一种高电源抑制的基准源的设计 (1).pdf

第1 9 卷V o l-1 9第7 期N O 7电子设计工程E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g2 0 1 1 年4 月A p r 2 0 1 1一种高电源抑制的基准源的设计韩荆宇杨兵(北方工业大学信息工程学院，北京1 0 0 1 4 4)摘要：本文针对传统基准电压的低P s R 以及低输出电压的问题，通过采用L D O 与带隙基准的混合设计，并且采用B C D 工艺。得到了一种可以输出较高参考电压的高P S R(电源抑制)带隙基准。此带隙基准的1 1 8 6V 输出电压在低频时P s R 为一1 4 5d B。在0 一lG H z 频带内，最高P s R 为一3 6d B。在一5 0 1 5 0o C 内，1 1 8 6V 基准的温漂为7 5p p n C E。关键词：电源抑制；级联；带隙基准；低压差线性稳压器；温度系数中图分类号：T N 4 4 3文献标识码：A文章编号：1 6 7 4-6 2 3 6(2 0 1 1)0 7 加1 6 9-0 3D e s i g no fal l i g l IP S Rr e f e r e n c eH A NJ i n g y u，Y A N GB i n g(I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n gC o l l e g e，N o r t hC h i n aU n i v e r s 毋o fT e c h n o l o g y,B e l l i n g1 0 0 1 她C h i n a)A b s t r a c t：A i m i n ga tt h ep r o b l e m so fl o wP S R(P o w e rS u p p l yR e j e c t i o n)a n dl o wo u t p u tv o l t a g eo fat r a d i t i o n a lr e f e r e n c e，b yu s i n gac o m b i n a t i o no fL D Oa n db a n d g a pr e f e r e n c ea n dB C Dp r o c e s s，ah i g hP S Rb a n d g a pr e f e r e n c ew i t hh i s hr e f e r e n c ev o l t a g ei sg o t T h el o wf r e q u e n c yP S Ro ft h e1 1 8 6 Vo u t p u tv o l t a g ei s-1 4 5 d B a n dt h eb i g g e s tP S Ri s 一3 6 d Bi nt h ef r e q u e n c yr a n g eo f0 I G H z T h et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to ft h e1 1 8 6 Vi s7 5 p p r n。Ci nt h et e m p e r a t u r er a n g eo f 一5 0-1 5 0。C K e yw o r d s：P S R；c a s c o d e；b a n d g a pr e f e r e n c e；L D O；t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t电子镇流器的供电方式为半桥输出接稳压管给芯片供电，其输出电压为高压正弦波(5 0 1 0 0k H z)，加之芯片内数字部分的f 扰。这就给芯片的电源带来较大的干扰。因此对芯片内基准的中频P S R(P o w e rS u p p l yR e j e c t i o n。电源抑制)有较大要求。本文从此角度在B r o k a w 带隙基准的基础上进行改进。采用L D O 与基准的级联设计来增加其P s R l l 捌。1 电路结构1 1 基准核心目前的基准核心可以有多种实现方案：混合电阻f 3 l，B u c kv o l t a g et r a n s f e rc e l l l 4 1。但是修调复杂。不宜工业化。本设计采用B r o k a w 基准核心，其较易实现高压基准输出，并且其温漂、P S R 及启动特性均较好强。本文采用的改进的B r o k a w 基准核心的结构如图1 所示。对此核心的分析：三极管的输出电流公式：鲁l=I,x e”。(I)其中，是三极管射极电流，厶与射极面积成正比，珏为一常数，取l。这里，取V Q c 2：V=8：l，因此忙8 x,l，又，l=厶，分别代入(1)并相除，整理得：V b e l-V b a=I n 8 x V。(2)收稿日期：2 0 1 0 1 2 2 7稿件编号：2 0 l 叭2 0 9 0基金项目：北京市优秀人才资助项目(2 0 0 6 1 D 0 5 0 0 2 0 0 1 2 8)作者简介：韩荆宇(1 9 8 5 一)，男，辽宁朝阳人，硕士研究生。L D 0图l基准核心：B r o k a w 带隙基准F i g 1R e f e r e n c ec o r e：B r o k a wb a n d g a py 酽y b e l+2；堕l n 8 X V t(3)。C I其中V k。是负温度系数，y。是正温度系数，R Q 与尺c，是同类电阻，温度系数相抵消，选择合理的R 胡c，就可以得到一阶补偿为0 的基准电压，可以很好的满足本芯片的要求。