一款新穎的帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)
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這里的關(guān)鍵問題是失調(diào)電壓被放大了(1+R2／R3)倍，在VREF中引入了誤差。更重要的是VOS本身隨溫度變化，更增大了輸出電壓的溫度系數(shù)。因此要盡量減少失調(diào)電壓。而引起失調(diào)的因素有很多，如電阻間的不匹配，晶體管的不匹配，運(yùn)放輸入級(jí)晶體管閾值電壓的不匹配，以及運(yùn)放的有限增益等。這里主要通過提高運(yùn)放的增益和精確的版圖設(shè)計(jì)來改進(jìn)。如圖2所示，基準(zhǔn)中采用了多級(jí)差分結(jié)構(gòu)的運(yùn)放來提高其增益，增大負(fù)反饋的深度，減小失調(diào)。然而，運(yùn)放級(jí)數(shù)的增多會(huì)增加電路的功耗，因此設(shè)計(jì)運(yùn)放的偏置電流為與電源無關(guān)的較小量，使其工作在飽和區(qū)邊緣，這也使得電路具有較寬的電源電壓范圍。
PSR是表征電源抑制能力的交流小信號(hào)參數(shù)，它的定義為輸入電壓的變化與輸出基準(zhǔn)電壓的變化之比。在低頻情況下，基準(zhǔn)的PSR和運(yùn)放的增益呈成正比。因此運(yùn)放的環(huán)路增益越大，輸出VREF對(duì)電源VDD變化的抑制性就越強(qiáng)。
而該電路的啟動(dòng)部分由M25，M26，M27，M28，M29和M30組成，Vb由偏置部分產(chǎn)生，EN為使能信號(hào)，正常工作時(shí)為低電平。當(dāng)EN為低時(shí)，且Vb達(dá)到一定電平時(shí)，M30導(dǎo)通，M30，M27支路產(chǎn)生電流，使M26和M27的柵電位升高，M26便將M29的柵電位拉低，M28，M29支路產(chǎn)生電流，使基準(zhǔn)部分開始工作。設(shè)計(jì)M25的寬長(zhǎng)比遠(yuǎn)大于M26的寬長(zhǎng)比，使得基準(zhǔn)正常工作后M28的柵電位為高，關(guān)斷M28，M29支路，啟動(dòng)部分與基準(zhǔn)脫離。
3 仿真結(jié)果
對(duì)設(shè)計(jì)的帶隙基準(zhǔn)電路進(jìn)行了性能指標(biāo)的仿真。使用HSPICE工具，基于Hynix 0．5μm CMOS工藝，仿真條件為25℃下全典型模型。從圖6中基準(zhǔn)的直流特性可見，電源電壓在1．5～6V之間變化時(shí)，基準(zhǔn)輸出仍保持良好的穩(wěn)定性；圖7為基準(zhǔn)的溫度特性曲線，當(dāng)溫度從-40～100℃變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓的變化僅為2．2 mV，溫度系數(shù)為13．7×10-6／℃，顯示了低溫漂的特性；圖8是基準(zhǔn)環(huán)路穩(wěn)定性的仿真曲線，基準(zhǔn)的環(huán)路增益為110 dB，相位裕度為67°；圖9是基準(zhǔn)的電源抑制特性的仿真波形，低頻時(shí)PSR為-117 dB。仿真結(jié)果都滿足性能指標(biāo)。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/179683.htm
4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種采用CMOS工藝的高精度低功耗帶隙基準(zhǔn)電路，電源電壓的工作范圍為2．3～6．5 V。當(dāng)溫度從-40～100℃變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)為13．2×10-6／℃，低頻時(shí)的電源抑制能力為-117 dB。電源電壓為3．3 V時(shí)的工作電流僅為3μA。仿真結(jié)果顯示該電路具有良好的特性。
評(píng)論