基于CMOS閾值電壓的基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

2．4 基于NMOS閾值電壓產(chǎn)生VN電路設(shè)計(jì)
如圖3中模塊2所示，VN是由MN1，MN2產(chǎn)生的一個(gè)隨溫度變化的線性電壓。與VP產(chǎn)生電路不同的是，通過合理設(shè)置R3，R4的值，使得MN1與MN2都工作在飽和區(qū)。MP4為啟動(dòng)管，它使得電路盡快擺脫零點(diǎn)進(jìn)入正常工作，然后自行關(guān)閉。經(jīng)過MN1和MN2的電流分別為：

式中：VTN為MN2的閾值電壓；VTNo為Vsb=0的閾值電壓。
同樣暫時(shí)假設(shè)運(yùn)放A2不存在失調(diào)，則：

由式(17)可知，VN僅為閾值電壓的函數(shù)，并且，忽略體效應(yīng)對(duì)VN的影響，VN仍然可以看作是溫度的線形函數(shù)。圖5所示的是HSpice的仿真驗(yàn)證波形，同樣，從圖中可以看到，當(dāng)溫度從-40℃變化到125℃時(shí)，VN亦隨溫度線形變化。

2．5 減法器電路設(shè)計(jì)
從式(12)、式(17)可以看出，VP與VN均為負(fù)溫度系數(shù)，所以可以通過VP與VN相減得到一個(gè)近似零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。減法器的電路設(shè)計(jì)如圖3中模塊3所示。從圖中可以得到，減法器的傳輸函數(shù)為：

通過合理設(shè)置(1+R5／R6+R5／R7)可以抵消VP與VN的溫度系數(shù)，而R7／R5可以用來設(shè)置設(shè)計(jì)者需要的基準(zhǔn)電壓值。可見，通過這種方式設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓不一定是一個(gè)固定的1．25 V電壓，而是可以通過調(diào)整R7和R5的阻值來達(dá)到設(shè)計(jì)者需要的基準(zhǔn)電壓。
2．6 運(yùn)放設(shè)計(jì)
為了提高基準(zhǔn)電路的特性，設(shè)計(jì)電路中的運(yùn)放A1，A2，A3均采用折疊式的共源共柵結(jié)構(gòu)，具有很高的電壓增益與寬的線性區(qū)間，保證了較高的基準(zhǔn)精度與較大的調(diào)整空間，電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。在輸出端采用一個(gè)：PMOS源跟隨器M14以提高運(yùn)放的輸出擺幅。經(jīng)HSpice仿真驗(yàn)證，該運(yùn)放開環(huán)增益105 dB，CMRR和PSRR均在150 dB以上，保證了較好的電源特性和共模特性，仿真波形如圖7所示。