(东南大学集成电路学院)
基准电压源(Reference Voltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源,它是模拟和数字电路中的核心模块之一,在DC/DC,ADC,DAC以及DRAM等集成电路设计中有广泛的应用。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。模拟电路使用基准源,是为了得到与电源无关的偏置,或是为了得到与温度无关的偏置,其性能好坏直接影响电路的性能稳定。在CMOS技术中基准产生的设计,着重于公认的“帯隙”技术,它可以实现高电源抑制比和低温度系数,因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路。 单列调心滚子轴承基于CMOS的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。常用的包括Banba和Leung结构带薪基准电压源电路。在综合考虑各方面性能需求后,本文采用的是Banba结构进行设计,该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR高的特点,最后使用Candence软件进行仿真调试。
二.磨内喷水帯隙基准电路原理与结构
1.工作原理
带隙基准电压源的设计原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性,通过将两个具有相反温度系数的电压进行线性组合来得到零温度系数的电压。用数学方法表示可以为:,且mntp。
制备乙酸乙酯的装置1).负温度系数的实现
根据双极性晶体管的器件特性可知,双极型晶体管的基极-发射极电压具有负温度系数。推导如下:
对于一个双极性器件,其集电极电流,其中,约为0.026V,为饱和电流。根据集电极电流公式,得到:
(2.1)
为了简化分析,假设保持不变,这样:
(2.2)
根据半导体物理知识可知:
(2.3)
其中b为比例系数,m≈−3/2,Eg为硅的带隙能量,约为1.12eV。得到:
(2.4)
所以:
(2.5)
由式(2.2)和(2.5),可以得到:
(2.6)
通常小于,所以和温度负相关。从式(2.6)可知,的温度系数本身与温度有关,如果正温度系数表现出一个固定的温度系数,在恒定基准的产生电路中将会产生误差。
带隙基准2).正温度系数的实现
热转印墨水
若两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下,那么它们的基极-发射极电压差值就与绝对温度成正比。如图2.1所示:
图 2.1 正温度系数的产生电路
(2.7)
因此可实现正温度系数:
(2.8)
当T=300K时,,n可以由多个双极性晶体管并联实现。
3).通过正温度系数和负温度系数的叠加可以消除整个电路的温度系数,具体方法见下节中的基本结构。
2.基本结构
利用放大器两个输入端的电压相近就可以很方便得将正负温度系数特性结合起来,如图2.2:
图 2.2 基本带隙电压源产生电路
这里放大器以X和Y端为输入,驱动R1和R2电阻的上端,假设放大器为理想运放,可以使得X点和Y点稳定在近似相等的电压。基准电压可以通过放大器的输出端得到。根据对图2.2的分析,不考虑运放的失调电压情况下,,所以得到输出电压为: