?VREF1Vbe(Tr1)?VG0(Tr1)2kR12lnN???0 (3.22) ?TTr1R11q Vbe，VG0(Tr1)?1.205V，kq?0.087mV/℃ (T1r)?0.V7Tr1??VG0(Tr1)?Vbe(Tr1)?R12q?2kR11lnN1.205?0.7?276K?3℃
2?5.06?0.087?10?3?ln81.205?0.7?367K?94℃ ?32?3.8?0.087?10?ln8同理可以求出
Tr2??VG0(Tr2)?Vbe(Tr2)?R1q?2kR2lnN由此可知，快速启动电路的控制电路在低温时会有比较好的的温度特性，它能对带隙基准源核心电路的温度特性在低温时有很好的补偿，经过补偿后，至少在3℃～94℃温度范围内，带隙基准源的温度特性曲线会保持平滑。
3.6 高精度CMOS带隙基准电压源的电路仿真
3.6.1仿真工具的介绍
模拟电路由于其在性能上的复杂性和电路结构上的多样性，对仿真工具的精度、可靠性、收敛性以及速度等都有相当高的要求。国际上公认的模拟电路通用仿真工具是美国加利福尼亚大学伯克利(Berkeley)分校开发的通用电路模拟程序SPICE( Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)，目前享有盛誉的EDA公司的模拟电路仿真工具，都是以SPICE为基础实现的。其中以美国原 Meta Software公司的HSPICE和Micro Sim公司的PSPICE最为流行。
HSPICE是Meta软件公司推出的工业级电路分析产品，它能提供电路在稳态、瞬态 及频域状态下所进行的模拟仿真，包括直流工作点和直流传输特性分析、交流小信号分析、噪声分析、瞬态分析、傅立叶分析、灵敏度分析、温度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等等。采用HSPICE可从直流到大于100GHZ的微波范围内对电路作精确的模拟、分析[15]。
3.6.2 核心电路的仿真结果
图3.10是在温度为25℃，电源电压为5V时，核心电路的输出基准电压随电源电压的变化曲线。由图3.10可以看出：常温下，核心电路的仿真曲线在3V以后变得平缓，输出电压在1.2V～1.3V,但是这个精确度还远远不能满足我们的设计要求，所以还需要对电路作更进一步的完善。
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图3.10 核心电路的基准电压随输入电压的变化
3.6.3 电源抑制比电路的仿真结果
图3.11是在温度为25℃，电源电压为5V时，带隙基准电压源的电源抑制比特性，扫描范围是1Hz到10MHz。由图3.11可以看出：常温下，带隙基准电压在整个工作带宽内都具有很高的电源抑制比，尤其是高频区域有了很明显的提高。在1MHZ时，基准电压的电源抑制比都在-80dB以下。
图3.11 基准源的电源抑制比曲线
3.6.4 快速启动电路的仿真结果
图3.12是带有快速启动电路的启动时间特性曲线，其工作条件是电源电压为5V，温度为25℃。由图3.12可以看出：由于采用了快速启动电路，启动时间大约为700?s；如果不采用快速启动电路，如图3.13所示，在同样的工作条件下，启动时间将会延长到
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20ms。可见，加入启动电路后，带隙基准源能够快速、平稳的启动，完全符合设计要求。
图3.12 带有快速启动电路的启动时间曲线
图 3.13没有快速启动电路的启动时间曲线
3.6.5整体电路的仿真结果
1）电源电压稳定性
图3.14是在温度25℃时，带隙基准电压源的输出电压Vref随电源电压变化的曲线。由图3.14可以看出，电源电压在2.7V～5.5V范围内变化时，基准源输出电压小于0.12mV，几乎保持不变，因此基准源具有良好的稳定性。
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图3.14基准电压随输入电压的变化
2)温度特性
图3.15是在电源电压为5V时，带隙基准电压源的输出电压Vref随温度变化的曲线。由图3.15可以看出在0℃～100℃的范围内,基准电压的输出变化小于1.4mV，由公式
T?Vmax?Vmin?106（ppm/℃）得到其相对温度系数为11.2ppm/℃，具有良好的温
Vmean(Tmax?Tmin)度特性。
图3.15基准源输出电压的温度特性曲线
本章小结
本章结合目前各种高精度CMOS带隙基准电压源的性能指标和不同的电压源结构，选择了满足要求的提高电源抑制比电路、快速启动电路及其控制电路，通过对电路的分
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析计算确定了电路各部分的性能指标，并且实现了很好的温度补偿，最后通过对各部分电路以及整体电路的仿真，验证了设计的合理性。
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