CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准.ppt

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1、2023/7/29,电流镜,1,CMOS模拟集成电路设计,带隙基准,2023/7/29,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,2023/7/29,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,2023/7/29,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，,2023/7/29,与

2、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。,2023/7/29,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,2023/7/29,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

3、,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,2023/7/29,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),2023/7/29,与温度无关的基准,9,

4、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=VO2,2023/7/29,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。,2023/7/29,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。,2023/7/29,与温度无关的基准,12,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）运放的失调,2023/7/29,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,

5、正反馈系数,正反馈应小于负反馈,2023/7/29,与温度无关的基准,14,3.3 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,2023/7/29,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，,2023/7/29,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。,2023/7/29,带隙基准,17,小结,与电源无关的偏置自举互相复制与温度无关的基准负温度系数电路与正温度系数电路相加补偿工艺兼容性；运放失调；反馈；稳定性；启动PTAT电流的产生恒定Gm偏置,