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1V供电的低噪声带隙基准电压源（节选）Keith Sanborn IEEE成员Dongsheng Ma IEEE成员Vadim Ivanov IEEE成员摘要：本文将会提出一种新的工作电压1V以内的带隙基准电压源，和以前的设计相比，它具有更低的输出噪声，同时对不同的制造过程有着更好的兼容性。
这项技术将通过使用反向带隙电压原理（RBVP），使带隙基准工作在1V的低压下。
与此同时，在不使用外置滤波器的情况下输出噪声也控制在很低水平。
虽然设计时采用的是0.5um的BiCMOS工艺，但是它能与绝大多数的CMOS和BiCMOS工艺很好地兼容。
在所有的测试模块和空闲模块中，一个完整的晶圆面积大约是0.4mm2。
理论分析和实验结果都显示，在20uA的偏置电流下工作时，输出噪声的频率密度为40nV/Hz。
此外，在0.1—10Hz频带下的峰到峰输出噪声仅为4uV。
室温下，未经调整的电压基准的平均输出为190.9mV，在-40℃到125℃之间的平均温度系数在11ppm/℃附近，误差不超过5ppm/℃。
关键词：BiCMOS 低噪声低压噪声测量峰到峰噪声亚1V带隙基准电压温度系数1V供电正文：一、介绍电压基准在模拟电路或者数模混合电路（例如数据整流器和电压调节器）是一个关键性的模块。
下面是一个理想电压基准的一些关键要求：(1)输出电压与温度无关；(2)输出电压与输入无关；(3)可以在一个较宽的输入电压范围内正常工作；(4)输出电压易被测量。
一个典型的可以满足上述要求的基准就是带隙基准。
据作者所知，这种基准最早于20世纪70年代初在National Semiconductor 杂志中出现，是由Widlar 在研究LM109 5-V 输出电压调节器时提出的。
通过改进，基准的输出电压能被调整到10V 和2.5V 。
在这两个方案中，我们都是通过把一个与绝对温度互补的电压（CTA T ）和一个与绝对温度成正比的电压（PTA T ）相加，产生一个与温度系数一阶线性相关的电压，并作为带隙电路的输出电压。
摘要参考电压源是模拟集成电路设计中应用非常广泛的基本模块。
我们所说的参考电压源是能够为电路提供高稳定性的基准电源，这个图片参考与功率、工艺参数和温度的关系很小，但是它的输入温度稳定性和抗噪声能力性能与整个电路系统的精度和性能。
系统的精度在很大程度上取决于内部或外部基准电压源的精度，没有一个能满足要求的基准电压源电路，就不能正确有效地对系统进行预置性能。
本文的目的是基于双极晶体管参考TL431可调稳压IC进行仿真分析。
本文开头，首先介绍了国内外基准电压源的发展现状和趋势。
然后详细介绍了基准电压源电路的基本结构和基本原理，并对几种不同的双极性电压基准电路作了简单的介绍。
二、电路仿真软件mulisim。
最后，电路仿真软件specture TL431系列集成稳压器参考电路仿真及结果详细分析。
仿真分析的主要类型有直流工作点分析、交流分析、傅里叶分析、噪声分析、噪声系数、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描。
仿真和仿真结果分析表明，该电压基准电路具有较高的稳定性，直流电压源输出电平比较稳定，且直流电平对电源电压和温度不敏感。
关键词：参考电压源 TL431 仿真光谱温度系数目录1. 简介41.1 国外研究现状及发展趋势41.2 研究项目的目的和意义61.3 本文主要内容62.参考电压源电路和偏置电流源电路62.1 参考电压源的结构72.1.1 直接使用电阻和管分压器的参考电压源72.1.2 有源器件和电阻串联组成的参考电压源72.1.3 双极三管能隙参考源92.1.4 双极二极管能隙参考源11V温度特性122.2BE2.3 对温度不敏感的偏置132.4对功率不敏感的偏置1720章总结18部分结构20工作原理及参数20章总结28章总结371 简介参考电压是指在模拟电路和混合信号电路中用作电压参考的参考电压源。
它具有许多优点，通常具有相对较高的准确性和稳定性。
它的稳定性和抗噪性会影响整个电路系统的精度和性能。
STM32F103是STMicroelectronics公司推出的一款32位ARM Cortex-M3内核的微控制器。
在STM32F103系列中，基准电压通常指的是内部基准电压，用于提供微控制器模拟电路的参考电压。
这个内部基准电压在一些应用中非常重要，例如ADC（模数转换器）的精确性校准等。
下面将详细介绍STM32F103的基准电压以及它的应用和校准方法。
### 1. **STM32F103基准电压的概述**在STM32F103微控制器中，内部基准电压通常为1.2V。
这个内部基准电压是通过一个专门设计的电路产生的，用于提供模拟电路中的参考电压。
