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文档简介
1、2014.10.21BandGap电路调试总结目录1.BandGap工作原理2. 静态工作点的调试3.BandGap电路仿真4.电路仿真结果分析1.BandGap工作原理BandGap电路的设计目的:产生一个与电源和工艺无关,具有确定温度特性的直流电压或者电流。BandGap电路的主要设计任务:与电源无关的偏置;与温度关系变化的确定。带隙电压基准的基本原理:将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加,最终获得具有零温度系数的基准电压。负温度系数电压双极晶体管的基极-发射极或者说是pn结二极管具有负温度系数。当 =750mv,T=300 时, =-1.5 的温度系数与温度有关。TqEVmVTV
2、VkTETVmIITVTVgTBEBETgTSCTBE)4()4(ln2BEVK。TVBEKmV。BEV正温度系数电压若两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下,那么基极-发射极电压的差值就与绝对温度成正比。 的差值就表现出正温度系数。BEVnqkTVnVIIVInIVVVVBETSTSTBEBEBElnlnlnln201021零温度系数的基准电压利用双极晶体管的正,负温度系数电压,可设计出一个零温度系数的基准。令 =1, =-1.5 对上式两边分别对温度T求导,得到零温度系数的基准:)ln(nVVVTBEREFTVBEK。mV087.0TVTV25. 12 .172 .17lnTBEREFVV
3、VnBandGap电路原理图与电源无关的偏置电路 BandGap偏置电路主要通过改变电阻R1的值使得电流稳定在18uA左右,NM12采用二极管的连接方式得到一个对电源Vdd不敏感的偏置电流Iref,通过NM13的尺寸比例将Iref自举到Iout,使得Iref和Iout满足一定的比例关系并与Vdd的变化无关。 PM14,PM15与PM18,PM19启动后续整个电路。Cascode电路结构为保证NM20与NM21处的电压保持跟随,采用 Cascode结构使得Vo1与Vo2稳定在近似相等的电压,那么有:产生一个和绝对温度成正比的PTAT电流。这里的Cascode结构主要是近似为一个电路源使得流过Q4
4、,Q5这两条电路的电流相等使得Vo1与Vo2稳定在近似相等的电压,所以在调试cascode电路时要使输出电阻尽可能的大。1OV2OVnVVnVVVRIVRIVTBETBEBEBEBElnVln2O22121BandGap电压的产生产生的PTAT电流通过由PM23-PM26组成的电流镜电路复制到到基准电压输出端,可以得到:根据上式: 是正温度系数电压, 是负温度系数电压,通过调试R3与R2的比值,将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加,最终获得具有零温度系数的基准电压。32321)(BEBEBEREFVRRVVVBEV3BEV2.静态工作点的调试首先,确保部分管子工作在饱和区,不受电源电压
5、变化的影响。然后,寻找合适的双极晶体管比例,这里给出Q1,Q2,Q3,Q4,Q5为2:2:2:16:16。再次,寻找合适的电阻比例:因为n=8,可以求得出电阻比例。最后调试各条支路的管子使得电路工作在合适的电流。lnn17.22.17ln17.2lnnVlnn)(VVV2323323REFTBEREFRRnRRVRRVBEBE3.BandGap电路仿真首先:对调试好BandGap电路进行启动电路仿真:在输入端加上一个0.01us,3.3V的激励信号,对BandGap电路进行瞬态仿真,得到如图所示的曲线,表明BandGap电路顺利启动。DC仿真完成启动电路的仿真测试后,设置好DC仿真环境,温度扫
6、描在-40度到120度,电源电压为3.3V,以及restypical,captypical,diotypical,biotypical,tt的工艺模型下。完成DC直流仿真后,用计算器计算出BandG电路的温漂系数。6minmaxminmax10*)(TTVVVTmean3.3V时基准电压曲线如图所示为3.3V时,BandGap输出电压曲线,可以看到Vmax=1.251,Vmin=1.249.计算得出温漂系数为9.434不同电压的温度扫描图示为电源电压为3.0V,3.3V,3.6V, restypical,captypical,diotypical,biotypical,tt的工艺模型下的DC仿
7、真。可以看出,输出电压为1.235V到1.265V之间,温漂系数为不同电压的温度扫描图示为电源电压为3.0V,3.3V,3.6V, restypical,captypical,diotypical,biotypical,ff的工艺模型下的DC仿真。可以看出,输出电压为1.255V到1.275V之间,温漂系数为不同电压的温度扫描图示为电源电压为3.0V,3.3V,3.6V, restypical,captypical,diotypical,biotypical,ss的工艺模型下的DC仿真。可以看出,输出电压为1.225V到1.25V之间,温漂系数为不同电压的温度扫描图示为电源电压为3.0V,3.
8、3V,3.6V, restypical,captypical,diotypical,biotypical,sf的工艺模型下的DC仿真。可以看出,输出电压为1.24V到1.27V之间,温漂系数为不同电压的温度扫描图示为电源电压为3.0V,3.3V,3.6V, restypical,captypical,diotypical,biotypical,fs的工艺模型下的DC仿真。可以看出,输出电压为1.23V到1.26V之间,温漂系数为3.3V不同工艺角的扫描 图示为电源电压为3.3Vrestypical,captypical,diotypical,biotypical,(tt,ss,ff,sf,fs)的工艺模型下的DC仿真。可以看出,输出电压为1.235V到1.265V之间。温漂系数均小于20ppm,(ss情况下为26ppm)BandGap电路仿真结果分析从BandGap电路的仿真结果分析得出,电路在3.3V时候工作的比较稳定,输出的基准电压为1.235V到1.265V之间,温漂系数低于20ppm(但是ss情况下为26),当电源电压为3.0V或者3.6V时,在其他的不同工艺角(tt,ff,ss,sf,
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