（模式识别与智能系统专业论文）cmos电压调整器的设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 - = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = 目= = = 口= = = = = = 摘要 对于当今应用越来越广泛的便携式电子设备，如手机，m p 3 等等，均是由电池 驱动的。电池随使用的时间的加长，电压会显著降低；另外，随着超大规模集成电 路的发展，人们可以在一块芯片上集更多的晶体管和电路单元，而不同的电路单元， 它们所需要的电压以及电压的性能指标是不相同的；同时，便携式电子设备，可能 由于意外情况，如用户不小心短路，电池接反等而烧坏。因此，为了保证这些设备 的正常工作，必须提供稳定的特定的有保护的电压。人们常常设计一个特别的电路 单元，提供给系统所需要的电压，以满足系统所需。 本文根据实际应用中的需要，提出了一种实用的电压调整器的设计。其原理包 括参考电压电流电路，2 7 v 及1 8 v 电压调整电路，过流保护电路以及低压检测电路 四个部分。本文改进的带隙参考电路，权衡了输出电压随温度变化( 4 0 0 c 一8 0 0 c 1 和随 电压变化( 2 9 v - 5 v ) 的影响，将带隙参考输出电压的变化稳定在l m v ；采用可调电阻 ( o n d i e t u n i n g ) ，可以有效控制工艺参数波动对带隙参考电压输出的影响。2 7 v 电压 调整电路，使用了高效电压泵升压，减小了电压调整器的导通压降，并且电路在稳 定时间，纹波大小，功率消耗和所需的芯片面积之间取得一个平衡。同时，还设计 了过流保护电路，在系统过流的时候自动开启，保护系统不受过流的冲击。设计了 可编程的低电压检测电路，可以通过m c u 编程决定系统允许的最低电压，方便灵活， 防止过低的电压损坏系统。电路采用中芯国际o 1 8 微米工艺。仿真表明，系统整体 性能优异，能完全满足实际应用中的需要。 关键词：电压调整器带隙参考 过流保护电压泵 华中科技大学硕士学位论文 口= = = = = ；= = = = # = = = = = = = = ；= = = = 2 = = = = = = = = 一 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fp o r t a b l ee l e c t r o n i ce q u i p m e n t s u c ha sm o b i l et e l e p h o n e ，m p 3 p l a y e r , i sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r t h e y 0 x ea l l b a t t e r y d r i v e n t h eo u t p u t v o l t a g eo f ab a t t e r yw i l ld e c r e a s es h a r p l ya st i m ep a s s e s w j t ht h ed e v e l o p m e n to fv l s i t e c h n o l o g i e s ，m o l ea n dm o r et r a n s i s t o r sa n dc i r c u i t r yc a l l b ei n t e g r a t e di nac h i p ，w h i l e d i f f e r e n tc i r c u i t r yn e e d sd i f f e r e n tp o w e rs u p p l ya n ds p e c i a lp e r f o r m a n c eo f p o w e rs u p p l y i n a d d i t i o n ，t h em o b i l e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t w i l lb u r n u p u n d e rs o m eu n e x p e c t e d c o n d i t i o n s ，f o re x a m p l e ，t h eu s e rm a k e sas h o r tc i r c u i tc a r e l e s s l y ，o rc o n n e c t st h eb a t t e r y w i t hi n c o r r e c t l yp o l a r i t y t h u sw es h o u l dp r o v i d et h es t a b l e ，s p e c