20. 如何理解模拟集成电路模块系列之四：参考源？

大家好！今天我们来谈谈另外一个模拟集成电路设计中会经常使用到的功能模块：参考源。大家也许很好奇，不是有一个带隙模块吗？它不是就可以提供一个不随温度变化的电压吗？其实如果要进行严格的分类的话，带隙模块是参考源的一种，我之所以将它从参考源中单独列出来，主要是考虑带隙模块的特殊性，主要是电压的特殊性，它提供的电压一般在1.2V左右；而参考源我认为是能够提供不同的参考电压或者电流的功能模块，所以这里我讲解的是除了带隙模块之外的参考源。

在讲解参考源模块之前，我想对参考这个概念进行一下分析，因为有时候我们容易将参考源和偏置电路混淆，主要原因是它们的输出信号不是电压就是电流，这样大家就觉得它们很类似，我认为它们最重要的区别是一般来看，偏置电路输出的偏置电压或者偏置电流都是随着电源、温度、工艺在变化的，而参考源输出的参考电压或者参考电流一般是不随电源、温度、工艺变化的。大家只要把握了这个特点就能很好区分这两种功能模块了。

好，下面我还是按照讲解功能模块的套路，从两个方面进行：电路结构和参数性能。首先参考源的电路结构由四个部分组成：偏置、运算放大器、电压参考、电流参考；其中偏置部分是提供参考源中运算放大器工作的电流或者电压，可以看到这部分提供的电流和电压是随着电源、温度、工艺变化的；运算放大器部分是完成对输入电压参考进行改变的核心部分，它和电压参考部分一起完成负反馈，来达到提高或者降低输出参考电压的作用；如果输出参考电流，那么运算放大器就和电流参考部分一起完成负反馈，来达到来达到输出参考电流的作用；输入的参考电流一般是由输入参考电压转换而来的，这样才能得到一个不随电源、温度、工艺变化的输出参考电流。这里面有些绕啊，主要是由于参考源它有输入参考电压和输入参考电流，同时它还输出参考电压和参考电流；大家在分析时一定要有一个清晰的端口意识。

其实参考源的电路结构比较简单，所以我在这里没有进行详细的讲解，大家可以参考一些专业书籍；不过有时候一个集成电路系统的问题，往往和参考源的性能指标没有达到引起的，所以可以这样说，参考源是“简单不简约”，如果我们能够设计一个优质的参考源，那么就为后面的设计留下来比较好余量。

下面我来聊聊参考源的性能参数，其实它和带隙电路有点类似，也分为四个类型是：输入特性、输出特性、交流特性、极限特性。第一类型，输入特性是工作电压、工作电流，工作电压一般表现出参考源电路对工作环境的适应程度，如果工作电压范围广，则适应性强；如果工作电压范围窄，则工作条件比较苛刻；工作电流决定了参考源电路在各种不同工作电压下的功耗，一般来说，工作电压升高时，工作电流也会上升，所以功耗也会提高，这时参考源电路在不同工作电流下输出特性也不能有较大的裂化。

第二个类型，输出特性是温漂系数、功耗；这两个特性中温漂系数是参考源电路最重要的性能参数，它表现的是随着温度的变化，输出电压的变化和输出电压的比例，一般来说，温漂系数以PPM/℃为单位，我们希望温漂系数越小越好，这样在测试时就会发现参考源的输出电压基本不变。

第三个类型，交流特性是：输出噪声、电源抑制比、开环增益和相位裕度。输出噪声特性是对于参考源电路比较重要，它主要影响的是在高精度参考电压应用时，参考源电路对应用系统能提供的最高精度，它和温漂系数不一样的地方是，温漂系数是指在工作温度变化时对精度的影响，而噪声特性是指在工作温度等条件不变的情况下，电路对精度的影响。电源抑制比是反应的是在工作电源电压变化时，输出参考源电压的变化，一般来说这个参数以dB为单位，越大越好。开环增益和相位裕度指的是参考源电路的第五部分电路，补偿电路的开环增益和相位裕度，一般来说，开环增益为50dB以上，相位裕度大于60º即可。

最后一个类型，极限特性是：最大工作电压、工作温度范围。这个最大工作电压和输入电压范围的区别在于，在最大工作电压下可能参考源电路工作不正常了，但在输入电压范围的最大值时，参考源电路必须是正常工作的。工作温度范围是指PN结温下的范围，它和参考源的温度范围有些许区别，一般来说，极限特性下工作温度范围会比参考源的温度范围宽。

好，总结一下，这一讲我从五个电路部分，负温度系数电路、正温度系数电路、运算放大器、启动电路、反馈电路和九个性能参数，工作电压、工作电流、温漂系数、功耗、输出噪声、电源抑制比、开环增益和相位裕度、最大工作电压、工作温度范围，对参考源电路进行了分析，希望对大家有所帮助！