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0.5μm CMOS带隙基准电路设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-02-09 09:22:57



3 提出的带隙基准电路
3.1 启动电路实现
    由于电路采用共源共栅结构,因此为了防止电路工作在零偏置点,增加启动电路,使A6节点偏置,注入电流也可使电路摆脱“简并”点而正常工作。图4给出带隙基准电压源电路。VDD经VM6,VM7,VM12为一条到地通路,A4节点拉高,经过反相器,A5节点为低,使VM8启动并向A6节点注入电流,从而使核心电路摆脱零偏置开始工作,完成启动。当电路开始正常工作时,VM5经过VM4的镜像电流,使A3节点拉高。当VM13启动后,A4节点拉低,A5节点经反相为高,促使VM8关断,启动电路停止工作。
3.2 核心电路实现方法
   
图4给出带隙基准电压源电路。该电路的核心,是通过采用共源共栅结构保证了A1和A2节点的电压相等,因而在一定程度上增加了整个电路的电源抑制比。假设VM3和VM4,VM9和VM10均为宽长比相等的对管,则采用共源共栅结构,可使流过双极晶体管VQ1的电流等于流过双极晶体管VQ2的电流,即I1=I2。由此可得:

式中:Is为饱和电流;Vbe为双极晶体管的基极一发射极正偏电压Vbe=Vtln(I/Is);V1=KT/q;K为玻尔兹曼常量;T为绝对温度;q为电子电荷。
    依据Vbe和Vt的温度系数,选择合适的Vt系数,以得到零温度的基准系数。在该电路中取VQ1,VQ2的发射结面积之比为8:1,即IS1/IS2=8。
3.3 反馈回路
   
在带隙基准电源电路中增加负反馈回路会增加系统输出的稳定性,并在一定程度上提高电路的电源抑制比δPSRR。图4中所示,假设Vref节点的电压升高,VM1的漏源电压减小,导通程度减弱,IVM1减小。通过VM14和VM15,VM2和VM3,VM4的镜像结构,I1和I2都有减小的趋势。由式(1)可得Vref减小,从而稳定输出电压Vref。

4 仿真结果
   
采用SYNOPSYS公司的HSPICE电路仿真。图5给出启动过程的仿真结果。图6给出Vref,δPSRR和带隙基准电源随温度变化特性仿真结果。其电源电压VDD=3.3V±10%;仿真温度范围为-45℃~+85℃。仿真的corner包括:ff(fast model),tt(typical model),ss(slow model)。仿真结果表明,在VDD=3.3 V,T=25℃时,输出电压Vref=1.25V:在温度范围为-45℃~+85℃时,温度系数为20 pm/℃;低频下的δPSRR=一58.3 dB。

5 结语
   
随着CMOS工艺的发展,采用CMOS工艺设计高性能、低功耗、低成本的高速电路。该设计采用华润上华0.5μmCMOS工艺,运用带隙基准原理,设计出输出稳定的带隙基准电路。该电路用于BLVDS总线收发器,主要为BLVDS总线驱动器、接收器提供所需的偏置电压。HSPICE仿真结果表明,在电源电压VDD=3.3V,温度为25℃时,Vref=1.25 V。在温度范围为一45℃~+85℃,输出电压温度系数为20 pm/℃,在低频时电源电压抑制比为一58.3 dB。

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