i a la n dw e l lp r o t e c t e d v o l t a g et ot h es y s t e m t om a k et h ee q u i p m e n tw o r kn o r m a l l y s ot h e r es h o u l d b ea ne x t r a c i r c u i t r yt os u p p l yp o w e r f o rt h es y s t e m ， t h i sp a p e rp r e s e n t sa p r a c t i c a ld e s i g no fv o l t a g er e g u l a t o ra c c o r d i n gt ot h en e e do f t h e a p p l i c a t i o n t h e s c h e m a t i c si n c l u d e sf o u rp a r t s ：b a n d g a pr e f e r e n c e v o l t a g e a n d r e f e r e n c ec m t e n t ，2 7 va n d1 8 vr e g u l a t o r ，o v e r l o a dp r o t e c t i o n ，l o w b a t t e r yd e t e c t i o n ( l b d ) 弛ed e s i g no fb a n d g a p ，s e e k sa t r a d e o f fb e t w e e nt h eo u t p u t v o l t a g ec h a n g ed u e t o t e m p e r a t u r ec h a n g e ( - 4 0 0 c 8 0 0 c 、a n do u t p u tv o l t a g ec h a n g e d u et o s u p p l y v a r i a t i o n ( 2 9 v - 5 v ) ，a n dg e n e r a t e s a l l o u t p u tt h a t i ss t a b l ew i t hl e s st h a n1m vo f v a r i a t i o n ；u s i n gt h et u n a b l er e s i s t o r s ，w ec a ns t a b i l i z et h ec h a n g eo fb a n d g a po u t p u t v o l t a g er e s u l t i n gf r o mp r o c e s sf l u c t u a t i o ne f f e c t i v e l y 2 7v o l tv o l t a g er e g u l a t o ru s eh i g h l y e f f i c i e n tv o l t a g ep u m p ，a n dm i n i m i z e st h ed r o p o u tv o l t a g e ，a c h i e v e sab a l a n c ea m o n g s t a b l e t i m e ，r i p p l e ，p o w e rc o n s u m p t i o na n dt h ea r e a t h ec i r c u i t sn e e d 6 d t h i s p a p e r d e s i g n sa no v e r l o a dp r o t e c t i o nc i r c u i t sa sw e l l ，i tw i l lw o r ka u t o m a t i c a l l yw h e nt h e r ei sa o v e r - l o a d ，a n dt h i sc a r l p r o t e c tt h es y s t e mf r o mp o t e n t i a ld a m a g e s ap r o g r a m m a b l el o w b a t t e r yd e t e c t i o nc i r c u i t s i s d e s i g n e da l s o i t c a l ld e c i d ew h i c hv o l t a g ei st h el o w e s t v o l t a g et h es y s t e ma l l o w e dv i am c up r o g r a m i ti sc o n v e n i e n ta n df l