在某些应用中，这个内部基准电压可以用于ADC的校准，以提高模数转换的准确性。
### 2. **内部基准电压的应用**#### 2.1 **ADC校准**ADC是STM32F103中常用的模拟电路之一，用于将模拟信号转换为数字信号。
在ADC的工作中，精确的参考电压是至关重要的，因为它直接影响到ADC的测量精度。
通过使用内部基准电压，可以在软件中进行ADC的校准，确保测量结果的准确性。
#### 2.2 **电压测量**内部基准电压还可以用于电压测量。
通过测量微控制器引脚上的内部基准电压，可以确定系统电源的实际电压水平。
这对于一些对电源稳定性有要求的应用是有益的。
### 3. **基准电压的校准方法**在使用内部基准电压时，有时需要进行校准以确保其准确性。
以下是一些常见的基准电压校准方法：#### 3.1 **通过外部参考电压进行校准**可以通过连接外部已知稳定的参考电压源（如精密电压源或标准电池）来校准内部基准电压。
通过测量内部基准电压和已知外部电压源的差异，可以计算出内部基准电压的误差，并在软件中进行校正。
#### 3.2 **利用已知电压进行校准**如果系统中有一个已知准确的电压源，可以使用这个电压源对内部基准电压进行校准。
通过测量内部基准电压和已知电压源的差异，可以计算出内部基准电压的误差，并进行校正。
—高精度c m o s带隙基准源的摘要基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。
所谓基准电压源就是能提供高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。
本文的目的便是设计一种高精度的CMOS带隙基准电压源。
本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。
然后详细介绍了带隙基准电压源的基本结构及基本原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。
接着对如何提高带隙基准的电源抑制比以及带隙基准电压源的温度补偿原理进行了分析，还总结了目前提高带隙基准电压源温度特性的各种方法。
在此基础上运用曲率校正、内部负反馈电路、RC滤波器、快速启动电路，设计出了具有良好的温度特性和高电源抑制比的带隙基准电压源电路。
最后应用HSPICE仿真工具对本文中设计的带隙基准电压源电路进行了完整模拟仿真并分析了结果。
模拟和仿真结果表明，电路实现了良好的温度特性和高电源抑制比，0℃～100℃温度范围内，基准电压温度系数大约为11.2ppm/℃，在1Hz到10MHz频率范围内平均电源抑制比(PSRR)可达到-80dB，启动时间为700s 。
关键词: 带隙基准电压源；温度系数；电源抑制比；AbstractVoltage reference is the vital basic module which is widely adopted in analog circuits. It can supply a voltage with high stability. The power supply, technics parameter rand temperature has lesser effete to this voltage. Its temperature stability and antinoise capability influence the precision and performance of the whole system. The purpose of this article is to design a high precision CMOS bandgap voltage reference.In this article, the present situation and developmental trend of voltage reference studies both at home and abroad are presented. The structure and principle of voltage reference are analyzed in detail, and then the different structures of bandgap voltage reference are compared. By analyzing the power supply rejection ratio (PSRR) and the principle