带隙基准的高阶温度补偿

带隙基准的一阶温度补偿如图1所示,双极型晶体管基极-发射极电压差δvbe具有正温度系数,而双极型晶体管基极-发射极电压vbe具有负温度系数,如果将两个电压进行相加,理论上就可以通过设计合适的参数实现接近于零温度系数的电压。而双极型晶体管基极-发射极电压vbe随温度的变化具有一定的非线性,因此产生的基准电压存在一定的曲率,如果对温度漂移系数具有很高的要求,那么带隙基准的一阶温度补偿就无能为力了。
图1(来源于公开资料)
带隙基准的高阶温度补偿
02双极型晶体管基极-发射极电压vbe与温度的函数关系如下:
其中带隙电压vbandgap =e g /q;t0为绝对零度;η与温度无关;若流过双极型晶体管的电流与温度无关,则x=0,若为ptat电流,则x=1。可以看到该函数的第3项为一个对数项,造成了v~be~随温度的变化具有非线性。高阶温度补偿的目的就是消去这一个对数项。
如图2,是一个引入了高阶温度补偿的低压带隙基准。
图2(来源于公开资料)
除了流过r1的ptap电流 iptat (r1的压降为双极型晶体管基极-发射极电压差δv be ,呈正温度系数)以及流过r2的ctat电流 ictat (r2的压降为双极型晶体管基极-发射极电压vbe ,呈负温度系数),还存在一个对数项电流 inl 。
那么inl是如何产生的呢?我们再次拿出这个函数式子:
q1流过的是ptat电流,则x=1;q2流过的是与温度无关的电流,则x=0。那么vbe3与vbe1之差就只剩对数项:
r3上的压降即vbe3 -v be1 ,因此r3流过的电流为一非线性电流,与温度呈对数关系:
以x或y结点作为参考,可以得到输出电流为ptap、ctat、非线性电流共同作用。
只要通过设计r2与r3的比值,就可以与vbe1中的对数项相抵消,实现高阶温度补偿。

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