技术手册：带隙基准电压源的原理与工程应用

在高精度模拟和混合信号系统中，基准电压源是确保整个系统稳定性和准确性的核心元件。相较于传统的齐纳二极管基准，带隙基准电压源凭借其低电源裕量、宽输出电压范围及优异的温度稳定性，成为现代集成电路设计中的主流选择。带隙基准电压源代理商-中芯巨能将从工作原理、关键参数到典型应用，全面解析带隙基准电压源的设计与使用。

一、基本原理与结构

带隙基准电压源的核心思想是利用双极型晶体管（BJT）的基极-发射极电压（VBE）随温度变化的负温度系数特性，与两个不同电流密度下产生的∆VBE（正温度系数）相结合，通过适当比例叠加，使最终输出电压在宽温度范围内保持恒定。

图1.设计带隙电路提供理论上为零的温度系数

如图1所示，以LT1004为例，该电路包含一对不匹配的双极晶体管Q10和Q11，其中Q10的发射极面积为Q11的10倍。当两者的集电极电流相等时，两者基极之间的电压差∆VBE可表示为：

$$\mathrm{\Delta }{V}_{BE}=\frac{kT}{q}\cdot \ln (10)$$ΔVBE=qkT⋅ln(10)

其中：

$k$k：玻尔兹曼常数（1.38×10⁻²³ J/K）

$T$T：绝对温度（K）

$q$q：电子电荷（1.6×10⁻¹⁹ C）

在25°C时，该值约为60 mV，并具有+0.2 mV/°C的正温度系数。将此电压施加于一个固定电阻（例如50kΩ），即可产生一个与温度成正比的电流。随后，该电流用于偏置另一个二极管连接的晶体管Q14，其VBE具有–2.2 mV/°C的负温度系数。通过合理设置电阻分压比，可以使得两种温度效应相互抵消，从而获得理论温度漂移为零的基准电压——通常约为1.235 V。

二、性能指标与选型指南

现代带隙基准电压源已实现高度集成化和多样化，工程师可根据以下关键指标进行选型：

ADI公司提供的多款带隙基准电压源涵盖了多种应用场景：

高精度型：如LTC6652（温度漂移<2ppm/°C，噪声仅2ppm峰峰值）

低功耗型：如LT1389（静态电流仅800nA）

小尺寸型：如LT6660（2mm×2mm DFN封装）

通用型：如LT1460（SOT23封装，低成本、高性能）

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三、典型应用与设计建议

1. ADC/DAC参考电压源
   在高分辨率数据转换器中，稳定的基准电压直接影响系统的线性度和精度。推荐使用LTC6652或LT1790等超低漂移型号。

2. 电压监控电路
   结合比较器使用，如LT6700内置400mV基准，可用于低电压检测，适合便携式设备电源管理。

3. 传感器接口电路
   在精密测量系统中，带隙基准提供稳定的偏置点，减少环境温度变化带来的误差。

4. 校准与测试设备
   对于需要长期稳定性的仪器仪表，建议选用具有出厂校准功能的高精度基准源。

四、设计注意事项

• 电源裕量要求低：多数带隙基准可在电源电压接近基准电压时仍正常工作（如仅需100mV裕量）

• 注意负载调整率：避免因负载突变引起输出波动，必要时增加缓冲放大器

• 去耦电容配置：在VREF引脚附近放置0.1μF陶瓷电容，降低高频噪声影响

• PCB布线优化：远离噪声源，采用独立地平面，防止热漂移干扰

五、总结

带隙基准电压源以其出色的温度稳定性、广泛的输出电压选择和灵活的封装形式，在现代精密电子系统中扮演着不可或缺的角色。对于工程师而言，理解其工作原理并根据具体应用需求选择合适的器件，不仅能提升系统性能，还能简化设计流程、缩短开发周期。随着工艺技术的进步，新一代带隙基准在噪声、长期稳定性和功耗方面持续优化，正逐步缩小与齐纳基准的差距，成为高性价比、高性能的理想选择。