of temperature compensation, the method of improving the temperature characteristic is summarized. The design of a bandgap voltage reference circuit with high power supply rejection ratio and good temperature characteristic is completed by applying curvature emendation, inside negative feedback technology, RC filter and fast start-up circuit. At last, the circuits have been simulated with HSPICE simulation tools.The simulation results show that，the circuit with good temperature characteristic and high power supply rejection ratio, and at the temperature range of 0℃ to 100℃, the temperature coefficient(TC) is about 11.2ppm/℃. In the frequency range of 1Hz to 10MHz, the average power supply rejection ratio is more than -80dB and it has a turn-on time less than 700s .Key Words: bandgap voltage reference; temperature coefficient; power supply rejection ratio;目录摘要 (I)Abstract....................................................... I I 1.绪论 (1)1.1 国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2 课题研究的目的意义 (2)1.3 本文的主要内容 (2)2. 基准电压源的原理与电路 (3)2.1 基准电压源的结构 (3)2.1.1直接采用电阻和管分压的基准电压源 (3)2.1.2有源器件与电阻串联组成的基准电压源 (4)2.1.3带隙基准电压源 (6)2.2 带隙基准电压源的基本原理 (6)2.2.1与绝对温度成正比的电压 (7)2.2.2负温度系数电压V BE (7)2.3 带隙基准源的几种结构 (8)2.4 V BE的温度特性 (11)2.5 带隙基准源的曲率校正方法 (13)2.5.1线性补偿 (13)2.5.2高阶补偿 (13)本章小结 (17)3. 高精度CMOS带隙基准源的电路设计与仿真 (18)3.1 高精度CMOS带隙基准电压源设计思路 (18)3.2 核心电路 (19)3.3 提高电源抑制比电路 (20)3.3.1负反馈回路 (21)3.3.2 RC滤波器 (22)3.4 快速启动电路及快速启动电路的控制电路 (23)3.4.1快速启动电路的控制电路 (23)3.4.2快速启动电路 (24)3.5 CMOS带隙基准电压源的温度补偿原理 (24)3.6 高精度CMOS带隙基准电压源的电路仿真 (27)3.6.1仿真工具的介绍 (27)3.6.2核心电路的仿真结果 (27)3.6.3电源抑制比电路的仿真结果 (28)3.6.4快速启动电路的仿真结果 (28)3.6.5整体电路的仿真结果 (29)本章小结 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1.绪论基准电压源(Reference V oltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。
基准电压源及电压放大实验设计一、实验目的1．采用基准电压源产生一个2.0V的稳定电压。
2. 采用运放对基准电压源进行放大。
二、实验原理1.基准电压源理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。
实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。
两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。
齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓。
齐纳二极管可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为+2mV/℃温度补偿性齐纳二极管体积小、重量轻、结构简单便于集成;但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及基准电压较高、可调性较差等缺点。
这种基准电压源不适用于便携式和电池供电的场合。
带隙基准源（采用CMOS，TTL等技术实现）运用半导体集成电路技术制成的基准电压源种类较多，如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS 集成带隙基准源等。
由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D, D/A)、集成传感器、大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运算放。
实验所用基准电压源为MC1403,其参数、内部结构及引脚图如下：MC1403内部原理图利用MC1403可以获得2.5V的稳压，但实验要求获得2V电压。
采用电阻分压原理，在器件输出端加滑动变阻器，调节阻值获得2V稳压，并在电阻两端并联一旁路电容，消除干扰。
设计电路仿真如图所示：2.放大电路集成电路运算放大器是一种电子器件，他是采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在一块单晶体硅的芯片上，并具有一定功能的电子电路。
运算放大器具有增益大、传输损耗小的特点，但其带宽为零，也就意味着其无法进行信号的传输，因此采用反馈实现其对信号的放大。
常⽤芯⽚（基准源+运放）⼀、基准源1%级：MC1403，LM336，TL4310.1%：REF43等0.05%：AD780，ADR421等LM385是美国国家半导体公司⽣产的精密基准电压源集成电路，其可以提供1.2v或2.5v的精密基准电压源可以⽤常见的TL431间接代换，⽤ICL8069、LM335直接代换。
封装:sot-23.PRODUCT VOLTAGE (V)REF3012 1.25REF3020 2.048REF3025 2.5REF3030 3.0REF3033 3.3REF3040 4.096⼆、运放低成本：AD8541零漂移：8551⾼驱动能⼒：8531⾼端电流检测芯⽚INA138INA196 带放⼤10倍5VRail to Rail:AD820 AD8223VRail to Rail:ADA4528OP184:兼⾼精度和REF3030输出3.0V，REF3033，输出3.3V，驱动能⼒25mA，SOT23封装，可以直接接到VDDA上⾯，做为模拟电源和基准电源。
如果系统有运放，可以⽤轨到轨，如果5V系统，直接5V供电，如果锂电池系统就⽤3.7V供电，实在不⾏，还可以选⽤3.0V的，然后运放⽤3.3V，轨到轨运放也有很便宜的啊3V的电压基准，除了TI还可以考虑其它公司，⽐如MAXIM的：MAX6003。
MAX6003的初始精度<1%，⽐REF2930来得好。
⼜找了⼀下，MAX6010B更好：超低电源电流：5µA (最⼤值)3.2V输⼊下输出3V⼩尺⼨、3引脚SOT23封装初始精度：±0.4% (最⼤值)低温漂：50ppm/°C (最⼤值)200mV低压差负载调节(7mA源出电流)：200µV/mA (最⼤值)输⼊调节3.2V⾄5.5V：350µV/V (最⼤值)。
一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计【摘要】提出了一种用于温度传感器的高电源抑制比（PSRR）、低温度系数、低功耗的CMOS带隙基准电压源。
在传统CMOS带隙基准电压电路的基础上，增加了优化的电源抑制比增强电路，在带隙基准反馈环路中引入电源噪声，使上面电流镜的栅源电压保持恒定值，从而提高电源抑制比。
采用自偏置共源共栅电流镜，来实现匹配更好的与绝对温度成正比（PTAT）电流镜像。
采用华虹宏力0.13um FS13QPR CMOS工艺实现，使用HSPICE仿真。
仿真结果表明电路输出基准电压为1.2V，电源抑制比在1K Hz时达到90dB，在-40～100℃的温度范围内温度系数是10ppm/℃，在1.8～3.6V工作电压范围内的线调整率为0.5mV/V，工作电流43uA。
【关键词】带隙基准电压;电源抑制比;自偏置共源共栅电流镜;温度传感器引言带隙基准电压源（Bandgap V oltage Reference）具有与温度、电源电压和工艺变化几乎无关的突出优点，能够提供稳定的参考电压或参考电流，被广泛应用与集成温度传感器、比较器、A/D和D/A转换器、存储器以及其他模数混合系统集成芯片中，并且高性能基准电压源直接影响着电路的性能。
