带隙基准电路设计VIP免费

- 1 - 帯隙基准电路设计 （东南大学集成电路学院） 一.基准电压源概述 基准电压源(Reference Voltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源，它是模拟和数字电路中的核心模块之一，在DC/DC，ADC，DAC 以及DRAM 等集成电路设计中有广泛的应用。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。模拟电路使用基准源，是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定。在CMOS 技术中基准产生的设计，着重于公认的“帯隙”技术，它可以实现高电源抑制比和低温度系数，因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路。 基于CMOS 的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。常用的包括Banba 和Leu ng 结构带薪基准电压源电路。在综合考虑各方面性能需求后，本文采用的是Banba 结构进行设计，该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR 高的特点，最后使用Candence 软件进行仿真调试。 二.帯隙基准电路原理与结构 1 .工作原理 带隙基准电压源的设计原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性，通过将 两 个具有相反 温度系数的电压进行线 性组 合来 得到零 温度系数的电压。用数学方法 表 示 可以为：2211VVVREF，且02211TVTV。 1).负 温度系数的实现 根据双 极 性晶 体 管 的器 件特性可知 ，双 极 型 晶 体 管 的基极 -发 射 极 电压BEV具有负 温度系数。推 导 如 下 ： 对于一个双 极 性器 件，其集电极 电流)/(expTBESCVVII，其中qkTVT/， - 2 - 约为0.026V，SI 为饱和电流。根据集电极电流公式，得到： SCTBEIIVVln (2.1) 为了简化分析，假设CI 保持不变，这样： TIIVIITVTVSSTSCTBEln (2.2) 根据半导体物理知识可知： kTEbTIgmS exp4 (2.3) 其中b 为比例系数，m≈−3/2，Eg 为硅的带隙能量，约为1.12eV。得到： )()(exp)(exp)4(243kTEkTEbTkTETmbTIggmgmS (2.4) 所以： TgTSSTVkTETVmTIIV2)4( (2.5) 由式(2.2)和(2.5)，可以得到： TqEVmVTVgTBEBE/)4( (2.6) BEV通常小于qEg /，所以BEV和温度负相关。从式(2.6)可知，BEV的温度系数本身与温度有关，如果正温度系数表现出一个固定的温度系数，在恒定基准的产生电路中将会...