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        一種低溫漂的CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的研究

        作者: 時(shí)間:2011-11-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        1.2 帶隙源總體電路
        帶隙源總體電路總共由4部分組成:A部分是啟動電路,B部分提供偏置,C部分是運(yùn)算放大器,D部分是帶隙電壓源的核心部分。其中核心部分是由雙極晶體管構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)了VBE和VT的線性疊加,獲得近似零溫度系數(shù)的輸出電壓??傮w電路如圖2所示。

        本文引用地址:http://www.antipu.com.cn/article/178425.htm

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        1.3 運(yùn)放的失調(diào)對源的影響
        基準(zhǔn)源中運(yùn)放的設(shè)計(jì)是非常重要的,運(yùn)放的失調(diào)是基準(zhǔn)源的一個(gè)主要誤差源。由于不對稱性,運(yùn)放會受到輸入失調(diào)的影響。假設(shè)失調(diào)電壓為Vos,經(jīng)計(jì)算得到含失調(diào)電壓的輸出公式為:
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        可見,Vos的大小可能導(dǎo)致相當(dāng)大的基準(zhǔn)源輸出電壓誤差。此外,Vos自身是溫度的函數(shù),和理想運(yùn)算放大器相比,會引入一定的誤差,而由運(yùn)算放大器電源抑制比PSRR引入的誤差可以折合成失調(diào)輸入電壓Vos也將和電源有關(guān)。這樣,為了減小失調(diào)對基準(zhǔn)電壓的影響,運(yùn)放的失調(diào)就要盡可能地小。然而,引起失調(diào)的原因有許多,如晶體管之間的不匹配、運(yùn)放輸入級管子閾值電壓的不匹配、運(yùn)放的有限增益等等。因此,實(shí)際上,Vos是很難完全消除的,但通過提高運(yùn)放的增益和細(xì)致地設(shè)計(jì)版圖可以減小它對基準(zhǔn)電壓的影響,提高基準(zhǔn)電壓源的精度。
        1.4 電源抑制比
        電源抑制比(PSRR)是電路對電源電壓頻率變化的抑制能力,是從運(yùn)放的輸入到輸出的開環(huán)增益與從電源到運(yùn)放輸出的增益之比,用KPSR表示。對帶隙基準(zhǔn)而言,由于輸出電壓和Vdd無關(guān),所以Vdd的變化基本上不會影響輸出參考電壓的影響。但是隨著工作頻率的提高,由于電容耦合的原因?qū)е螺敵鲭妷涸诟哳l時(shí)會受到Vdd的波動的影響,從而影響輸出電壓的穩(wěn)定性。具體的電路設(shè)計(jì)中考慮了這一點(diǎn),在電路中采用了自偏壓cascode結(jié)構(gòu)的電流鏡,同時(shí)在輸出端接一對地濾波電容,輸出電壓的電源抑制特性就得到了很好的提高。
        1.5 啟動電路
        啟動電路也是帶隙基準(zhǔn)源中一個(gè)重要的部分。如圖2中A部分所示,電路可能會出現(xiàn)零輸出的情況。因?yàn)榉糯笃鲀啥说妮斎攵紴榱汶娖綍r(shí),電路處于一種不工作狀態(tài),因此需要一個(gè)啟動電路來打破這種平衡。圖中引入的啟動電路由Mp1~Mp6和Mn1~Mn4組成。其工作原理是由Mp1~Mp4,Mn1組成的反向器驅(qū)動Mn2和Mn3,使Mn2和Mn3導(dǎo)通,從而通過a點(diǎn)和b點(diǎn)間接給運(yùn)算放大器的兩個(gè)差分輸入端提供偏置電壓,保證在系統(tǒng)加電的時(shí)候,輸入差分對不會關(guān)斷,當(dāng)電路正常工作后,啟動電路關(guān)斷。

        2 仿真結(jié)果
        2.1 溫度特性
        該電路的仿真基于Chartered 0.25 μm models。仿真軟件是T—SPICE,電源電壓為3.3 V,R3/R1的比值為2.306 6,這樣的結(jié)果在版圖設(shè)計(jì)中比較容易實(shí)現(xiàn),可以采用單元電阻串連的形式,有利于減少因?yàn)榘鎴D失配引起的誤差。單元電阻的W=3μm,L=10 μm,方塊電阻R=330 Ω,采用的第一層多晶實(shí)現(xiàn)。圖3所示的是輸出電壓溫度特性的仿真結(jié)果。

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        溫度在-20~70℃之間變化,輸出電壓溫度特性如圖3所示,它的溫度系數(shù)約為10 ppm/℃。因此,可以看出輸出電壓的溫度特性并不是一直都為零,而是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)為零,在其他溫度下為正值或者負(fù)值。這是由于基極一發(fā)射極電壓、集電極電流、失調(diào)電壓以及電阻隨溫度變化引起的。



        關(guān)鍵詞: 研究 電壓 基準(zhǔn) CMOS 低溫

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