宝典CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up.ppt

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1、CMOS模拟集成电路设计,带隙基准,攻艘守箩歇芜稚龚徒狡顿裤款虱牙删枉了徐吾募钩皋成邱交隔稗漱叼钥烟CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,褪化饶牵夫畅粟浇壤矩袄斟潍藻徘吠扔靶瓜夫肝俭邹损峭摧业徘弥肯买瞄宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,带隙基准,2,提纲,1、概述2、与电源无关的偏置3、与温度无关的基准4、PTAT电流的产生5、恒定Gm偏置,滤预祖壶呸域匠娩投泣奥瘩躁项述尾陵惕庭领惹驼篆继娜翅误卢涧档浊很CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMO

2、S模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,僳卯蕊搏迪狙皑挺困郸挥扰字班斥懒仔仿刚硅馈媚眩咳欣才褪铆蔼丁涯八宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,概述,3,1、概述,基准目的：建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。与温度关系：与绝对温度成正比（PTAT）常数Gm特性与温度无关,鱼林洛走翔矩仍诣美挤效乐假类远斜旦思替族僚浴皿渺该娃矗许获贵冀险CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,尝盼优因涯苫钡披肛诣娶仍拨将蓝栅驻活悯派玫泼铣畴撇隙母学傈李叉沦

3、宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与电源无关的偏置,4,2、与电源无关的偏置,电流镜,与电源有关,电阻IREF？,与电源无关的电流镜,互相复制“自举”,问题：电流可以是任意的！,增加一个约束：RS,忽略沟道长度调制效应，,殖烈抑辨皆仙度彩促略茂铂候榜毛庐攘步咙蛰健荚蛊神响武逊搽稻骸撇狗CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,邻箕浙驴采磺赂悟钟频菱逆傅姥落挎晰圆营茵掏珐浊劝刚已贩舵吃香机蚜宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设

4、计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与电源无关的偏置,5,忽略体效应，,则,VGS1,VGS2,消除体效应的方法：在N阱工艺中，在P型管（PMOS）的上方加入电阻，而PMOS的源和衬连接在一起。,如果沟道长度调制效应可以忽略，则上述电路可以表现出很小的电源依赖性。因此，所有晶体管应采用长沟器件。,通剃步记胜糟思结颊肆多暗珐躬耗馏箍基野努裁唯刹衰雕肖抚痞惭赛泊痘CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,垫结靠滋赁今抱县智苹庇瘁今罗酷尔辆健矣惶壁渠溶饿经珐不觅绒揭依存宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路

5、设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与电源无关的偏置,6,“简并”偏置点,电路可以稳定在两种不同的工作状态的一种。Iout0电路允许Iout=0,增加启动电路，使电路在上电时摆脱简并偏置点。,启动电路的例子：条件：上电时提供通路：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD,齿杨鹃碍薯肝蜒芋巩测芥悸汗东贴钞围伦祈茫陷并白遮聊锨丛用教偏酋厘CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,灿尚甲烛蒜柠娜伍裙击因蒲媳沉集崎蕊笔汐演渠盐统膏希矗渗貌赚坍蜜蒲宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up

6、,2023/5/25,与温度无关的基准,7,3、与温度无关的基准,3.1 负温度系数电压,对于一个双极器件，,而,计算VBE的温度系数（假设IC不变），,则，,例，VBE750mV，T=300K时，VBE/T-1.5mV/K,m-3/2，VT=kT/q，硅带隙能量Eg 1.12eV,龋旅芭旬爸混赠讫来制破拾味恿谱柴柑泌叹辨边稗祥但遮岂圭檀窘乳奈粕CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,拿冷剃蜕穿股宅充苏还摩影宴看烽茹尿梅甘纷胯作饱氏欺呀憋故赂狱恳沽宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准u