研究用CMOS 工艺实现的可集成于片上系统（SOC）的高精度带隙基准源显得尤为重要[1]。
对于高精度的温度传感器，从电源注入到带隙基准输出的噪声是各种噪声中最重要的噪声，会严重影响参考电压和温度传感器的与绝对温度成正比（PTAT）电压。
因此，设计高电源抑制比（PSRR）的带隙基准源满足其要求显得十分必要[2]。
本文先介绍了带隙基准源的基本原理，再基于等效小信号模型，对带隙基准源的电源抑制比做了详细的分析，进而提出了一个具有高电源抑制比、低温度系数、低功耗可用于温度传感器的带隙基准电压源。
1.带隙基准源电源抑制比分析利用与CMOS兼容工艺的纵向PNP晶体管和采用放大器负反馈实现的传统CMOS带隙基准电压如图1所示。
单片机adc基准电压
在单片机的ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）中，基准电压是用来将模拟信号转换为数字信号的参考电压。
基准电压可以是内部产生的固定电压，也可以是外部提供的稳定电源电压。
常见的单片机ADC基准电压有以下几种类型：
1.内部基准电压（Internal Reference Voltage）：某些单片机具
有内部稳定的基准电压源，通常是一个固定的电压值，如
供电电压的一部分。
例如，常见的5V供电的单片机的内
部基准电压通常为 2.5V或 1.2V。
这样设计的好处是可以
简化系统，不需要外部电源来提供基准电压。
2.外部基准电压（External Reference Voltage）：有些单片机
需要外部提供稳定的基准电压。
这种情况下，需要外部电
路来产生稳定的电压，然后将它连接到单片机的特定引脚
上，作为ADC的基准电压源。
选择适当的ADC基准电压类型取决于具体应用的要求以及单片机本身的能力和支持。
内部基准电压对于一些低要求的应用可能足够，而对于更高精度的应用，可能需要使用外部基准电压来提供更稳定和准确的参考电压。
重要的是在使用ADC时确保基准电压的稳定性和准确性，以确保正确的模拟信号转换为数字信号。
带曲率补偿、工作电压1.2V、可调带隙基准电压电路l与温度无关的基准与温度无关的电压或电流基准在许多模拟电路中是必不可少的。
如何产生一个对温度变化保持恒定的量?假设有正温度系数的电压V1和负温度系数的电压V2，这两个量以适当的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数。
选取a和b使得a?V1/?T+b?v2/?T=0，可以得到具有零温度系数的电压基准，VREF=aV1+bV2。
上述假设提供了一个可行的方法实现与温度无关的电压基准，就是分别找到正温度系数的电压和负温度系数的电压。
1.1负温度l 与温度无关的基准与温度无关的电压或电流基准在许多模拟电路中是必不可少的。
如何产生一个对温度变化保持恒定的量?假设有正温度系数的电压V1和负温度系数的电压V2，这两个量以适当的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数。
选取a和b使得a?V1/?T+b?v2/ ?T=0，可以得到具有零温度系数的电压基准，VREF=aV1+bV2。
上述假设提供了一个可行的方法实现与温度无关的电压基准，就是分别找到正温度系数的电压和负温度系数的电压。
1.1 负温度系数电压双极晶体管的基极一发射极电压VBE或者pn结二极管的正向电压，具有负温度系数。
根据已推导的VBE温度系数表达式[1]:式(1)给出了在给定温度T下VBE的温度系数，大小与VBE本身有关。
其中VT 为热电压，Eg为Si的带隙能量，m为迁移率的温度指数。
根据经验值，当VBE△750mV，T=300K时，?VBE/?T△-1.5 mV/℃。
当然这些参数必须以实际所用的工艺库为标准。
1.2 正温度系数电压如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么他们的基极一发射极电压的差值就与绝对温度成正比[1]。
假设两个相同的晶体管(Is1=Is2)，基极和集电极分别短接，发射极接地，偏置的集电极电流分别为Ic1=nI0和Ic2=I0，其中n是晶体管Q2和Q1，的发射极面积比，忽略他们的基极电流，那么：△VBE表现出正温度系数：1.3 带隙基准利用上述的负温度系数电压和正温度系数电压，可以设计出一个理想的零温度系数基准。
1.2V基准电压源设计冯超;汪金辉;万培元;侯立刚【摘要】基于0.35µm CSMC CMOS工艺设计并流片了一款典型的带隙基准电压源芯片，输出不随温度变化的高精度基准电压。