e x i b l ea n dc a r l e f f e c t i v e l yp r e v e n tt h el o wv o l t a g ed a m a g et ot h es y s t e m t h ew h o l es y s t e mu s e s01s u m p r o c e s so fs m i c ( s e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r eo fi n t e r n a t i o n a lc o r p o r a t i o n ) s i m u l a t i o n i n d i c a t e st h ew h o l es 3 ，s t e m p e r f o r m a n c ei s f i n e i tc a r l f u l l ) , r l q e e t st h er c q - u i r e n 3 e n t so r d e s i r e ds y s t e m ， k e y w o r d s ：v o l t a g er e g u l a t o r b a n d g a p r e f e r e n c eo v e r l o a dp r o t e c t i o n v o l t a g ep u m p t t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：1 l 车捌嗽 日期： 2 ，童 年f 月，o 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数掘 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫摇等复制手段保存和汇编本学磕论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密日。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名；豫b i 嘎 日期：2 年j , e ll 同 指导教师签名：嘲圬 r 期：细中年月砷日 l 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 1 绪论 随着超大规模集成电路的发展，晶体管的尺寸可以做得越来越小，因而人们可以 在一块晶片上集成更多的晶体管。英特尔公司创始人戈登摩尔早在3 7 年前提出的 “摩尔定律”，成为指导全球信息产业发展的金科玉律。“摩尔定律”的内容是： 处理器( c p u ) 的功能和复杂性每年( 其后期减慢为1 8 个月) 会增加一倍，而成本却成 比例地递减。其定律得到了实际的验证，如图i 一1 所示。 重托童n s i $ t o t s 0 图1 】摩尔定律 。 晶体管尺寸变小，芯片可以做得更小，功耗也可以降低，速度会加快，同时也可 在芯片上集成更多的晶体管。更多的晶体管可以实现更丰富的功能，随之带动了便 携式消费电子类的蓬勃发展。 据统计，2 0 0 3 年中国手机市场实现销售量7 3 7 8 6 万部，比2 0 0 2 年增长18 】； 市场销售额为1 1 8 9 9 亿元，比2 0 0 2 年增长1 0 4 。其中彩屏手机的销量达到2 4 4 9 6 3 万部，占据手机市场3 3 2 的份额。同时具有拍照、m m s 和p d a 等升级功能的产 品销量也在不断的上升。2 0 0 3 年中固数码相机市场实现销售量1 3 54 月台，销售额 2 9 3 亿元人民币，分别同比增长1 3 9 2 和6 i 4 ；数码摄像机市场实现销售总量5 5 6 万台，销售额3 1 4 亿元，同比增长1 9 7 3 和1 2 5 9 ；m p 3 播放器市场实现销量1 7 7 - 3 1 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = 一 万台，销售额1 5 5 5 亿元，同比增长2 3 5 8 和1 3 0 4 ；p d a 市场实现销量2 1 8 4 8 万台，销售额5 8 5 6 亿元，同比增长2 2 3 和9 0 4 。预计这些消费电子类产品销量 还会继续增加，功能还会进一步完善。同时，新的消费类电子产品层出不穷，满足 人们同益增长的需要。 。 这一切，得益于超大规模集成电路的飞速发展。可是，晶体管数量的增加，块 芯片上消耗的功率也会大为增加。而便携式电子设备，大多是由电池驱动的，电池 的能量是有限的：为了降低功耗，增加设备的使用时间，人们在减小晶体管尺寸的 时候，也同时降低了芯片的核心电压。如c p u ，从最初的5 v 电压，逐渐降低到3 3 v ， 2 5 v ，1 8 v ，1 3 v 甚至更低。