模拟集成电路设计 课件 第7章 基准电压与电流.pptxVIP

第7章基准电压与电流

ReferenceVoltageCurrent

7.1基准电压的应用场合

7.2二极管型基准源

7.2.1由CMOS工艺实现的等效二极管

7.2.2由Bipolar产生具有正、负温度系数的电压

7.2.3带隙基准电压产生电路1

7.2.4带隙基准电压产生电路2

7.3基准电压调节电路

7.4基准电流产生电路(MOS管型基准源)

第7章基准电压与电流

2

输出直流电压(无输入信号，只有使能信号)

输出电压与电源和工艺参数几乎无关，与温度的关系确定

应用场合：

A/D和D/A变换电路中的基准电压

单片集成电路中的基准电压，产生基准电流(电流镜)

各种电路模块所要求的特殊工作电压，例如低压数字电路，OSC模块，工作点偏置电路模块，驱动电压(高压)等。

7.1基准电压的应用场合

Vref

VrefVDD₁

VoltageRegulator

▶Vout2

Enable

TVDD2

3

◆二极管型基准源：采用了与普通CMOS工艺兼容的双极型晶体管，它能够产生更加精确的基准电压和电流；

◆MOS管型基准源：仅用CMOS器件和无源电阻实现的基准源(包括基准电压源和电流源),它适合于在精度要求不高、成本较低的电路中使用。

基准源的分类

4

7.2.1CMOS工艺实现的等效二极管

Bipolar的特点：特性参数重复性好(偏差小),并且能提供确定的正温度系数和负温度系数(VBE电压);

由于CMOS工艺实现的二极管必须在反向偏置条件下使用，因此通常用Bipolar实现等效的二极管，可在正向偏置下使用，并且与普通CMOS工艺兼容。

PNPBipolar

7.2二极管型基准源

5

7.2.1CMOS工艺实现的等效二极管

标准CMOS工艺实现的pnpBipolar(VerticalBipolar)

由于在CMOS工艺中，p型衬底通常接地，因此PNP晶体管比

NPN晶体管更容易实现。

7.2极管型基准源

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P+

n+P

n+

n-epi

P+

标准CMOS工艺实现的pnp

Bipolar(VerticalBipolar)

7.2.1CMOS工艺实现的等效二极管

P-substrat

7.2二极管型基准源

EBC

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1.单个pn结二极管的正向电压具有负温度系数

对于正向导通的二极管(pn结),电流Ip与电压Vp之间的关系如下所示，其中V=KT/q为热电压，Is为反向饱和电流(与温度有关)。

)

其中，α为比例系数，m为少数载流子迁移率的温度指数，Eg≈1.1eV,为硅的带隙能量，K为波尔兹曼常数(1.38×10-23J/K),T为热力学温度

7.2.2由Bipolar产生具有正、负温度系数的电压

Egq—硅的带隙电压

(假定I,不变)

8

av,/OT≈-1.5mV/°K(当Vo=0.75V,T=300°K时)—负温度系数(室温)

Vp的温度系数与Vp本身的大小以及温度有关。这里作了一阶线性近

似，为了提高带隙基准电压源的精度，减小其温度系数，需考虑高阶效应，例如指数曲率补偿型带隙基准电压源。

7.2.2由Bipolar产生具有正、负温度系数的电压

1.单个pn结二极管的正向电压具有负温度系数

(假定I,不变)

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7.2.2由Bipolar产生具有正、负温度系数的电压

2.二个流过不同电流的pn结电压之差具有正温度系数

Q1与Q2完全相同，Is₁=Is₂=Is

Q2

PNP

PNP

Io

10

7.2.2由Bipolar产生具有正、负温度系数的电压

3.二个不同尺寸的pn结电压之差具有正温度系数

十○

Q1

Q1

Io

11

BE

I₁R₁

I₂

R₁

VDD

y

A-0Vref

X

7.2.3带隙基准电压产生电路1

运放的作用：强制V=Vy

(当增益A很大时)

VEB1VEB2由n个相同的Q1并联组成

R₂

Q₂=nQ₁

I₁=I₂=2μA

PNP

PNP

Q₁

12

调节电阻R,的大小，可以得到各种温度系数(正、负、

零)的基准电压Vref,同时Vref的大小也相应发生变化。

7.2.3带隙基准电压产生电路1

在室温条件下基准电压的温度系数：

零温度系数