低壓CM0S帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)
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輸出電壓VREF為：
電路中的溫度補(bǔ)償系數(shù)K為：
通過(guò)調(diào)節(jié)R4的值，可以調(diào)節(jié)輸出電壓VREF的大小。在電源電壓變化時(shí)，P2，P3，P4的漏源電壓值保持不變，與電源電壓無(wú)關(guān)，其柵極電壓由運(yùn)放調(diào)節(jié)。為了降低電路的復(fù)雜度，應(yīng)用電流反饋原理，運(yùn)放采用簡(jiǎn)單的一階運(yùn)放，由于VDD的變化多于GND的變化，故運(yùn)放的輸入采用NMOS的差分對(duì)結(jié)構(gòu)。因?yàn)檎麄€(gè)電路在低壓下工作，故整個(gè)電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要保證低壓下運(yùn)放的正常工作。
由于帶隙基準(zhǔn)源存在兩個(gè)電路平衡點(diǎn)，即零點(diǎn)和正常工作點(diǎn)。當(dāng)基準(zhǔn)源工作在零點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)1、2的電壓等于零，基準(zhǔn)源沒(méi)有電流產(chǎn)生。固需要設(shè)計(jì)一個(gè)啟動(dòng)電路，避免基準(zhǔn)源工作在平衡零點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的啟動(dòng)電路由N5、N6和P7構(gòu)成。當(dāng)電路工作在零點(diǎn)時(shí)，N6管導(dǎo)通，迅速提高節(jié)點(diǎn)1、2的電壓，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，節(jié)點(diǎn)1的電壓通過(guò)P7和N5組成的反相器，使N6管完全截止，節(jié)點(diǎn)1、2的電壓回落在穩(wěn)定的工作點(diǎn)上，基準(zhǔn)源開(kāi)始正常工作。
電路的器件參數(shù)如表1所示，P2，P3，P4管的尺寸較大，是為了降低電路中的1／f噪聲。電流鏡的負(fù)載管P5，P6和差分對(duì)管N1，N2的寬長(zhǎng)比較大，以抑制電路的熱噪聲。由于電路中的電阻值較大，故在工藝中用阱電阻實(shí)現(xiàn)。電容C0有助于電路的穩(wěn)定，同時(shí)還可以減小于運(yùn)放的寬度，有助于降低噪聲的影響。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180881.htm
2 仿真與結(jié)果分析
在Cadence設(shè)計(jì)平臺(tái)下的Spectre仿真器中基于CSMC 0．5 μm CMOS工藝模型對(duì)電路進(jìn)行了仿真。得到電路的溫度特性曲線、直流電源抑制特性曲線、交流PSRR特性曲線、啟動(dòng)時(shí)間曲線如圖4所示。各項(xiàng)仿真結(jié)果參數(shù)如表2所示。
3 結(jié)語(yǔ)
在應(yīng)用典型CMOS電壓基準(zhǔn)源的基礎(chǔ)上，綜合一級(jí)溫度補(bǔ)償、電流補(bǔ)償技術(shù)，設(shè)計(jì)了帶隙電壓基準(zhǔn)源電路。該帶隙基準(zhǔn)源電路的電源工作范圍為1．6～4 V，工作溫度為-10～+130℃，基準(zhǔn)輸出電壓VREF為(650．5±0．5)mV，溫度系數(shù)可低至2．0 ppm／℃，電源抑制比為-70 dB。仿真結(jié)果證明了設(shè)計(jì)的正確性。
評(píng)論