但是，其接口电压必须保持不变( 至少在一段时间之 内) ，因为芯片在升级换代的过程中，必须与上一代相兼容，如图1 2 所示。这就 表明，我们要根据特定的需要，定制所需的各种电压。 当然，人们可以外接稳压芯片，以达到稳压的目的。但是，外接的稳压芯片， 不仅使p c b 板设计更加复杂，而且占用一定的面积和体积。这对于便携式设备，对 面积和体积有较为严格要求的设备来说，显然不太合适。 同时，芯片内部可能有特别的单元，需要多种特定要求的电压，比如某p l l 部 分，需要1 8 v 纹波小于1 0 u v 的电压，而。a d c 部分，需要3 3 v 电压。因此，我们 必须根据实际需要，定制所要求的电压源，以满足实际应用中的需要。外接芯片在 灵活性上不能满足要求。 另外，对于应用越来越广泛的便携式电子设备，如手机，p d a ，m p 3 播放机等， 大多是由电池驱动，电池随着使用的时间加长，电压会显著降低。为了保证芯片各 个模块能够在电池低电压的时候还能正常工作，并充分利用电池提供的电能，必须 加以适当的电压调整电路，使低电压的时候系统依然能够工作( 只要电池电压高于 一个系统设定的最低电压) 。 。 根据以上的需要，本文提出了一种电压调整器的设计。用一个单独的电路单元， 去实现上述所需的功能。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 课题研究的现状 图t 一2 芯片电压分布图 电压调整器是常用的电路单元。随着超大规模集成电路的发展，采用分立的元 件实现的小功率电压调整器逐渐被集成电路单元所取代。用集成电路单元实现，比 较灵活，能够定制所需的各种电压，并且可以使用集成电路内部的m c u 调节相关性 能。电压调整器的设计有如下趋势：( 1 ) 从双极型工艺逐渐转换到c m o s 工艺。早 期，人们常常基于双极型工艺实现电压调整 s o l 4 1 】 4 2 】，主要由于那时双极型工艺比 c m o s 工艺成熟。今天，c m o s 工艺是集成电路设计的主流和趋势，大多数电路逐 渐过渡到c m o s 工艺。( 2 ) 低压降( l o wd r o p - - o u t ) 电压凋整器。剥于在芯片 内部实现的电压调整器，大多采用调节栅极电压的方法束实现。在进行电压调整的 时候，人们总是希望消耗在m o s 晶体管上的压降尽量的低。m o s 晶体管上电压降 越低，则表明电源利用率越高。文献 1 8 采用了调节p m o s 晶体管栅极电压的办法 来实现。对于电源电压为3 v 左右的系统，采用p m o s 后无需电压泵。但是p m o s 的驱动能力比n m o s 差，要输出同等的电流p m o s 需要比n m o s 大3 倍左右。为 了降低功耗晶体管必须做得很大，因此，p m o s 晶体管占用太大的面积。如果使用 n m o s ，则需要高的栅极电压【l ”j 。( 3 ) 快速u 向应电压调整器。电压调丝器应该能够 快速响应输出电压的变化，进行及时的调整。电压调整器的高速响应特性，对于存 储器等高速电路很重要。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 本章小结 本章是论文的引言。第一节主要介绍了超大规模集成电路发展的趋势，以及该 趋势所造就便携式消费电子类的巨大市场空间。随后，提出了超大规模集成电路发 展带来的功耗和电源电压方面的挑战。第二节就电压调整器的研究现状进行了分析。 一一 4 华中科技大学硕士学位论文 一；= = = = = = _ = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = z 2 = = 2 1 电压调整器的原理 2电压调整器的原理 电压调整器就是一种电压调整电路，用于将输入电压转换成规定的稳定的直流 电压，它属于能量转换器件。 采用d c d c 变换，可以进行直流电压变换的【3 0 】【3 l 】 3 2 3 3 i 【3 4 1 。 j 十 了i1 i 2 v s ( t ) 一j l 只j 一。t in n p u t s w i t c hn e t w o r k l o w - p a s sf i l t e r d c o u t p u t ( a ) v s ( t ) s w i t c h p o s i t i o n ： 1 ： 2 1 ( b i 图2 一ld c d c 变换原理 图2 1 ( a ) 是d c d c 转换器的原理图。它由开关，电感，电容组成。图2 1 ( b ) 是其输入输出波形。d c d c 变换能提供较大功率，功率可以达到数百瓦或者 更高，输入电压可以高达2 0 0 v 以上，并且效率可以达到9 0 。这种电压转换器在电 源设备，办公设备中应用广泛。