CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准up.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电流镜,*,CMOS,模拟集成电路设计,带隙基准,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,G,m,偏置,5/24/2026,2,带隙基准,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,G,m,特性,与温度无关,5/24/2026,3,概述,2,、与电源无关的偏置,电流镜,与,电源有关,电阻,I,REF,？,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：,R,S,忽略沟道长度调制效应，,5/24/2026,4,与电源无关的偏置,忽略体效应，,则,V,GS1,V,GS2,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。,5/24/2026,5,与电源无关的偏置,“,简并”偏置点,电路可以稳定在两种不同的工作状态的一种。,I,out,0,电路允许,I,out,=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：,V,TH1,+V,TH5,+|V,TH3,|V,DD,5/24/2026,6,与电源无关的偏置,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,V,BE,的温度系数（,假设,I,C,不变,），,则，,例，,V,BE,750mV,，,T=300K,时，,V,BE,/T-1.5mV/K,m,-3/2,，,V,T,=,kT/q,，,硅带隙能量,Eg,1.12eV,5/24/2026,7,与温度无关的基准,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,nI,0,和,I,0,，,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,),5/24/2026,8,与温度无关的基准,3.3,带隙基准,室温下，,1,？,2,ln,n,？,令,1,1,，则,2,ln,n,17.2,，,则得到零温度系数基准,?,V,O2,=,V,BE,2,+V,T,ln,n,见右,图，强制,V,O1,=V,O2,5/24/2026,9,与温度无关的基准,3.3,带隙基准（续）,采用运算放大器，使,X,点和,Y,点近似相等。,I,C2,I,C2,5/24/2026,10,与温度无关的基准,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。,5/24/2026,11,与温度无关的基准,3.3,带隙基准（续）,讨论（续）,运放的失调,不接地，,工艺不兼容,5/24/2026,12,与温度无关的基准,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,5/24/2026,13,与温度无关的基准,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,5/24/2026,14,与温度无关的基准,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,I,D1,=I,D2,，,必须,V,X,=V,Y,因此,此,电路可以改为产生带隙基准电压的电路，,5/24/2026,15,PTAT电流的产生,5,、恒定,G,m,偏置,与电源无关的偏置电路是确定跨导的简单电路,=(,C,S,f,CK,),-,1,因此，,采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。,5/24/2026,16,电流镜,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,G,m,偏置,5/24/2026,17,带隙基准,