$\Delta$V_BE C'est ce qui s'est passé. Coefficient de température positif, Et ce coefficient de température est indépendant de la température et des caractéristiques du courant collecteur .
 

Résumé

  Ici, Nous savons que les transistors bipolaires (BJT) Caractéristiques de température de ：
   （1）CTAT :V_BE Inversement proportionnel à la température absolue,MontrerCoefficient de température négatif.
   （2）PTAT : $\Delta$V_BE Proportionnel à la température absolue ,MontrerCoefficient de température positif.
   （3）Par la droite、 Superposition pondérée du coefficient de température négatif ,Oui. Coefficient de température zéro .

2.、 Structure de référence typique de l'écart de bande

   Source de référence de l'écart de bande , Le passage sera positif 、 Courant ou tension avec un coefficient de température négatif Superposition, Peut se produire indépendamment du processus 、 Tension et température d'alimentation （PVT） Courant ou tension constant affecté .Parmi eux, Source de référence constituée par la superposition de différents coefficients de température sous forme de courant ,AppeléMode courant. Et la source de référence constituée par la superposition de différents coefficients de température sous forme de tension ,AppeléMode tension.

（1） Structure du mode de tension
   Circuit de référence de bande GAP en mode tension , Sa sortie est une tension avec un coefficient de température négatif VBEAvecPTAT Chute de tension superposée du courant sur la résistance . L'illustration suivante est une structure de référence commune pour les écarts de bande en mode tension. .

  Fig.2.1 Est la référence de tension pour le mode amplificateur opérationnel , Parce que c'est un émetteur - récepteur. “Court”Caractéristiques:$V_X=V_Y$ .Quand$R_1=R_2$Heure, Le courant collecteur à travers les deux transistors est le même ,Oui.

 Parce que$\Delta V_{BE}=V_T\mathbf{l}\mathbf{n}n$,Donc j'ai$V_{OUT}$L'expression pour

  Comme le montre la formule ci - dessus,,$V_{BE(Q1)}$Avec un coefficient de température négatif,$(R1/R3)V_T\mathbf{l}\mathbf{n}n$Est un coefficient de température positif, Tant que le réglage est raisonnable R₁、R₂Etn Pour obtenir une tension de sortie qui ne varie pas avec la température $V_{OUT}$

   Circuit de référence de tension pour la structure du miroir de courant , La structure utilise un miroir de courant pour générer un potentiel équivalent .Dans la figureM1,M2 Est un miroir à courant proportionnel égal ,Même taille,EtM4Tube etM5 Le tube a la même taille et le même courant , Ils ont donc le même potentiel de source, c'est - à - dire $V_X=V_Y$ , Donc la résistance R1 Chute de pression à $V_{BE(Q1)}-V_{BE(Q2)}$.Et doncR₁C'est arrivé.PTATCourant, Ce courant est reflété dans la résistance R₂ On a généré PTATTension,EtQ3 La base du tube - Différence de pression de l'émetteur $V_{BE（Q3}$ Est la tension du coefficient de température négatif , Donc chacun a un positif 、 La tension du coefficient de température négatif est ajoutée , Tension de référence de sortie $V_{OUT}$.

(2)Mode courant
   Structure actuelle du mode , Comme son nom l'indique, le circuit de référence de bande gap basé sur la superposition de courant , Les courants ayant des coefficients de température opposés sont superposés selon différents poids , Courant de référence pour obtenir un coefficient de température zéro . La figure suivante montre le circuit de référence en mode courant avec amplificateur opérationnel .

  Fig.2.3Moyenne,Q1,Q2 Est un transistor bipolaire , Son rapport de surface d'émission est 1/n,Et$R_2=R_3$, En raison de l'OP - Amp “Court”Les caractéristiques font que$V_X=V_Y$ ,Encore parce queM1,M2,M3 Même taille et même tension de source de porte , Donc il y a le même courant ,C'est - à - dire:$I_{D1(M1)}=I_{D2(M2)}=I_{D3(M3)}$.InR₁ Un courant avec un coefficient de température positif est généré sur la branche $I_{PTAT}=V_T\mathbf{l}\mathbf{n}n/R_1$,RésistanceR2,R3 La branche génère un courant avec un coefficient de température négatif $I_{R2}=I_{R3}=V_{BE(Q1)}/R_2$,Enfin$I_{R1}$Avec$I_{R2}$ Le courant du coefficient de température zéro est obtenu par superposition $I_{D2(M2)}$, Copier à travers le miroir de surtension M3Embranchement, En sélectionnant le bon R1EtR2, Le courant de référence du coefficient de température zéro peut être obtenu .

   Réglage de la résistance à la charge R4Valeur de, Pour obtenir une tension de référence de n'importe quelle taille , C'est aussi l'avantage de la source de référence actuelle .