但是，对于我们这样的系统，输入电压为2 9 v - 5 v ， 输出电压为：7 v 或者更低，功率为数瓦级的芯片内部应用，显然不合适。 司岫，在 集成电路内部设计大的电感不易也没有这个必要。 为此，我们采用图2 - - 2 所示的电路结构。v b 是带隙参考提供的基准电压。若 v o u t 偏低，低于所需要的电压，则v r e f 也呈比例偏低，v b - - v r e f 之差变大，v a m p o u t 华中科技大学硕士学位论文 变大，于是，m o 的v g s 增加，v o u t 增加，v r e f 增加。整个电路采用电压串连负反 馈的形式，稳定输出电压。 图2 - - 2 电压调整器原理 电路稳定后，假设放大器的增益为无穷大，于是， v o u t = w e f ( 1 + 号 又蹄矿z v b 所以 ( 2 1 ) ( 2 2 ) v o u t = v 6 ( 1 + 习r 1 ( 2 - - 3 ) 当v c c 比v o u t 高得多的时候，用上面的原理是完全可以实现的。可是如果电源 电压降低，当放大器的输出电压太低，不足以驱动晶体管m o 导通，必须采用电压 泵升压才能够实现。详情见3 1 节。 图2 - - 3 是本电压调整器的系统全图。 6 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = 目= = = = ；= = ；= = = = = = = = g 一 厂一一，一一一一一一一 图2 3 系统全图 本系统包括四个部分：( 1 ) 低电压保护电路( l b d ) ，用于检测电池电压。检测 的最低电池电压范围为2 ，8 v - 3 6 v 。它由m c u 进行编程决定，选择2 8 v - 36 v 之间 的某一电压值，当电池电压低于此值，输出低电压保护信号，关闭系统的某些模块 或者通知m c u 进行处理。( 2 ) 带隙参考电路和镜像电流模块( b a n d g a pa n d m i r r o r c u r r e n t ) 。此模块包括带隙参考电路，缓冲电路和电流源电路。其中， 带隙参考电路产生高精度的参考电压。缓冲模块则将产生的参考电压进行转换，转 换成1 2 v 的电压输出，并且将输入输出进行隔离，防止输出电压的纹波对输入端产 生干扰。同时也可增加驱动，减小输出电压稳定时间。】2 v 电压提供给很多的电路 单元，为了在启动的时候尽快达到稳定，增加输出信号的驱动能力是必须的。( 3 ) 过流保护模块( p r o t e c t ) 。此模块的作用是，检测2 7 v 电源电压是否达到稳定， 如果达到稳定，并且有过流发生，则输出保护信号，强制系统关闭。( 4 ) 27 v 和1 8 v 电压调整电路( r e g u l a t o r ) ，产生一组2 7 v ，1 8 0 m a ，组27 v ，l o o m a ，和两 绢1 8 v5 0 m a 的电压输出，供给系统。 2 2 电压调整器的特征 本文实现的电压调整器具有如下特征 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 稳定的电压输出。27 v 电压误差小于1 0 m v , 1 8 v 电压，纹波小于l o u v 。 ( 2 ) 宽广的电压输入范围。输入电压的变化范围为29 v - 5 v ( 3 ) 有效抑制温度对电压输出的影响。其中b a n d g a p 精度为8 5 3 p p m v 。c ( 绝对 误差小于l m v 。电压2 9 v - - 5 v 变化时电压误差也小于】m y ) 。 ( 4 ) 有过流保护电路以及电压检测电路 ( 5 ) 功耗控制电路，有效减小功耗 ( 6 ) s m i c ( s e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r ei n t e r n a t i o n a lc o r p o r a t i o n ) 0i 8 u mc m o s 工艺实现。 2 3 本章小结 本章首先给定了电压调整器的定义，然后给出了进行电压转换的方法，包括 d c d c 变换和本文的直接用调节m o s 晶体管栅极电压两种方法，并详细说明了后 一种的实现原理。同时，本章还给出了电压调整器系统总体结构框图和组成模块， 以及系统的特征。 一一 8 华中科技大学硕士学位论文 3 带隙参考电路设计 模拟电路系统，广泛使用到参考电压和电流源。这种参考电压和电流源必须与 电源电压，温度以及工艺参数相独立。本文所描述的电压调整器多处需要与一个参 考电压进行比较，如判断电压是否过低，是否允许保护等等。同时，运算放大器单 元大多需要电流源和参考电压。因此必须设计一个参考电压和电流源。本章讨论带 隙参考的原理与电路实现。 