2．2 設計原理

　　圖2為該基準電路的設計原理圖。

　　如圖2所示，首先產生兩路分別與PMOS和NMOS閾值電壓成正比的電壓VP和VN，通過設置合理的系數(shù)K1，K2，使得兩者的溫度系數(shù)相抵消，從而得到低溫度系數(shù)或零溫度系數(shù)的基準電壓。產生的基準電壓表達式如式（7）所示：

　　并且該電壓值可以根據(jù)要求進行設置。

　　圖3為該設計原理的模塊示意圖。模塊1為電壓VP的產生電路；模塊2為電壓VN的產生電路；VP與VN再通過模塊3所示的減法器電路進行相減，使得兩者的溫度系數(shù)相抵消，從而得到零溫度系數(shù)的基準電壓Vref。

　　2．3 基于PMOS閾值電壓產生VP電路設計

　　如圖3中模塊1所示，VP是由PMOS管MP1，MP2產生的一個隨溫度變化的線性電壓。運放A1使MP2的漏極電壓等于Va，通過適當調整R1和R2阻值，使得MP1工作在飽和區(qū)，MP2工作在線性區(qū)。電路中MP1與MP2形成正反饋，而R1與R2形成負反饋，且負反饋的作用大于正反饋?？梢钥闯觯诋a生線性電壓VP的過程中，當VP為0時，流過MP1，MP2電流為0，即存在一個零點。所以增加MOS管MP3作為啟動管，通過給MP3的源端提供一個啟動電壓VST1來使其脫離零點，進入正常工作。當VP=0 V時，MP3導通，并向MP1灌人電流，使得MP1的源極電壓升高，從而運放A1開始工作。當正常工作后，MP3關斷，降低功耗。由于啟動電壓VST1并沒有精確的要求，所以可以直接從輸入電壓分壓得到。

　　從圖3中模塊1中分析可以得到，經(jīng)過MP1，MP2的電流分別為：

　　從結果可以看到，遷移率μn對電壓Vp的影響已經(jīng)被消除；Vp是Vtp的線性函數(shù)，并且VP／VTP僅由MP1，MP2的寬長比和R1，R2的阻值決定。根據(jù)式（5）中VT和溫度之間的線性關系可得，VP也是隨溫度線性變化的電壓值。圖4所示的是HSpice的仿真波形，從圖中可以看出，當溫度從-40℃ 變化到125℃時，VP隨溫度線形變化。

　　2．4 基于NMOS閾值電壓產生VN電路設計

　　如圖3中模塊2所示，VN是由MN1，MN2產生的一個隨溫度變化的線性電壓。與VP產生電路不同的是，通過合理設置R3，R4的值，使得MN1與MN2都工作在飽和區(qū)。MP4為啟動管，它使得電路盡快擺脫零點進入正常工作，然后自行關閉。經(jīng)過MN1和MN2的電流分別為：

　　式中：VTN為MN2的閾值電壓；VTNo為Vsb=0的閾值電壓。

　　同樣暫時假設運放A2不存在失調，則：

　　由式（17）可知，VN僅為閾值電壓的函數(shù)，并且，忽略體效應對VN的影響，VN仍然可以看作是溫度的線形函數(shù)。圖5所示的是HSpice的仿真驗證波形，同樣，從圖中可以看到，當溫度從-40℃變化到125℃時，VN亦隨溫度線形變化。

　　2．5 減法器電路設計

　　從式（12）、式（17）可以看出，VP與VN均為負溫度系數(shù)，所以可以通過VP與VN相減得到一個近似零溫度系數(shù)的基準電壓。減法器的電路設計如圖3中模塊3所示。從圖中可以得到，減法器的傳輸函數(shù)為：

　　通過合理設置（1+R5／R6+R5／R7）可以抵消VP與VN的溫度系數(shù)，而R7／R5可以用來設置設計者需要的基準電壓值?？梢姡ㄟ^這種方式設計的基準電壓不一定是一個固定的1.25 V電壓，而是可以通過調整R7和R5的阻值來達到設計者需要的基準電壓。