在电流镜的选取上，采用威尔逊电流镜精度高。不需外加偏置电路，因此电源抑制比较高。输出管采用m o$管。对V 晒、V 鲫支路电路影响小。通过增加M C I，使V Q c 2 和V Q c I 的集电极电位相近，减小误差。y 产y 移下R c 3+R c 4(4)研究方向：模拟集成电路设计。一1 6 9 万方数据电子设计工程)2 0 1 1 年第7 期产生的v 村为4 7 5V。在放大电压的同时，P S R、温漂均放大了4 倍，即P S R 升高了1 2d B(在随后的仿真波形中可以看到)。1 2L D oL D O 在低频时的P S R 主要取决于运放的增益，为此选择折叠共源共栅电路。此L D O 电路基于文献【6】中的电路修改，如图2 所示，并采用P S R 高的偏置生成电路1 7 l。图2L D O 电路F i g 2L D Oc i r c u i t1 3 启动电路B r o k a w 核心本身存在O 状态，V Q c 5 基极为高电平，V、V Q c-基极为低电平，因g t i 3 1 入如图3 的启动电路。V D D图3 启动电路F i g 3S t a r t u pc i r c u i t图3 中右下角即为启动电路。对于常规B r o k a w 基准，当V Q c 2 基极电压低于启动电压时，V 噼将V Q c 5 基极电压托低、V Q c 2 基极电压拉高。使电路启动，所以V 啦仅需很小的基极电流就口n 奠使电路启动。但是，由于本设计采用L D O 供电，而L D O 的参考电压是b g，存在死循环，即b g 低，则L D O 低，所以基准核心的V 邮无法给V 僻提供电流，也就无法提高V 他的电压即b g，因此需要外界提供大电流b i a s s t a r t。使得当L D O 无法启动基准核心时，此电流町以足够大，在尺c 4 上产生的压降使b g 达到足够大，继而L D O 达到使基准核心启动所需的最低电压，从而使电路进入自动修正状态，最终使b g 和r e f 达到指定电压。这样虽然能启动，但是，正常工作时，此大肩动电流b i a s s t a r t 将通过V 郇I 和V。c S a 流向地，增加了系统的负担。因此，在电流输出管M B 3 下加入控制管M B C，并使得在正常T 作时。L D 0 的高电压足以使M B C 关断。从而降低启动电路的损耗。-1 7 0-2 仿真与分析本次设计的仿真基于A S M C 的l 斗m 的高压B C D 工艺。2 1 启动仿真图4 是工艺角为t t，t=2 7 时的启动仿真，此基准需要3 邺就可建立正常状态，这是由于基准核心中的c c 选取为比较小的2p F 的结果，这样做的另一个结果就是中频P s R 有所降低，实际电路可根据需要选取c c 的大小。如果需要中频P s R 较大，但对启动时间要求较低时，可以选取大G，(如c c。选取l Op F，则最高P S R 将降为-2 8d B，但启动时间升至1 0 邺)。L D O、r e f、b g 的启动过程比较平稳，没有过冲现象。图4 基准的肩动仿真F i g 4T r a n s i e n ts i m u l a t i o nr e s u l t s o ft h er e f e r e n c eM B C 控制作用的简述：在1 即时流过1 0 0“A 的启动电流，当L D O、r e f、b g 建立最低工作电压后，启动电路开始关断过程，电流急剧减小，并最终在2 斗s 时接近OA。整个电路正常运行时消耗的电流是2 6 6 A。2 2 温漂仿真图5 为不同工艺角下的温漂仿真。仿真结果表明。此电路可以达到r e f 二4 5p p m、b g _ 7 5p p m 的低温漂。实际电路存在器件的不匹配和误差等，虽然达不到理论上的温漂，但通过仔细布版、修调带隙核心电路中R。、R 口，可以达到较低的温漂。t e m p i 网5 不同T 艺角下的温度特性F i g 5T e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa td i f f e r e n tp r o c e s sc o r n d t B万方数据韩荆宇等一种高电源抑制的基准源的设计II I2 3P S R 的仿真图6 为工艺角t t，v c c=9 5V，t=2 7 时的P S R 的仿真，此基准对电源干扰的抑制能力较强4 7 5V 输出电压在工作频率6 0k左右时的P S R 达到了一7 5 1d B 能有效抑制由半桥产生的震荡：而且对来自数字部分的高频震荡也有较强的抑制能力。，“z图6 基准的P S R 的仿真F i g 6S i m u l a t i o no ft h er e f e r e n c e sP S R表1 为输出电压b g 在不同工艺角下的P S R 的仿真结果，本电路在不同工艺角下都能在高电源干扰的芯片中正常工作。裹I 不同工艺角下的P S R 的仿真结果T a b 1S i m u l a t i o nr e s u l t so fP S Ra td i f f e r e n tp r o c e s sc o r n e r s(扛2 7，v c 仁-8 5V)3 结论本文通过结合L D O 与B r o k a w 基准核心。设计出了高P s R 的带隙基准此带隙基准输出的1 1 8 6V 电压的低频P S R 为一1 4 5d B，最高P S R 为一3 6d B，温漂可以达到7 5p p m。适用于电子镇流器芯片。本设计还优化了启动部分，使新的带隙基准可以在短时间内顺利启动。此电路根据需要还可以修改基准核心中的R o、R c I，采用多段电阻分压方式，以输出多种参考电压，方便灵活定制芯片。