关于 Bandgap 中三极管电流的一些考虑


这里试着来谈谈关于集成电路中 bandgap 的三极管电流大小选取的一些考虑。

一般来说从功耗的角度,bandgap中电流大小一般取得比较小,但同时也需考虑对噪声等的影响,除此之外,我们也可以看看在不同的电流下三极管的工作状态的变化。

简单的三极管仿真的电路

上面所示是一个简单的三极管仿真的电路,通过扫描发射极电流,我们来看三极管电流增益(β)的变化:

三极管电流增益(β)随着电流的变化

可以看到,一般来说随着电流的增大,β减小;为了使电路在电流改变的条件下(如电阻值的偏差等引入的电流改变)工作点不发生大的变化,我们可以选择β值变化比较平稳的区间;同时考虑到cmos工艺中衬底PNP的β值偏低,为了保证两个PNP管的集电极电流相等,应该选择两个PNP管β值接近的区域。

我们也可以看看PNP电流对Vbe温度系数的影响,如下图所示:

PNP电流对Vbe温度系数的影响

图中从上到下,PNP电流由100uA变化为1uA,可以看到电流的增大,Vbe的温度系数(绝对值)减小,大致的范围在-2mV/K~-1.6mV/K。

同样,也可以看到两个PNP管ΔVbe的温度系数随着电流的改变:

PNP管ΔVbe的温度系数随着电流的改变

理论上 ΔVbe 的温度系数是恒定的, 大小等于 (K/q)ln(n), 电流密度在这里是1:8, 故此计算的 ΔVbe 的温度系数为 0.18mV/K. 由上图的结果, 可以看到实际的温度系数还是有所变化, 在电流增加时,温度系数增加.

从 Vbe 和 ΔVbe 的温度系数的变化来看, 似乎在大电流下可以考虑将调节零温度系数的电阻比例做小, 这样最后的输出上看到 offset 与噪声等可以适当减小, 但是具体的效果与代价可能需要仔细衡量.


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