Bandgapreferenser

Bandgapreferenser är spänningsreferenser som används i många integrerade kretsar för att ge en stabil referensspänning över ett brett temperaturområde. Den mest använda typen ger vanligtvis cirka 1,2–1,25 volt vid rumstemperatur och kallas därför ofta bandgapreferens.

Principen bygger på att kombinera två spänningsreaktioner med olika temperaturlikhet. En Vbe-spänning har negativ temperaturkoefficient och minskar när temperaturen ökar, medan en ΔVbe-spänning – som uppstår från två transistorers base-emitter-spänningar med olika strömtäthet – har positiv temperaturkoefficient och är ungefär proportionell mot absolut temperatur. Genom att kombinera dessa två spänningar med rätt viktning uppnås en referensspänning vars temperaturberoende nästan upphävs. Den klassiska arkitekturen kan beskrivas som Vref = Vbe + k · ΔVbe, där k väljs så att temperaturkoefficienten närmar noll.

Historik och betydelse: Konceptet populariserades av Bob Widlar i början av 1970-talet och har blivit en standardteknik i halvledarkretsar. Bandgapreferenser används både i traditionella bipolära implementeringar och i CMOS-processer, där liknande principer tillämpas med olika transistorstrukturer.

Moderna variationer: Finns i flera varianter. Traditionella bandgap används i många analog- och digitalkretsar, medan CMOS-bandgap använder MOSFET-baserade analoger eller hybridlösningar och ofta inkluderar kurvaturkompensation för att reducera icke-linjigheter. Det finns även lågströms- och lågniva-varianter för batteridrivna tillämpningar samt brusreducerande och temperaturkompenserande förbättringar.

Användningar: Bandgapreferenser fungerar som primär referens i många mikrocontrollers, ADC:er, DAC:er och LDO-regulatorer där stabil referensspänning krävs för noggrannhet och reproducerbarhet över temperatur och effektförbrukning.