带隙基准学习笔记.pdf

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1、.带隙基准设计A.指标设定该带隙基准将用于给LDO提供基准电压，LDO的电源电压变化范围为1.4V到3.3V，所以带隙基准的电源电压变化范围与LDO的相同。LDO的PSR要受到带隙基准PSR的影响，故设计的带隙基准要有高的PSR。由于LDO是用于给数字电路提供电源，所以对噪声要求不是很高。下表该带隙基准的指标。电源电压1.4V~3.3V输出电压0.4V温度系数35ppm/℃PSR@DC，@1MHz-80dB，-20dB积分噪声电压（1Hz~100kHz）<1mV功耗<25uA线性调整率<0.01%...B.拓扑结构的选择上

2、图是传统结构的带隙基准，假设M1~M3尺寸相同，那么输出电压为R2VREFVTlnNVBE3R1VBE是负温度系数，对温度求导数，得到公式（Razavi，Page313）：VBE3VBE3(4m)VTEg/qTT3其中，m。如果输出电压为零温度系数，那么：2VREFVBE3kR2lnN0TTqR1得到：kR2VBE3(4m)VTEg/qlnNqR1T带入：R2VREFVTlnNVBE3R1得到：...EgVREF(4m)VTq在27°温度下，输出电压等于1.185V，小于电源电压1.4V，可这个电路并不能工作在1.4V电源

3、电压下，因为对于带隙基准里的运放来说，共模输入范围会受到电源电压限制，电源电压的最小值为：VDDVVVminBE2GS_input_differential_pairover_drive_of_current_source其中，VBE2是三极管Q2的导通电压，VGS_input_differential_pair是运放差分输入管对的栅源电压，Vover_drive_of_current_source是运放差分输入管对尾电流源的过驱动电压。对于微安级别的电流，可以认为：VVGSTH这里将差分输入对的体和源级短接以减小失配，同

4、时阈值电压不会受到体效应的影响。假设差分对尾电流源的过驱动电压为100mV，那么，电源电压的最小值为：VDDminVBE2VTH_input_differential_pair100mV下表列出了smic.13工艺P33晶体管阈值电压和三极管的导通电压随Corner角和温度变化的情况：VTH-40°27°80°slow-826mV-755mV-699mVtypical-730mV-660mV-604mVfast-637mV-567mV-510mVBJT的VBE-40°27°80°slow830mV720mV630mVtyp

5、ical840mV730mV640mVfast860mV750mV660mV可以计算出在不同温度的Corner角下电源电压的最小值：VDDmin-40°27°80°slow1.756V1.575V1.429Vtypical1.67V1.49V1.344Vfast1.597V1.417V1.27V可以看出，对于大部分情况，1.4V电源电压无法保证带隙基准中运放的正常工作，所以必须改进电路结构，使其可以工作在1.4V电源电压下。...上图是一种实用的低压带隙基准的结构，假设M1~M3尺寸相同，同样假设：R2A1R2A2R2B1

6、R2B2R2那么，输出电压为：VTlnNVBE2VREF()R3R1R2如果输出电压为零温度系数，那么：VREFVBE2R3kR3lnN0TTR2qR1得到：kR3VBE2(4m)VTEg/qR3lnNqR1TR2带入：VTlnNVBE2VREF()R3R1R2得到：EgR3VREF[(4m)VT]qR2可以通过设置R3与R2的比值，将输出电压设定在任意值。误差放大器输入端在N1和N2处，通过将R2A1/R2A2设置为1，将这两点电压设定为BJT导通电压的二分之一，计算出在不同温度和Corner角下电源电压的最小值：VDD

7、min-40°27°80°...slow1.341V1.215V1.114Vtypical1.25V1.125V1.024Vfast1.167V1.042V0.94V可以看到，最坏情况出现在SlowCorner角低温下，电源电压最小值仍然小于1.4V，意味着这种结构可以满足本次低压设计的要求。R2A1/R2A2越大，电源电压的最小值越低，不过带隙基准环路增益也变低了。将R/R设置为1，输出电压可以为1.2V，但是这时候带隙基32准的低频PSR会变差，为了提高低频PSR，运放的增益要很高，但是在这种电路中，PSR不仅与运放增

8、益有关，还与输出级PMOS晶体管的输出电阻有关，如下图所示：当PMOS晶体管M3输出电阻足够小的时候，M3的栅源电压微小变化引起的电流变化与流过M3小信号输出阻抗的电流相比可以忽略不计，那么此时可以近似认为M3的栅源电压交流短路，那么，有：VREFR3PSRVDDro其中ro为PMOS晶体管M3的小信号