参考文献：【l】Y o u nJH D oHkK w o nBH As i n g l e s t a g ee l e c t r o n i cb a l l a s tw i t hh i g hp o w e rf a c t o r J 1 I E E ET r a n s a c t i o n so nI n d u s t r i a lE l e c t r o n i c s，2 0 0 0，4 7(3)：7 1 6-7 1 8【2】R o b e r tWE F u n d a m e n t a l so fP o w e rE l e c t r o n i c s【M】1 s te d N e wY o r k：C h a p m a n&H a l l 1 9 9 7【3】3L e u n gKN，M o kP KT，L e u n gCY A2-V2 3-1 出A5 3-p p n l l C4 t h-o r d e rc u r v a t u r e-c o m p e n s a t e dC M O Sb a n d g a pr e f e r e n c e【C C u s t o mi n t e r g r a t e dC i r c u i t sC o n f e r e n c e，2 0 0 2：4 5 7-4 6 0【4】B u c kAE，M c D o n M dCkL e w i sSH，e ta 1 AC M O Sb a n d g a pr e f e r e n c ew i t h o u tr e s i s t o r sI J l I E E EJ o u r n a lo fS o l i d-S t a t eC i r c u i t s，2 0 0 2，3 7(1)：8 1 8 3【5】5B r o k a wAP As i m p l et h r e e-t e r m i n a lI Cb a n d g a pr e f e r e n c ef J】I E E EJ o u r n a lo f S o l i d-S t a t eC i r c u i t s,1 9 7 4,9(6)：3 8 8 _ 3 9 3【6】A i-S h y o u k hM，L e et LP e r e z 亿At r a n s i e n t-e n h a n c e dl o w-q u i e s c e n tc u r r e n tl o w-d r o p o u tr e g u l a t o rw i t hb u f f e ri m p e d a n c ea t t e n u a t i o nf J】I E E EJ o u r n a lo fS o l i d-S t a t eC i r c u i t s，2 0 0 7，4 2(8)：1 7 3 2-1 7 4-2【7】B a k e rRJ C M O SC i r c u i tD e s i g n，L a y o u t,a n dS i m u l a t i o n【M】2 n de dW i l e y-I E E EP r e s s，2 0 0 8：6 4 7 争夺夺争争寺争争争-争争夺夺t 夺争夺 夺争夺-争啼争争夺夺夺争争，夺夺啼啐夺啐争岭夺争啼新系列霍尔效应开关A l l e g r oM i c r o S y s t e m s 公司发布新系列用户可编程、双线、草极霍尔效应开关以补充其现有用于安全带卡扣、座椅定位以及档位选择器(P R N D L)应用的产品系列。这些新器件将投放汽车市场，因为它们具有更强的高压瞬变防护功能，这项功能对不允许保护电路靠近传感器的应用尤为关键。A l l e g r o 的A 1 1 9 0 1 2 1 3 系列包括双线单极霍尔效应开关该开关可由用户在线路末端调整，以优化磁性开关点在应用中的精确度。这些设备通过A l l e g r o 先进的B i C M O S 晶圃制造流程，使用其专有的高频率四相斩波稳定技术制造。此技术可实现相对于所有操作温度的磁稳定性，消除单霍尔元件装置的固有偏移，适用于恶劣的应用环境。A 1 1 9 x 系列有多种汽车应用包括：感应座椅轨道位置、座椅带扣存在、引擎盖，行李箱锁闭以及换档选择器位置。由于双线单极开关比传统的开路集电极开关少用一根线因此双线单极开关尤其适用于对成本敏感的应用。而且。系统设计师能始终获得诊断信息，因为输出电流丛须始终保持在两个狭窄范围内。任何不在这两个范围内的电流水平则表明出现故障。该系列双线开关的一项重要升级是片上瞬变防护和齐纳籍位。可抵御电源线路产生的过压状况。凭借这项经改进的高压瞬变防护功能。这些器件可承受I S 07 6 3 7-2 和4 0V 甩负荷达 o 5s，只需最少量，甚至无需独立元件保护。该E S D 防护功能已经改进，因而这些器件可处理高达8k V 人体放电模式(H B M)的瞬变。A 1 1 9 0、A 1 1 9 2 和A 1 1 9 3 采用S o，r _ 2 3 W 小型封装(L H)。适合表面安装应用。咨询编号：2 0 1 1 0 7 1 0 1 0一1 7 l 一万方数据一种高电源抑制的基准源的设计一种高电源抑制的基准源的设计作者：韩荆宇，杨兵，HAN Jing-yu，YANG Bing作者单位：北方工业大学信息工程学院,北京,100144刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2011,19(7)本文链接：