在模拟集成电路中基准电压源是一个非常重要的模块，一个有效的基准电压源应在一定的范围内基本上与电源电压变
化、工艺参数变化及温度无关。在高精度高速的数模转换器中，一个精确的高电源抑制与温度抑制的基准电压的设计是至关重要的，其基准电压源的精度直接影响到
模数转换器的精度。本文设计了一个小面积、高精度、高电源抑制与温度抑制的基准电压源以满足10位40MSPS的模数转换器的要求(根据10位ADC的要求，基准电压源的温度误差应小于1/210=1/1024=976×10-6)。
所设计的基准电压源的工作电压为5V，在本芯片中，采用了高精度的带隙基准电压源作为基本电压源，另外根据FLASHAD的工作原理，设计了由同一个带隙电压源的基础上产生两组基准电压，即RET(3.5V)和REB(1.5V)，在ADC中使用时则利用了其差值作为其比较电压，进一步确保了基准电压源的精度。在芯片中，基准电压源电路主要由两部分构成:一部分为带隙基准电压源产生电路;另一部分为由带隙基准电压源产生两组基准电压。
1 带隙基准电压源电路设计
带隙基准电压源(band-gap)是基准电压模块的核心部分，为了以最小面积、最低成本实现高性能的带隙基准电压源，所设计的电路如图1所示。该电路按功能可分为带隙电压产生电路、启动电路以及PTAT电路。
图1 带隙基准电压源
启动电路:启动电路由M5、M6、M7以及运算放大器的偏置电路构成(如图1所示)，当电路加上电压时，M5的栅电位为0V，则M5导通，通过电流镜M6与M7给M1、M3、M5提供电流，电路开始工作。在电路正常工作后，运算放大器的输出，提高了M5的栅电位，从而使M5截止，启动电路停止工作，并且M5设计成一个倒比管以减小启动电流。
带隙电压产生电路:主要由Q1、Q2、R1、R2、opamp及恒流源(M1、M2、)构成，根据理想运算放大器的特性及pn结的I/V特性有
VBE1+I1R1=VBE2 (1)
VTln(I1/IS1)+I1R1=VTln[(I2+I4)/IS2] (2)
且因I2=n1I1，I4=n2I1;Q1、Q2的面积比设为n3，IS1/IS2=n3;故式(1)与(2)可简化为
I1=VTln[(n1+n2)n3]/R1 (3)
VREF=I2R2+VBE2=n1VTln[(n1+n2)n3]R2/R1+VBE2 (4)
适当选择n1、n2、n3、R1、R2可设计出一个1.25V电压的高精度基准电压源。
PTAT电路:主要由M1、M2、M3、M4构成的恒流源组成(如图1所示)，它们的电流I1、I2、I4与绝对温度成正比，即为PTAT电流;通过利用PTAT电流与负温度系数VBE构成为其在某一温度下其温度系数为零的基准电压源。
由以上分析可知:带隙电压源是利用理想运算放大器的两输入端虚短设计的，故运算放大器的设计要求很高，最重要的指标是运算放大器的增益，增益越高则运算放大器越接近理想、误差越小。本文设计了一个面积小、增益高、输入范围大的新型CMOS运算放大器。
2 band-gap中运算放大器的设计
传统的串联反馈CMOS运算放大器的结构如图2所示。输入级可利用图3推导出
通过式(5)、式(7)可以看出其输入范围比传统的不带反馈的二级放大器大，而增益却减小了。
即这种运算放大器的特点为大输入范围，但增益较小。
图2 串联反馈电阻运算放大器
图3 串联反馈电阻运算放大器等效电路图
通过式(7)可知提高增益的一个有效办法就是增大输出电阻，但若直接串联上电阻，由于电阻工艺误差和寄生电容都比较大，会造成难以控制因素增多，而MOS管的工艺一致性比较好，为此提出了一种运算放大器的结构(如图4):主要是通过增加M8、M9来提高增益，从而以较小面积实现高增益运算放大器，即在第一级的输出端增加了两个MOS管M8、M9，这两个MOS管的栅电压相同，第一级的右半部分M2输出通过M8的漏极输入，M9的源极输出，这两个MOS管等效为一个电阻;同时M9起频率补偿作用，其近似等效电路如图5所示，由此可得到
R1=RL//(rO+R+RS)AV1=gm1[RL//(rO+R+RS)]/(1+gm1RS) (8)