??????? 引 言

　　基于遷移率和閾值電壓相互補償?shù)臏囟刃?yīng)實現(xiàn)的MOS柵源電壓基準(zhǔn)是近幾年基準(zhǔn)源研究的焦點之一。與帶隙基準(zhǔn)相比，MOS柵源電壓基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)簡單且實現(xiàn)電壓值的范圍比較廣，既可以產(chǎn)生小于1.25 V的基準(zhǔn)也可以產(chǎn)生大于2 V的基準(zhǔn)電壓。MOS柵源電壓基準(zhǔn)在設(shè)計電壓基準(zhǔn)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

　　提出了一種新穎的可用于AC/DC控制芯片中的基準(zhǔn)電壓源電路。此電路以PTAT(proportiONal to absolutetemperature)電流為偏置電流，利用二極管連接的MOS晶體管遷移率和閾值電壓的溫度系數(shù)可相互補償?shù)奶匦裕a(chǎn)生與溫度無關(guān)的柵源電壓。該電路結(jié)構(gòu)簡單，既無啟動電路也無運放，避免了運放失調(diào)對基準(zhǔn)源的影響，設(shè)計采用CSMC0.5μm BCD工藝。仿真結(jié)果表明，該基準(zhǔn)電壓源具有較低的溫度系數(shù)和高電源電壓抑制比，可作為AC/DC控制芯片中遲滯比較器的參考源。

　　1 遷移率和閾值電壓相互補償效應(yīng)

　　在MOS管中由于存在遷移率和閾值電壓的溫度系數(shù)相互補償效應(yīng)，存在零溫度系數(shù)點(ZTC:zerotemperature coefficient)。當(dāng)一個大小在ZTC 點的PTAT電流偏置二極管連接的MOS管時，能產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的柵源電壓，可以用柵源電壓來作為基準(zhǔn)電壓。設(shè)PTAT電流源ID(T)為：

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　　式中，T0是參考溫度，γ是一個正常數(shù)。MOS管工作在飽和區(qū)時的漏電流為：

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　　式中，遷移率μ(T)和閾值電壓UTH(T)是受溫度影響的參數(shù)。遷移率μ(T)與溫度T 的關(guān)系式為：

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　　式中，αμ0和αμ1都是正常數(shù)。αμ0的取值范圍一般為1.5~2,αμ1的取值范圍一般為0.01~0.05。忽略溫度T 的變化對αμ的影響，把αμ看成一個與溫度無關(guān)的正常數(shù)。閾值電壓與溫度的關(guān)系可以近似看成呈線性遞減關(guān)系為：

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　　式中，αVT是一個正常數(shù)，其值大約在1 mV/℃ 到4 mV/℃之間。在BSIM4.6.0模型中αVT的精確表達(dá)式為：

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　　式中，KT1是閾值電壓溫度系數(shù);KT1L是由于有效溝道長度對閾值電壓溫度效應(yīng)影響的系數(shù);KT2是由于體偏置對閾值電壓溫度效應(yīng)影響的系數(shù)。將式(3)和(6)代入式(2)中得：

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　　式中：

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　　假設(shè)溫度T 從T0稍微增大到T0+?T,將式(1)代入式(7)中并采用近似得：

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　　因此可以得到MOS管柵源電壓的變化量δUGS為：

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　　式中：

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　　若有這樣一個PTAT電流源，與它相關(guān)的參數(shù)λ和γ滿足以下式子：

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　　則可以得到MOS管的柵源電壓值UGS不隨著溫度的變化而發(fā)生改變，可作為基準(zhǔn)電壓源。