中心議題：

• 高電源抑製的基準源的設計方案

解決方案：

• 改進的Brokaw基準核心分析
• LDO電路和啟動電路設計
• 啟動、溫漂和PSR仿真與分析

電子鎮流器的供電方式為半橋輸出接穩壓管給芯片供電，其輸出電壓為高壓正弦波（50～100 kHz），加之芯片內數字部分的幹擾，這就給芯片的電源帶來較大的幹擾。因此對芯片內基準的中頻PSR（Power Supply Rejection，電源抑製）有較大要求。本文從此角度在Brokaw帶隙基準的基礎上進行改進
，采用LDO與基準的級聯設計來增加其PSR。

1 電路結構

1.1 基準核心
目前的基準核心可以有多種實現方案：混合電阻
，Buck voltage transfer cell
，但是修調複雜，不宜工業化。本設計采用Brokaw基準核心
，其較易實現高壓基準輸出，並且其溫漂

、PSR及啟動特性均較好。本文采用的改進的Brokaw基準核心的結構如圖1所示。

對此核心的分析：

三極管的輸出電流公式：

其中I是三極管射極電流，Is與射極麵積成正比，n為一常數，取1。這裏，取VQC2：VQC1=8：1，因此Is2=8xIs1，又I1=I2，分別代入（1）並相除，整理得：

其中Vbe1是負溫度係數，Vt是正溫度係數，RC2與RC1是同類電阻
，溫度係數相抵消，選擇合理的RC2／RC1，就可以得到一階補償為0的基準電壓，可以很好的滿足本芯片的要求。

在電流鏡的選取上，采用威爾遜電流鏡，精度高，不需外加偏置電路，因此電源抑製比較高。輸出管采用mos管，對VQC5、VQC1支路電路影響小。通過增加MC1
，使VQC2和VQC1的集電極電位相近，減小誤差。

產生的Vref為4.75 V，在放大電壓的同時，PSR、溫漂均放大了4倍，即PSR升高了12 dB（在隨後的仿真波形中可以看到）。
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1.2 LDO
LDO在低頻時的PSR主要取決於運放的增益
，為此選擇折疊共源共柵電路。此LDO電路基於文獻中的電路修改
，如圖2所示，並采用PSR高的偏置生成電路。

1. 3 啟動電路
Brokaw核心本身存在0狀態，VQC5基極為高電平，VQC2
、VQC1基極為低電平
，因此引入如圖3的啟動電路。

圖3中右下角即為啟動電路。對於常規Brokaw基準
，當VQC2基極電壓低於啟動電壓時
，VQCS2將VQC5基極電壓拉低VQC2基極電壓拉高，使電路啟動，所以VQCS2僅需很小的基極電流就可以使電路啟動。

但是，由於本設計采用LDO供電
，而LDO的參考電壓是bg，存在死循環，即bg低，則LDO低，所以基準核心的VQC5無法給VQCS2提供電流，也就無法提高VQC2的電壓即bg，因此需要外界提供大電流bias-start，使得當LDO無法啟動基準核心時
，此電流可以足夠大

，在RC4上產生的壓降使bg達到足夠大，繼而LDO達到使基準核心啟動所需的最低電壓
，從而使電路進入自動修正狀態
，最終使bg和ref達到指定電壓。

這樣雖然能啟動
，但是，正常工作時
，此大啟動電流bias-start將通過VQCS1和VQCS3流向地
，增加了係統的負擔。因此
，在電流輸出管MB3下加入控製管MBC，並使得在正常工作時，LDO的高電壓足以使MBC關斷，從而降低啟動電路的損耗。

2 仿真與分析

本次設計的仿真基於ASMC的1 μm的高壓BCD工藝。

2.1 啟動仿真
圖4是工藝角為tt，t=27℃時的啟動仿真，此基準需要3 μs就可建立正常狀態，這是由於基準核心中的Cc1選取為比較小的2 pF的結果，這樣做的另一個結果就是中頻PSR有所降低
，實際電路可根據需要選取Cc1的大小
，如果需要中頻PSR較大
，但對啟動時間要求較低時
，可以選取大Cc1（如Cc1選取10pF，則最高PSR將降為-28dB
，但啟動時間升至10μs）。LDO
、ref、bg的啟動過程比較平穩
，沒有過衝現象。

MBC控製作用的簡述：在1μs時流過100μA的啟動電流，當LDO、ref、bg建立最低工作電壓後，啟動電路開始關斷過程，電流急劇減小
，並最終在2μs時接近0A。整個電路正常運行時消耗的電流是266μA。
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2.2 溫漂仿真
圖5為不同工藝角下的溫漂仿真。仿真結果表明，此電路可以達到ref-45 ppm
、bg-7.5 ppm的低溫漂。實際電路存在器件的不匹配和誤差等
，雖然達不到理論上的溫漂，但通過仔細布版、修調帶隙核心電路中Rc1、Rc2，可以達到較低的溫漂。

2.3 PSR的仿真
圖6為工藝角tt，vcc=8.5V，t=27℃時的PSR的仿真
，此基準對電源幹擾的抑製能力較強


，4.75V輸出電壓在工作頻率60 k左右時的PSR達到了-75.1 dB，能有效抑製由半橋產生的震蕩；而且對來自數字部分的高頻震蕩也有較強的抑製能力。

表1為輸出電壓bg在不同工藝角下的PSR的仿真結果
，本電路在不同工藝角下都能在高電源幹擾的芯片中正常工作。

3 結論

本文通過結合LDO與Brokaw基準核心
，設計出了高PSR的帶隙基準，此帶隙基準輸出的1.186 V電壓的低頻PSR為-145 dB，最高PSR為-36 dB，溫漂可以達到7.5 ppm，適shi用yong於yu電dian子zi鎮zhen流liu器qi芯xin片pian。本ben設she計ji還hai優you化hua了le啟qi動dong部bu分fen，使shi新xin的de帶dai隙xi基ji準zhun可ke以yi在zai短duan時shi間jian內nei順shun利li啟qi動dong。此ci電dian路lu根gen據ju需xu要yao還hai可ke以yi修xiu改gai基ji準zhun核he心xin中zhong的deRc3、Rc4，采用多段電阻分壓方式
，以輸出多種參考電壓，方便靈活定製芯片。