3 1 带隙参考电路的理论分析 带隙参考电路的实现形式多种多样。按照工艺分，主要有b i p o l a r 工艺实现的带 隙参考【1 3 】 1 4 】，以及c m o s 工艺实现的带隙参考6 【7 】f 8 j 1 9 】【1 0 1 1 1 】f 。c m o s 模拟电路设 计是当今模拟电路设计的主流，本文仅仅讨论c m o s 工艺实现的带隙参考。对于 c m o s 工艺，带隙参考般由两个p n p 管，一个放大器和几个电阻组成。下图是带 隙参考电路的模型。 ou t 【口1 d 口 图3 1 带隙参考模型 首先，如图3 一l 所示，令r 1 = r 2 ，假定运算放大器的两个输入端的电压近似相 等( 否则，运算放大器将产生一个大的输出，调节使之近似相等) 。考虑到运算放大器 的o f f s e t 电压，可得 华中科技大学硕士学位论文 ，吨，+ 竖竽堕( r 1 + r 0 ) ( 3 - - i ) 其中，v o s 是运算放大器的o f f s e t 电压，如图3 1 所示。 b e 又i c = l s e k t 7 9 【4 】 ( 3 2 ) 且厶= ”e x p 等嘲。 ( 3 3 ) 3 k 1 7 、“ 等= v b f - ( 3 + m 广) v r - e g q - 1 驯丁( 3 - - 4 ) ( 3 4 ) 式是仿真后得出的结果。v b e 近似为一条直线( 温度扫描) 。 由( 3 2 ) 式可得，。= ( k t q ) l n ( i c s ) 所以o 一e i = ( k t q ) i n n l o 一( k t q ) l n ( 1 0 ) = ( k t q ) l n n 所以( 3 1 ) 式可以写成 。 ，= i + ( 1 + 面r 1 ) 【( 七r g ) h a n + 嘲 ( 3 4 ) v o s 相对于( k t q ) l n n 甚小，若忽略不计，则 。= i + ( 1 + 面r 1 ) ( k t q ) l m ( 3 5 ) 显然，( 1 + 面r 1 ) ( k t q ) l n n 表现为一个正的温度系数。调节n 和r l ，使输出 6 。v 万h g o u t = 。，可以得到。温度系数，也就是得到一个温度独立的电压。 使用双极型晶体管p n p 的基射极电压和与绝对温度成比例的电压( p t a t ) ，可 以有效地补偿一阶线性电压 2 l 。温度系数一般可以做到2 0 5 0 p p m v 。c 。如图3 2 所示。 一 1 0 7 口v t ) e 一 广哕7 一 、，。 ；2：卜m 2 叫 。 罴装 嘉佩 勘一一一一一 黝一愀驯 一| 蚕 一一一一 一怖 华中科技大学硕士学位论文 一心n 。 图3 7 等效电阻曲线 采用n 管和p 管并联后，可以有效地减小输出电阻受输入电压的变化。如图3 7 所示，当输入电压变化的时候，凡。接近一条水平的直线。 当e l k 为高电平的时候，p m 3 栅极为高电压，n m 3 栅极为低电压，它们没有导 通，b f 间的电阻理论上为无穷大。因此，可以通过c l k 来控制这个支路是否导通。 此电路主要控制电阻的接入。详情见下文。 3 2 4 可调电阻电路 图3 8 是可调电阻的原理图。 此电路的主要作用就是调整电阻的大小。因为c m o s 工艺，电阻的误差最大可 以达到2 0 ，匹配误差为0 4 口1 。详细情况见下表 c o m p o n e n tr a n g eo f v a l u e m a t c h i n gt e m p e r a t u r ev o l t a g e t y p e a c c l l r a c vc o e f f i c i e n tc o e m c i e n t m o s c a p a c i t o r 2 2 2 7 f f u m 200 5 5 0 p p m o c5 0 p p m v p o l y p o l yc a p a c i t o r o 8 1 o f f u m 0 0 5 5 0 p p m o c5 0 p p m v m 1 一p o l yc a p a c i t o r o 0 2 1 0 0 2 5 f f u m 21 5 i m 2 - m1 c a p a c i t o r 0 ，0 2 1 0 0 2 5 f f u m 21 5 i m 3 一m 2c a p a c i t o ro 0 2 1 0 0 2 5 f f u m 21 5 p + d i f l u s e dr e s i s t o r 8 0 - 1 5 0 0 1 15 0 0 p p m 。