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《基于一阶温度补偿技术的CMOS带隙基准电压源电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、为满足深亚微米级集成电路对低温漂、低功耗电源电压的需求，木文提出了一种在0.25mN阱CMOS工艺下,釆用一阶温度补偿技术设计的CMOS带隙基笊电压源电路。电路核心部分由双极晶体管构成，实现了VBE和VT的线性磴加，获得近似零温度系数的输出电压。T-SPICE软件仿直表明，在3.3V电源电压下，当溫度在・20〜7CTCZ间变化时，该电路输岀电压的温度系数为10x10-6/°C,输出电压的标准偏差为1R1V,室温时电路的功耗为5.283lmW.屈于低温漂、低功耗的基准电压源。近年來，集成电路的快速发展，基准电压源在模拟集成电路、数模
2、混合电路以及系统集成芯片(SOC)中都有着非常广泛的应用，对高新模拟电子技术的应用和发展也起着至关重要的作用,其精度和稳定性会直接影响整个系统的性能。因此，设计一个好的基准源貝有I-分现实的总义。1带隙基准电路的基本原理带隙基准电压源的目的是产生一个对温度变化保持恒定的最，曲于双极型晶体管的皋极电压VBE,其温度系数在室温(300K)时大约为・2.2mV/K.而2个具有不同电流密度的双极型晶体符的基极•发射极电压差VT,在室温时的温度系数为+0.086mV/K,由于VT与VBE的电压温度系数相反，将其乘以合适的系数后，再与前者进行
3、加权，从而在一定范围内抵消VBE的温度漂移特性，得到近似零温度漂移的输出电压VREF,这是帯隙电压源的基本设计思想。1.1帯隙基准电压源核心电路本文提出的电路核心结构如图1所示，在电路中双极晶体管构成了电路的核心，实现了VBE与VT的线性叠加，获得近似为零温度系数的输出电压。图1中双极型品体管Q1和Q2的发射区而积相同，Q3和Q4的发射区而积相同，考虑设计需求.収Q1和Q2的发射区面枳为Q3和Q4的发射区面枳的8倍。图1带潦结构祓心电賂假设双极晶体管基极电流为零，运放的増益足够大，则a点和b点的电压相等，即:3b即：将代入式(2)
4、(1).ccrwt可以推出:所以(5)输岀电压V^V^3IR,(6)将(5)式代入(6)可以得到V^V^VrinieRy/Rt(7)可以呑出输出电压Vq是由和“通过线性盘加产生的。两边对T求导，得到①畑=理亠+如!処•空Kc:冒石⑻dTdT/?,ar-Cuw在实际电路中,经过计算可知当取R3/Rl=2.3066时，可以得到室温下的近似零温度系数的输出参考电压。1.2带隙基准电压源总体电路带隙呈准电压源总体电路总共由4部分组成：A部分是启动电路，B部分捉供偏迓电压，C部分是运算放大器，D部分是带隙电压源的核心部分。其中核心部分是由双
5、极晶体管构成，实现了VBE和VT的线性叠加，获得近似零温度系数的输出电压。总体电路如图2所示。阳2电圧的©体电爲1.3运放的失调对基准源的影响基准源中运放的设计是非常重要的，运放的失调是基准源的一个主要谋差源。由于不对称性,运放会受到输入失调的膨响。假设失调电压为Vos,经计算得到含失调电压的输出公式为：经推导可以得到含有失调电压的输出公式:Vw=4«j//?1(lnl6Vr-V<.)+^可见，Vos的大小可能导致相当大的基准源输出电压误差。此外，Vos自身是温度的函数，和理想运算放大器相比•会引入一定的误差，而由运算放大器电源抑
6、制比PSRR引入的误差可以折合成失调输入电压Vos也将和电源有关。这样，为了减小失调对基准电压的影响，运放的失调就要尽可能地小。然而，引起失调的原因有许多，如品体管Z间的不匹配、运放输入级管了阈值电压的不匹配、运放的有限増益等等。因此，实际上，Vos是很难完全消除的，但通过提高运放的增益和细致地设计•版图可以减小它对基准电压的膨响，提高基准电压源的桔度。1.4电源抑制比电源抑制比(PSRR)是电路对电源电压频率变化的抑制能力，是从运放的输入到输出的开环増益打从电源到运放输出的増益之比,用KPSR表示。对带隙基准而言，由于输出电压和
7、Vdd无关,所以Vdd的变化基本上不会影响输出参考电压的影响。但是随若工作频率的提高，由于也赛耦合的原因导致输出电压在高频时会受到Vdd的波动的影响，从而影响输出电压的稳定性。具体的电路设计中考虑了这一点，在电路中采用了自偏压cascode结构的电流镜，同时在输出端接一对地遽电容，输出电压的电源抑制特性就得到了很好的提髙。1.5启动电路启动电路也绘带隙基准源中一个重要的部分。如图2屮A部分所示，电路对能会出现零输出的悄况。因为放人器两端的输入都为零电平时，电路处于一种不工作状态，因此需要一个启动电路來打破这种平衡。图中引入的启动电
8、路由Mpl〜Mp6和Mnl~Mn4纽成。其工作原理是由Mpl〜Mp4,Mnl组成的反向器驱动Mn2和Mn3,使Mn2和Mn3导通，从而通过a点和b点间接给运算放大器的两个差分输入端捉供偏置电压，保证在系统加电的时候，输入差分对不会关断，当电路正常工
