則流過電阻R1的電流為：

　　由式(3)可以看出，電流IR只與晶體管寬長比，電阻R1，斜率因子n;波爾滋曼常數(shù)k，絕對溫度T有關(guān)，與電源電壓無關(guān)，是與溫度成正比的PTAT電流。

　　電壓基準輸出電路由晶體管M14～M19，以及電阻R2，三極管Q1，電容C2組成。M18與M19鏡像PTAT電流同時M15與M17鏡像M18，M19支路的PTAT電流，組成電流放大，采用共源共柵結(jié)構(gòu)是為了鏡像更準確。PTAT電流流過電阻R2，產(chǎn)生與溫度成正比的PTAT電壓，此PTAT電壓和二極管方式連接的三極管Q1的Vbe電壓疊加，產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準電壓，電容C2是為了濾波，降低噪聲。

　　其中Eg為硅的帶隙能量;m為遷移率的溫度系數(shù)常數(shù)。

　　將式(7)代入(6)可以看出，只要合理設置晶體管的寬長比和電阻R2，R1的比值就可以得到與溫度無關(guān)的基準電壓。

　　由于電壓基準源電路存在2個電路平衡點，零點和正常工作點。當基準源工作在零點時，晶體管M8，M9柵源電壓為高，M10，M11管柵源電壓為低，PTAT電路沒有電流產(chǎn)生，啟動電路就是避免電壓基準工作在零點上。本文提出的啟動電路的最大特點是不耗電，它由晶體管M1～M5以及電容C1組成。當電源電壓為低時，若電容C1上存有電荷，則M3導通，將電荷放完，等電源電壓為高時，M1，M2導通，流過M2的瞬間大電流迅速將M5打開，同時將M8，M9的柵電位拉低導通，產(chǎn)生PTAT電流，電路正常工作，當M12，M13柵壓升高時，M4導通，將M5柵壓拉低，啟動電路停止工作，幾乎不消耗電流，達到了低功耗的目的。啟動時間由M2管子的大小和電容C1決定。電壓基準的啟動電路仿真結(jié)果如圖3所示，啟動時間只要50μs，啟動之后只要消耗82 pA的電流。若沒有M3，電容C1上可能存在電荷沒有放完，再次啟動時有啟動不了的可能。

　　5 版圖及測試結(jié)果

　　本文介紹的電壓基準源采用CSMC 0.5 μm，兩層POLY，一層金屬的CMOS工藝實現(xiàn)，已經(jīng)成功流片。該工藝的閾值電壓分別為N管0.87 V，P管-0.97 V。由于產(chǎn)生PTAT電流的2個P型管存在失調(diào)會導致2支路不平衡，版圖匹配技術(shù)可以減少失調(diào)，在版圖中可以增加虛擬晶體管使匹配晶體管間的環(huán)境相同來減少失調(diào)，同時，晶體管M7要在一個獨立的N阱中，使與M6的偏置條件一樣來減少失調(diào)。二極管可以用CMOS工藝中寄生的PNP三極管實現(xiàn)，N阱中的P+區(qū)作為發(fā)射區(qū)，N阱本身作為基區(qū)，P型稱底作為集電區(qū)，電阻采用具有負溫度系數(shù)的高阻POLY2電阻，方塊阻值為2 kΩ/□，節(jié)省面積。電壓基準的版圖如圖4所示，版圖面積為：490μm×75μm-0.036 75 mm2。

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