c 2 0 p p m v n + d i f l u s e dr e s i s t o r8 0 15 0 h a 15 0 0 p p m o c 2 0 0 p p m v p o l yr e s i s t o r 8 0 - 15 0 r i m15 0 0 p p m o c 10 0 p p m v n w e l lr e s i s t o r 8 0 1 5 0 n 【1 8 0 0 p p m o c 1 0 k p p m v 华中科技大学硕士学位论文 不同的工艺，上述参数略有差别。 为了得到精确的参考电压，于是设计了图3 8 所示的电阻调整电路( o nd i e t u n i n g ) 。调整电阻的大小和连接方式如图3 1 0 所示。电路原理简单，主要是通过 d 7 d 0 来控制电阻的接入，达到电阻调整的原理。最小调整电阻阻值为1 0 0q 。d o - - d 7 导通，分别接入5 k q ，2 k q ，2 k q ，l k q ，5 0 0 q ，2 0 0 q ，2 0 0 q ，1 0 0 q 的电 阻。为了保证电阻能在正负范围内调节，在缺省条件下，接入的电阻应该为7 9 k q ， 所以缺省条 牛下，d 6 d 5 d 4 = v c c ，d 7 d 3 d 2 d 1 d 0 = v s s ，或者d 7 = v c c ，d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d i d 0 = v s s 。开关用传输门代替。传输门也有内阻，根据式3 8 很容易计算出导通 电阻的大小。采用图3 6 所示的宽长比，导通电阻约为5 0 0 。此电阻会引起误差， 但是相对于可调电阻，此值可以忽略。另外，旦做成芯片，还是有一个根据实际 测试的电压特性调节电阻的过程。因此导通电阻对系统影响可以忽略不计。 图3 8 电阻调整电路 华中科技大学硕士学位论文 y ，、i 1 z le 、 j ? ； l ， i 、1 r、 、 “ 巴 7 j h 。：二2o 一一1 1 。 上-一_ 一 - 0 一- 0 一一 图3 9 电阻模块图 图3 1 0 电阻电路的连接方式示意图 1 7 华中科技大学硕士学位论文 3 3 参考电流源和参考电压源电路 由图3 - 4 电路，可以得到1 1 5 9 v 的高精度参考电压。此电压很精确但是使用起来 不方便，给设计比较器和电阻带来麻烦。另外，此参考电压提供给多处电路使用。 因此，为了减小其他电路对带隙参考电路的影响，需要采用跟随电路将其转换，增 加其驱动能力。转换电路见 图3 1 1 1 2 v 参考电源原理图 图3 1 1 采用电压负反馈，以稳定输出电压。实际上3 1 1 也相当于个改进的 电压跟随器。i n 为输) k v b g o u t 是带隙参考电压，非常稳定，所以，反馈回来的电压 v i n 也会跟随输入，也是非常稳定。输出v 1 2 0 与v i n 呈比例，所以得到了稳定的1 2 v 电压。 1 2 v 电压的输出点v 1 2 0 必须接个大的电容，以消除纹波。如图3 1 2 所示。 为了增加驱动，并且进行电压转换，才采用了3 1 1 的电路。实际上，v 1 2 0 与众彩 的电路单元相连接，如图3 1 2 所示，c l 是滤波电容，c 。是放大器的输出电容。 v 1 2 0 c l 图3 1 2 1 2 v 参考电压输出模型 1 8 华中科技大学硕士学位论文 三苎篁= = = = = 暑军= = 盎= = = 皇= = 墨墨= 皇= = = ；= = = = = = 2 = = = = = = ：= = 当m 1 的源极和漏极电压突然发生变化的时候，将在c g d l 和c g s l 上累积c g d l v g d - t - c g s l v g s 的电荷。这些电荷在输出电容上重新分配，引起输出电压的瞬时 变化，产生纹波。特别是当系统中的某处使用到数字h , 辑o e 信号，纹波尤其严重。纹 波将直接导致l8 v 稳压电路( 见4 2 节) 的输出纹波过大。解决的办法就是在l 。2 v 参考电压的输出端加入一个大的滤波电容，用大的电容去吸收其它电容泄放的电荷。 此电容很大，约为1 0 n f ，如果做在芯片内部，将占用很大的面积( 2 5 u 2 5 u 的面积 的电容仅仅为6 1 6 f f ) ，只能采用外接。 另外，诸多模块使用到了参考电流源。因此，我们可以考虑将此电压进行转化， 形成所需要的各种电压，由此形成电流源。电流源不需要象电压源一样的精确度， 是因为电流的误差对系统的影响很小。由于电路大多采用差分电路，并且在要求共 模稳定的场合采用了共模反馈，所以电流源的微小波动对电路的影响可以忽略。下 图是参考电流源的产生电路。 j壹鼍专球i 互一 暑i 、，“r 、_ 毛 一掌j ： 一 。o ，f ； 。i “、j “j - 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