帶隙基準的一階溫度補償如圖1所示,雙極型晶體管基極-發射極電壓差ΔVBE具有正溫度系數,而雙極型晶體管基極-發射極電壓VBE具有負溫度系數,如果將兩個電壓進行相加,理論上就可以通過設計合適的參數實現接近于零溫度系數的電壓。而雙極型晶體管基極-發射極電壓VBE隨溫度的變化具有一定的非線性,因此產生的基準電壓存在一定的曲率,如果對溫度漂移系數具有很高的要求,那么帶隙基準的一階溫度補償就無能為力了。
圖1(來源于公開資料)
帶隙基準的高階溫度補償
02雙極型晶體管基極-發射極電壓VBE與溫度的函數關系如下:
其中帶隙電壓Vbandgap =E g /q;T0為絕對零度;η與溫度無關;若流過雙極型晶體管的電流與溫度無關,則x=0,若為PTAT電流,則x=1。可以看到該函數的第3項為一個對數項,造成了V~BE~隨溫度的變化具有非線性。高階溫度補償的目的就是消去這一個對數項。
如圖2,是一個引入了高階溫度補償的低壓帶隙基準。
圖2(來源于公開資料)
除了流過R1的PTAP電流 IPTAT (R1的壓降為雙極型晶體管基極-發射極電壓差ΔV BE ,呈正溫度系數)以及流過R2的CTAT電流 ICTAT (R2的壓降為雙極型晶體管基極-發射極電壓VBE ,呈負溫度系數),還存在一個對數項電流 INL 。
那么INL是如何產生的呢?我們再次拿出這個函數式子:
Q1流過的是PTAT電流,則x=1;Q2流過的是與溫度無關的電流,則x=0。那么VBE3與VBE1之差就只剩對數項:
R3上的壓降即VBE3 -V BE1 ,因此R3流過的電流為一非線性電流,與溫度呈對數關系:
以X或Y結點作為參考,可以得到輸出電流為PTAP、CTAT、非線性電流共同作用。
只要通過設計R2與R3的比值,就可以與VBE1中的對數項相抵消,實現高階溫度補償。
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