cmos模擬集成電路設計-ch11帶隙基準up課件

1、CMOS模擬集成電路設計帶隙基準第1頁，共17頁。提綱1、概述2、與電源無關的偏置3、與溫度無關的基準4、PTAT電流的產(chǎn)生5、恒定Gm偏置8/16/20222帶隙基準第2頁，共17頁。1、概述基準目的：建立一個與電源和工藝無關、具有確定溫度特性的直流電壓或電流。與溫度關系：與絕對溫度成正比（PTAT）常數(shù)Gm特性與溫度無關8/16/20223概述第3頁，共17頁。2、與電源無關的偏置電流鏡與電源有關電阻IREF？與電源無關的電流鏡互相復制“自舉”問題：電流可以是任意的！增加一個約束：RS忽略溝道長度調(diào)制效應，8/16/20224與電源無關的偏置第4頁，共17頁。忽略體效應，則VGS1VGS2

2、消除體效應的方法：在N阱工藝中，在P型管（PMOS）的上方加入電阻，而PMOS的源和襯連接在一起。 如果溝道長度調(diào)制效應可以忽略，則上述電路可以表現(xiàn)出很小的電源依賴性。因此，所有晶體管應采用長溝器件。8/16/20225與電源無關的偏置第5頁，共17頁?！昂啿ⅰ逼命c電路可以穩(wěn)定在兩種不同的工作狀態(tài)的一種。Iout0電路允許Iout=0增加啟動電路，使電路在上電時擺脫簡并偏置點。啟動電路的例子：條件：上電時提供通路：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD8/16/20226與電源無關的偏置第6頁，共17頁。3、與溫度無關的基準3.1 負溫度系數(shù)電壓對于一個雙極器件，而計算VBE的溫度系數(shù)（假設

3、IC不變），則，例，VBE750mV，T=300K時，VBE/ T -1.5mV/Km-3/2， VT=kT/q，硅帶隙能量Eg 1.12eV8/16/20227與溫度無關的基準第7頁，共17頁。3.2 正溫度系數(shù)電壓如果兩個雙極晶體管工作在不相等的電流密度下，那么它們的基極-發(fā)射極電壓差值就與溫度成正比。則例1：如果兩個同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI0和I0，忽略基極電流，則例2：如果如右圖的兩個晶體管偏置的集電極電流分別為nI0和I0，忽略基極電流，則則，溫度系數(shù)為(k/q)ln(mn)8/16/20228與溫度無關的基準第8頁，共17頁。3.3 帶隙基準室溫下，1？ 2lnn？令

4、11，則 2lnn17.2，則得到零溫度系數(shù)基準?VO2=VBE2+VTlnn見右圖，強制VO1=VO2,8/16/20229與溫度無關的基準第9頁，共17頁。3.3 帶隙基準（續(xù)）采用運算放大器，使X點和Y點近似相等。IC2IC28/16/202210與溫度無關的基準第10頁，共17頁。3.3 帶隙基準（續(xù)）討論與CMOS工藝兼容在常規(guī)（標準）N阱CMOS工藝中，可以形成PNP型晶體管。8/16/202211與溫度無關的基準第11頁，共17頁。3.3 帶隙基準（續(xù)）討論（續(xù)）運放的失調(diào)不接地，工藝不兼容8/16/202212與溫度無關的基準第12頁，共17頁。3.3 帶隙基準（續(xù)）討論（續(xù)）

5、反饋負反饋系數(shù)正反饋系數(shù)正反饋應小于負反饋8/16/202213與溫度無關的基準第13頁，共17頁。3.3 帶隙基準（續(xù)）討論（續(xù)）何謂“帶隙”？=0得到電源高頻抑制性能與啟動問題曲率校正8/16/202214與溫度無關的基準第14頁，共17頁。4、PTAT電流的產(chǎn)生PTAP電流在帶隙基準電路中，雙極型管的偏置電流是與絕對溫度成正比（PTAT）電流簡化的PTAP電路：見右圖，要使ID1=ID2，必須VX=VY,因此此電路可以改為產(chǎn)生帶隙基準電壓的電路，8/16/202215PTAT電流的產(chǎn)生第15頁，共17頁。5、恒定Gm偏置與電源無關的偏置電路是確定跨導的簡單電路=(CSfCK)-1因此，采用開關電容電路代替電阻可以達到更高的精度。8/16/202216電流鏡第16頁，共17頁。小結與電源無關的偏置自舉互相復制與溫度無關