0 引 言

　　隨著集成電路的發展，一個高穩定、高精度的基準電壓源變得越來越重要。特別是在D/A，A/D轉換以及PLL電路中，溫度穩定性和精度之間關系到整個電路的精確度和性能。

　　當今設計的基準電壓源大多數采用BJT帶隙基準電壓源結構，以及利用MOS晶體管的亞閾特性產生基準電壓源；然而，隨著深亞微米CMOS工藝的發展，尺寸按比例不斷縮小，對芯片面積的挑戰越來越嚴重，雙極型晶體管以及高精度電阻所占用的面積則成為一個非常嚴重的問題。在此，提出一種通過兩個工作在飽和區的MOS管的柵源電壓差原理，產生一個與絕對溫度成正比（PTAT）的電流，利用這個電流與一個工作在飽和區的二極管連接的NMOS晶體管的閾值電壓進行補償，實現了一個低溫漂、高精度的基準電壓源的設計。

　　1 NMOS晶體管的構成

　　兩個工作在弱反型區的NMOS晶體管M1和M2的結構如圖1所示。

　　其輸出電壓V0可以表示為：

　　式中：UT=kT/q;k為波爾茲曼常數；△V表示實際中晶體管失配引入的誤差，是個常數，這里忽略它的影響。由此得到：

　　式中：是由溫度決定的倍增因子，后面將對其溫度特性進行討論。

　　對于NMOS晶體管M1和M2，其柵源電壓分別為Vgs1和Vgs2，那么圖3中電壓為：

　　如果利用前面提到的兩個工作在弱反型區的MOS管輸出電壓特性來控制兩個工作在飽和區的NMOS的柵極電壓Vgs1和Vgs2，使得：

　　式中：λ為比例常數。

　　將式（5）代入到式（3）可得：

　　對于參數KM1，它主要受晶體管遷移率λ的影響，通常被定義為：

　　式中：T為絕對溫度；α由工藝決定，典型值為1.5.將式（7）代人式（6）可得：

　　它為一個與溫度無關的常數。

　　通過上面分析可知，此方法可以得到一個與絕對溫度成正比（PTAT）的電流I1.具體實現電路如圖3所示。

　　圖3電路中，M3~M6四個PMOS晶體管工作在飽和區，它們的寬長比相同。M1和M2兩個NMOS晶體管工作在飽和區，它們的寬長比為（W/L）2/（W/L）1=m.通過調節電路，使得M7~M10四個NMOS晶體管工作在深線性區。現在討論電路的工作原理。

　　對于X點和Y點的對地電壓，可以分別表示為：

　　通過式（5）和式（15）可以看出，在這個電路中，式（5）的系數：