带隙基准原理及解释（带隙基准的三个简并点）

对于带隙基准，有两个需要极其关注的问题，一个是精度问题，另一个是启动问题，如果这两点存在问题，其他一切指标都是空谈。今天这篇文章主要探讨带隙基准的启动问题，探讨的这种带隙基准是低压带隙基准，这种带隙基准存在三种稳定工作的简并点，接下来，就首先分析者三种工作状态是如何产生的，如何在仿真中将其寻找出来，如何设计启动电路去规避无法启动的风险。

1. 1.带隙基准工作原理

假设电路正常工作，那么可以简述其工作原理：运放处于闭环工作状态，同相端与反相端电压相同。M0和M1的尺寸相同，则流过Q0和Q1的电流相同，并且Q0和Q1的尺寸比是1：N，那么Q0和Q1的基极电压差时VTlnN，这个电压最终落在R0上。所以，流过R3的电流等于流过R0和R2的电流之和，则R3上的电压为

调整R2和R0的比例可以调节温度系数，调整R3和R2的比例可调整输出电压。

1. 2.简并点分析

以上只是正常工作状态，实际上，电路还存在另外两个工作状态。

（1） 流过M0、M1、M2的电流都是0，此时运放的同相输入端和反相输入端电压也都是0，如果运放是NMOS输入的，那么运放的输出接近电源电压，这一电压正好M0、M1、M2处于截止状态，因此这也是一个可能的工作状态。

（2） 在上电时，M0、M1、M2流过微小电流，此时的Q0和Q1还在截止区，呈现一个高阻状态，电流会优先流过R1和R2，在R1和R2上建立起一个不足以使三极管导通的电压，此时运放也输出一个中等的电压来维持这个状态。

所设计的启动电路，必须要覆盖尽可能多的PVT，确保在各种状态下，启动电路都能有足够的强度使带隙基准进入正常的工作状态。

1. 3.简并点仿真

断开BG环路，断环处扫描DC，并检测输出端的DC，二者交点即为简并点。这样做的理由是：有几个简并点，也就意味着带隙基准的电流镜有几种电流，有几种电流就对应有几种电流镜栅压。所以扫描栅电压，栅电压与运放输出电压一致，就是一个稳定的工作点。

A点，栅极电压为1.7V，此时PMOS完全关断，对应的基准电压接近0。B点，栅极电压为1.35V，此时PMOS管导通，但是电流不够大，三极管仍然是关断的，此时得到的电压是介于0和期望电压之间的一个电压。C点，栅极电压为1.2V，此时PMOS产生的电流足够大，三极管也处于导通状态，是我们所期望的工作点。

1. 4.启动电路实例

启动电路有两种思路，一种是在上电时向三极管注入电荷，另一种是在上电时对M0、M1、M2的栅极迅速放电。

（1）上电时向三极管注入电荷

如果在上电时，电路处于零电流工作状态，那么M8的漏极就是地电压，此时M12导通，向三极管注入电荷。电路正常工作后，若R4足够大，那么M8的漏极电压就比较高，M8进入线性区，M12入截止区，不再对带隙基准电路产生影响。这里存在的一个要点就是，要保证在各个PVT条件下，M12的稳定状态都是截止态。

加入启动电路后仿真简并点，就可以发现，电路只有一个工作状态，这说明启动电路有效。

（2）在上电时对M0、M1、M2的栅极迅速放电

M9和M24构成一个反相器，如果输出的基准电压很低，那么M10就会导通，从而将M0、M1、M2的栅极电压拉低