基于CMOS閾值電壓的基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

由于工藝及實(shí)際生產(chǎn)中存在偏差，運(yùn)放通常會(huì)受到輸入“失調(diào)”的影響。假設(shè)失調(diào)電壓為Vos，以A1為例，原來(lái)的式(10)與式(12)變?yōu)椋?p>
因?yàn)閂OS1《VTP，所以含有VOS1的多項(xiàng)式的值也很小，其對(duì)于VP的影響也小。同理對(duì)A2，A3，式(17)，式(18)變?yōu)椋?p>

同樣，由于VOS2《VTN，VOS3《VP，所以A2，A3的失調(diào)電壓對(duì)于VN和Vref的影響也很小，并且，其對(duì)于Vref的作用還可以通過(guò)R7／R5來(lái)補(bǔ)償。

3 電路設(shè)計(jì)
基于上面分析，該電路基于某公司O．5 μm工藝設(shè)計(jì)，表1所示的是圖3中部分器件的設(shè)計(jì)參數(shù)。

為了減小運(yùn)放的失調(diào)電壓，MP1，MP2對(duì)和MN1，MN2對(duì)均采用相同的寬度以確保較好的匹配性。另外，由式(11)、式(16)分析可以看出，閾值電壓也需要一定的匹配，因此設(shè)計(jì)中使用一些大尺寸的器件，并在版圖中將它們放置在相鄰的位置，以消除失調(diào)。

4 仿真結(jié)果
根據(jù)以上電路設(shè)計(jì)，電路采用hSpice進(jìn)行仿真驗(yàn)證。如圖8(a)～(c)所示分別為該電路輸出O．6 V，1．2 V以及2．95 V的仿真結(jié)果。可以看出，在-50～+125℃之間，輸出的基準(zhǔn)電壓只有零點(diǎn)幾個(gè)毫伏的波動(dòng)，明顯降低了傳統(tǒng)電路中由于雙極晶體管帶來(lái)的溫度系數(shù)，并且輸出并不再像帶隙基準(zhǔn)那樣，只能輸出l.25 V的基準(zhǔn)電壓，而是可以通過(guò)調(diào)整減法器的比例來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)者需要的基準(zhǔn)電壓。

5 結(jié) 語(yǔ)
依據(jù)CMOS閾值電壓和溫度的線性關(guān)系，利用閾值電壓產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立于電源電壓和晶體管遷移率的負(fù)溫度系數(shù)電壓VP和VN，通過(guò)將其相減，抵消溫度系數(shù)，從而得到任意大小的基準(zhǔn)電壓值。設(shè)計(jì)電路中不涉及雙極晶體管，從而避免了其帶來(lái)的溫度影響。電路基于某公司O．5 μm CMOS工藝設(shè)計(jì)，利用HSpice進(jìn)行仿真驗(yàn)證，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并已成功應(yīng)用于一款高精度的ADC電路中，且實(shí)際測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)值吻合，驗(yàn)證了該方案的正確性與可行性。目前正在將其應(yīng)用于鎖相環(huán)等電路中，使該基準(zhǔn)電路得到更廣泛的應(yīng)用。