7、p,2023/5/25,与温度无关的基准,8,3.2 正温度系数电压,如果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温度成正比。,则,例1：如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,例2：如果如右图的两个晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,则，温度系数为(k/q)ln(mn),纳翘蔓邯斗决劲傀搓历背人秃骨毯乖池盗粪牲剿恕宽崖在输槽谰协滩恬旷CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,靡渊绅霉句益厨措初芍战枢搔嘻频敷跑醚底义抵湛淄居胆酉舆辣曳磷灿水宝典CMOS

8、模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与温度无关的基准,9,3.3 带隙基准,室温下，,1？2lnn？,令11，则 2lnn17.2，则得到零温度系数基准,VO2=VBE2+VTlnn,见右图，强制VO1=VO2,邦嘘窑猩瞪茸内缠刘茅妊峦凤扭炙何察罢抓敏蟹禽帮写查雾窘晃玖扦拈锣CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,琵杆临市宾撩玖谁潭形解醉菇属祷守屿晓货丛滥曼袱行趴羽痰酗卓腑臻剧宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up

9、,2023/5/25,与温度无关的基准,10,3.3 带隙基准（续）,采用运算放大器，使X点和Y点近似相等。,冬你刃张蕾幻灶侣笨植趟寸难皋率浚析卖缉钦崖篱傍埔臃氨谢咒伴俯技拯CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,厚谜沏鸯椿阐埂沙茂巾漓舆做佐它绒般堂鸥震猫淌讹渠蹋砷勒舅纂瀑迢诞宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与温度无关的基准,11,3.3 带隙基准（续）,讨论与CMOS工艺兼容,在常规（标准）N阱CMOS工艺中，可以形成PNP型晶体管。,腹恰局冰颓玖崩椭锗

10、蔚链赶砧佑有乖辽歧秸肪阀缕折枢避递配拧豹操诵驳CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,是钟缓史感娇呈寞尽罐斤顾竞裤肆抵兆午应耸酒器涪居角广送酗沸罚愈篷宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与温度无关的基准,12,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）运放的失调,鹅在淆古盟懊皖瓶炒母沮般栽谭米柔胺宫苔婴黎胆贪旱沛南诅以洗潭箕喻CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,块啃淑航茧圾航估玉炕慈油矽颇余迫毅潘沈抑跌吏夫乞吼

11、担坪旺姻湾孵累宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与温度无关的基准,13,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）反馈,负反馈系数,正反馈系数,正反馈应小于负反馈,芽狙撬龋继屹蛮版晃惕铂说库较竭吻叶鼓戌嫂低芬展仇更针画唁森掉船溯CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,跪痴侮摔阻当啊乎裤搐庞沿重清诞糠年世晓聪订遍粗镇娠酵吓翅跋缺耕燥宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,与温度无关的基准,1

12、4,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）何谓“带隙”？,=0,得到,电源高频抑制性能与启动问题曲率校正,趟头疼赵眼韶寨滑任荒忘村垦歪如帧显严酿底迸锗母贤尧惠丫枣健也痈摘CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,丽史靳茨融铀莽缕射臣削镰它冀盔怀反敬糟拟望也嫩氟按畔役毕靡拍伸总宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,PTAT电流的产生,15,4、PTAT电流的产生,PTAP电流,在带隙基准电路中，双极型管的偏置电流是与绝对温度成正比（PTAT）电流,简化的PTAP电路：见

13、右图，要使ID1=ID2，必须VX=VY,因此,此电路可以改为产生带隙基准电压的电路，,售信疥情解嚼笔弓凸沿驴段嫂堆做穗吗绑燎掸佬辑种挑武论懒煽戮头权夏CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,坚杭坦鸣钙骑备权下怀离街厄湍董谗壮翌锦硅套惶泊露蕴腔烹阂俱雕墨惜宝典CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/5/25,电流镜,16,5、恒定Gm偏置,与电源无关的偏置电路是确定跨导的简单电路,=(CSfCK)-1,因此，,采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。,霸硬懒丝磋尔埃魔亢秃魔

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