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Bandgap〔带隙〕Circuit
电压基准和电流基准的作用 模拟电路的设计中须广泛的应用到电压基准和电流基准,它们是直流量,为核心电路提供偏置,建立直流工作点; 一般来说,从芯片外部引入的供电电压都存在着一定的波动,而模拟电路对偏置电压的稳定性要求较高,因此一般会使用一个参考电压源,它将电源电压转化为一个具有良好电压稳定性和温度稳定性的电压,以提供良好的偏置。 同时大部分电路也需要一个参考电流源以提供偏置,常见的有不随温度变化的电流和与温度成正比的电流; 电压基准和电流基准的作用 常用的基准有: 与温度无关的基准电压; 与温度成正比的电流(PTAT电流); 与温度无关的电流. 电压基准结构选择 灵敏度S :灵敏度用于衡量参考电压源的稳压特性,灵敏度越低参考电压源的稳压特性越好。 动态电阻:对于一个二端元件,当其端电压变化时,端电压微小增量与端电流微小增量的比值。动态电阻等于I—V曲线上参考点处曲线斜率的倒数。 电压基准结构选择 对一个一般的分压网络进行分析,R1、R2为阻性元件。假定电源电压变化了 ,因为R1和R2串联, 会以一定比例分配在这两个电阻上,并且两者的电流改变量一致。 电压基准结构选择 这说明 在R1、R2上的分配与R1、R2的动态电阻成正比。如果我们能让R1的动态电阻很小,R2的动态电阻很大,则 大部分落在R2上,一小部分落在R1上, 对电源电压的灵敏度会大大降低,稳压性能就会得到很大提高。 电压基准结构选择 如果选择R1、R2均为线性电阻,则它们的动态电阻与静态电阻相等。电源电压变化量 将仍以原来的静态电阻的分压比分配给R1、R2,最后R1、R2 的分压比与电源电压变化前相比没有改变。所以 与电源电压将等比例变化,S=1,稳压效果不理想。 电压基准结构选择 在CMOS电路设计中,最自然的考虑是用非线性电阻元件MOS二极管来替代电阻R1。 MOS二极管具有较小的动态电阻。在W/L=2,R2=100K情况下,S的典型值为0.283。 电压基准结构选择 在CMOS工艺当中,我们还可以利用寄生的纵向pnp三极管来形成二极管,它比MOS二极管具有更小的动态电阻。典型值S=0.0362。此种结构的稳压性能比较好,现阶段我们都采用此种结构。 bandgap电路设计 这种结构的稳压性能虽好,但是它的温度特性仍然没有得到改善。 具有负的温度系数,在室温时大约是-2.2mV/℃。我们可以通过补偿的方法来改善参考电压源的温度特性。我们期望构造出具有正温度系数的KT项,其中K为正常数,T为热力学温标,使 当温度变化时, 与KT具有相反的变化趋势,则可以使 的温度特性得到补偿。 bandgap电路设计 此结构是在一个负反馈运算放大器的两个输入端各接一个稳压电路。两路稳压电路并联。它们并联的总电压作为我们所要的参考电压,连接到运放的输出端输出。电源电压包含在运放里。下面分析一下它的工作原理。 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路设计 bandgap电路仿真 分析目的:直流温度扫描分析是为了分析参考电压源的温度特性,即在扫描温度范围内输出的参考电压值随温度的变化情况。 测试激励:固定供电电压源1.8V,扫描温度参数。扫描范围(-40℃,120℃)。 bandgap电路仿真 bandgap电路仿真 分析目的:分析在工艺参数变化的情况下,输出参考电压的变化情况。 测试激励:corner分析,ff,ss,温度扫描范围(-40,120)。 bandgap电路仿真 分析目的:直流电压扫描分析是考察在供电电源电压值线性变化的情况下,输出参考电压值的变化情况。 测试激励:施加直流电压线性扫描,供电电压扫描范围(1.6V,2V)。 bandgap电路仿真 PTAT电流的产生 bandgap电路设计进阶 目的: 产生与温度和电源都无关的电压基准; 产生与温度无关的电流基准; bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 其它结构的电压基准电路设计 产生与温度和电源无关的电压基准; 产生与温度无关的电流基准; bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 bandgap电路设计进阶 补充 闭环电路的稳定性判据 补充 课后练习要求: Bandgap2_2v调试,电路如下: 课后练习要求
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