电路包括核心电路、运放和启动电路三部分。
芯片在3.3V供电电压，-40oC到80oC的温度范围内进行测试，结果显示输出电压波动范围为1.2128V~1.2175V，温度系数为32.2 ppm/oC。
电路的版图面积为135µm×236µm，芯片大小为1 mm×1 mm。
%A typical bandgap voltage reference based on a 0.35 µm CSMC CMOS technology is designed and fabri-cated. The overall bandgap architecture is optimized to achieve high accuracy temperature independent voltage reference. The design consists of the bandgap core circuit,op-amp,and start-up circuit. The test results show that the bandgap reference circuit provides reference voltage from 1.2128V to 1.2175V with 3.3V power supply when temperature ranges from-40 oC to 80 oC,and the temperature coefifcient is 32.2 ppm/oC. The total layout area including dummy structures is 135 µm×236 µm,and the die area is 1 mm×1 mm.【期刊名称】《软件》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P33-36)【关键词】基准电压源;温度系数;基准电压【作者】冯超;汪金辉;万培元;侯立刚【作者单位】北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TN432基准电压源是模拟集成电路的重要组成部分，在许多集成电路中都需要精密又稳定的电压基准，如模数转换器、数模转换器、线性稳压器和开关稳压器。
目前采用的基准电压源设计方法主要有三种：掩埋齐纳二极管、XFET（外加离子注入结型场效应管）和带隙基准电压源，带隙基准电压源包括双极型和CMOS带隙基准源[1][2]。
掩埋齐纳二极管基准电压源和XFET基准电压源都具有精度高、稳定性好的特点，但是二者的制造过程不能与标准CMOS工艺兼容，并且掩埋齐纳二极管基准源的电源电压高、工作电流大、功耗大[2]。
基准电压源设计的关键点在于精度高、温漂小，带隙基准电压源利用硅的能带隙作为基准电压，可以实现高精度，采取一些温度补偿的办法，可得到几乎不受温度影响的基准电压。
近年来，随着CMOS的发展，与之兼容的带隙基准源得到更加广泛的应用与研究。
本文根据带隙基准电压源原理，设计及实现一款基于CMOS工艺的低温漂电压基准电路，并经流片和测试，验证其低温漂性。
基准电压源输出的基准电压不随温度变化。
为了得到零温度系数的电压，可利用两个具有相反温度系数的量以适当的权重相加。
双极型晶体管的基极-发射极电压VBE具有负的温度系数（CTAT complementary to absolute temperature），两个双极型晶体管的VBE做差可得到具有正温度系数（PTAT proportional to absolute temperature）的电压，将二者以适当的权重相加可以得到零温度系数电压[3][4]。
双极晶体管，集电极电流（IC）与基极-发射极电压的关系由公式1给出[3]其中，IS是双极晶体管的饱和电流，VT= kT / q，为热电压，k为波尔兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电量。
进一步，可以得到在给定温度T下VBE的温度系数[3]其中，m ≈ -1.5，为迁移率温度指数，Eg≈1.12eV，为硅的带隙能量。
由公式2可见，VBE呈现出负温度系数。
如果两个相同的晶体管（具有相同的饱和电流IS1=IS2=IS）偏置的集电极电流成一定比例关系，假设分别为nI0和I0，忽略基极电流，可得它们的基极-发射极电压差ΔVBE由公式3可以看出，两个晶体管的基极-集电极电压差ΔVBE表现出正温度系数。
利用以上两个表现出相反温度系数的电压可以得到不受温度影响的电压VREF选择适当的α和β及n值，便可以得到理论上不受温度影响的基准电压。
另外，还注意到，晶体管的VBE几乎与电源电压无关，所以，得到的基准电压也几乎与电源电压无关[3]。
以上所述的原理如图1所示。
本文中完整的基准电压源电路如图2所示，共有三部分组合而成由MOS管M1-M2、运放A1以及双极晶体管Q1和Q2组成电路产生正温度系数电压；由MOS管M3，R2和Q3组成电路产生负温度系数电压；由MOS管M4-M9组成的启动电路。
如图2中所示的基准电压源中，PMOS管M1和M2尺寸相同，漏极分别和运放的差分输入节点X和Y连接，VX和VY作为运放的输入，运放的输出接M1和M2管的栅极，进行偏置，此结构保证X和Y节点处在同样的电压，因而两MOS管流过的电流大小是相等的，I1=I2=IR1，则通过电阻R1的电流大小由公式5给出[3]因此，由公式4可以得到图2中的基准电压源产生的基准电压其中，VBE，Q3具有负温度系数，ΔVBE具有正温度系数，R2/R1、m = （W/L）3（L/W）2以及 n = IQ1/ IQ2都是与温度无关的参数，选取适当的量就可以得到与温度无关的基准电压，本文中m=1，n=8，R2/R1=10。
3.1 运放运放需要很高的增益使节点X、Y处于相等电位，保证I1=I2=IR1，因此，本文选择了折叠式共源共栅运放，如图3中所示。
高增益的运放强制使图2中的X、Y节点处于相同电位[3]，两双极型晶体管Q1、Q2的基极-集电极电压差ΔVBE具有正温度系数，此电压降落在电阻R1上。
此折叠式共源共栅运放可以得到83dB的高增益。
3.2 偏置电路如图3中所示，MOS管M10-M16作为偏置电路，为折叠式共源共栅运放提供偏置电压。
3.3 启动电路启动电路在本文中提到的基准电压源结构中是十分必要的。
当电源上电时，所有晶体管传输电流为零，而晶体管M1、M2和运放A1组成的环路允许零电流情况，则会一直保持此状态。
启动电路的目的是驱动电路摆脱零电流状态，当主体电路开启后，启动电路应被关闭[5]。
如图2中所示，晶体管M3-M9。
组成启动电路当电源上电时，核心电路没有电流流过，但晶体管M5在电源电压的驱动下导通，把P点电压拉低，经过晶体管M6和M7组成的反相器，晶体管M8的栅端电压被拉高，M8管导通使M1、M2管的栅端电压被拉低，从而各支路导通，核心电路有电流流过。
当经过M4管的支路导通后，P点电压被拉高，M8管的栅极电压被拉低从而截止，至此启动电路被关闭[6]。
基准电压源电路会受到非理想因素的影响，优秀的版图设计可以改善一些因素的影响，本文在版图设计中，考量了器件之间匹配问题后，充分考虑了布局布线问题。
4.1 运放运放的失调电压会增大基准电压的温度系数，影响基准电压源的性能，为了减小运放失调的影响，在本设计中采用了大尺寸的器件，仔细选择版图的布局，增加匹配性。
并且在输入对管周围增加了dummy管，充分保护运放。
4.2 电阻在电路制造过程中，电阻阻值误差很大，很难得到精确地电阻，但可以尽可能减小电阻比值的误差。
在本设计中，采用精度相对较高的多晶硅电阻，减小电阻比值的误差。
增大电阻的宽度，减小工艺偏差引起的电阻阻值的误差，进一步减小电阻比值的误差。
4.3 双极晶体管双极晶体管的布局也需要仔细规划。
中心对称的布局方法可以得到更好的匹配性，本设计中，BJT晶体管Q1的个数为8，Q2的个数为1，如图5所示[3][7][8]。
电路采用0.35µm CSMC CMOS N阱工艺和华大九天的aether软件进行设计和仿真。
电源电压为3.3V。
多晶硅电阻R1、R2阻值分别为4.5 kΩ和45 kΩ，在27 ℃时，电路的功耗为0.16 mw。
流片后封装，搭建测试板和测试环境，将测试板放在温箱中进行测试，电源电压为3.3V，测试温度范围为-40oC到80oC，测试结果显示输出电压范围为1.2128V -1.2175V，温度系数为32.2 ppm/oC。
仿真和测试得到的输出电压与温度的关系在图4中分别给出。
由测试结果可以看出，在- 40oC到80oC的温度跨度内，输出电压具有高精度。
基准电压源的版图面积为135 µm×236 µm。
并且在基准电压输出端接上到地的去耦电容。
芯片如图6所示，其中包括IO、decoupling电容，总面积为1mm×1 mm。
本文设计并实现了一款带隙基准电压源。
基准电压源是电路系统中不可或缺的电路模块，它可为多种系统子电路提供高精度、低温漂的基准电压。
本文中的带隙基准电压电路采用0.35µm CSMC CMOS工艺设计仿真，并流片测试，在3.3V电源电压下，输出温度系数为32.2 ppm/oC的带隙基准电压。
该电路具有启动快、电源抑制比高、低温漂等特点，适用于多种电路系统。
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