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一種高精度低電源電壓帶隙基準(zhǔn)源的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-02-25 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

輸出不隨溫度、電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓源,在模擬和混合集成電路中應(yīng)用廣泛,特別是在高精度的場(chǎng)合,基準(zhǔn)電壓源是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。
由于帶隙基準(zhǔn)電壓源具有較低的溫度系數(shù)和高電源電壓抑制比,以及能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn),因而成為常用的基準(zhǔn)電壓源實(shí)現(xiàn)方式。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了具有溫度補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電路,但其電源電壓和溫度系數(shù)過(guò)高,且輸出電壓約在1.25 V,難以滿足低壓的要求。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了低電源電壓帶隙基準(zhǔn)電路,但輸出基準(zhǔn)電壓過(guò)高。文獻(xiàn)提出了解決方法,設(shè)計(jì)了低壓帶隙基準(zhǔn)源,電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
文在分析幾種基準(zhǔn)源的基礎(chǔ)上,采用0.25 μmCMOS工藝設(shè)計(jì)了一種低電源電壓、低輸出電壓、高電源電壓抑制比、高精度的帶隙基準(zhǔn)源,經(jīng)Hspice仿真表明設(shè)計(jì)的電路具有良好的性能。

1 Baftda提出的低壓帶隙基準(zhǔn)電路
統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路的原理是將兩個(gè)具有相反溫度系數(shù)的電壓以適當(dāng)?shù)臋?quán)重相加,基準(zhǔn)電壓的典型值約為1.2 V。Banda提出了電流求和型帶隙基準(zhǔn)電路,對(duì)產(chǎn)生的正負(fù)溫度系數(shù)的電流加權(quán)求和,然后讓這個(gè)電流流過(guò)電阻,產(chǎn)生和溫度無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)電壓,如圖1所示。M1和M2,M3管的尺寸相同,R1和R2的值相等,輸出的基準(zhǔn)電壓近似為

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179656.htm


只要調(diào)整R2和R3的比值,就可以控制帶隙基準(zhǔn)電壓的數(shù)值,得到低于傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓的值。
帶隙基準(zhǔn)電路的電源電壓的最小值受到兩個(gè)限制
(1)輸出基準(zhǔn)電壓的大小限制了電源電壓

其中,VSDati為工作在飽和區(qū)的CMOS管的源漏極電壓
(2)運(yùn)放的輸入電壓也會(huì)限制電源電壓
如果運(yùn)算放大器采用PMOS差分輸入,最小電源電壓

在這兩個(gè)因素的限制下,帶隙基準(zhǔn)電路的電源電壓一般在2 V以上。本文從兩個(gè)方面入手,設(shè)計(jì)了低電源電壓、低輸出電壓、高精度帶隙基準(zhǔn)電路。

2 電流求和型帶隙基準(zhǔn)電路
圖1所示的電路解決了低基準(zhǔn)電壓源的產(chǎn)生問(wèn)題,但對(duì)電源電壓的要求仍較高。文中作了以下改進(jìn):(1)為了減少輸出基準(zhǔn)電壓對(duì)電源電壓的敏感度,引入了共源共柵結(jié)構(gòu),其偏置電流由與電源無(wú)關(guān)的偏置電路提供。(2)文獻(xiàn)中沒(méi)有給出具體的放大器,因此補(bǔ)充設(shè)計(jì)了運(yùn)算放大器。(3)為了保證PNP管正常工作,圖1中運(yùn)放輸入端Va、Vb點(diǎn)的電壓大約在700 mV,這限制了電源電壓的進(jìn)一步降低。本文將電阻R1和R2分別分成兩個(gè)電阻R11、R12和R21、R22的串聯(lián),通過(guò)電阻分壓使運(yùn)放的輸入端Va2、Vb2的電平在250 mV左右,如圖2所示。由運(yùn)算放大器和MOS管組成的反饋系統(tǒng)可迫使Va2=Vb2,設(shè)計(jì)電阻R11=R21,R12=R22,可以保證Va1和Vb1也相等。


M21,M22和M23管的尺寸相等,使3個(gè)支路的電流大小相等。

其中,R2=R21+R22。
通過(guò)電流鏡將I21和I22之和鏡像到輸出端,可以推導(dǎo)出帶隙基準(zhǔn)電壓

可見(jiàn),可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R0、R2的大小使輸出電壓的溫度系數(shù)為0,調(diào)節(jié)電阻R3、R2的大小可得到低于1.2 V的帶隙基準(zhǔn)電壓。


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