cmos模拟集成电路设计-ch11带隙基准up课件

1、CMOS模拟集成电路设计带隙基准第1页，共17页。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Gm偏置8/16/20222带隙基准第2页，共17页。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Gm特性与温度无关8/16/20223概述第3页，共17页。2、与电源无关的偏置电流镜与电源有关电阻IREF？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：RS忽略沟道长度调制效应，8/16/20224与电源无关的偏置第4页，共17页。忽略体效应，则VGS1VGS2

2、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。8/16/20225与电源无关的偏置第5页，共17页。“简并”偏置点电路可以稳定在两种不同的工作状态的一种。Iout0电路允许Iout=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：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD8/16/20226与电源无关的偏置第6页，共17页。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VBE的温度系数（假设

3、IC不变），则，例，VBE750mV，T=300K时，VBE/ T -1.5mV/Km-3/2， VT=kT/q，硅带隙能量Eg 1.12eV8/16/20227与温度无关的基准第7页，共17页。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nI0和I0，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)8/16/20228与温度无关的基准第8页，共17页。3.3 带隙基准室温下，1？ 2lnn？令

4、11，则 2lnn17.2，则得到零温度系数基准?VO2=VBE2+VTlnn见右图，强制VO1=VO2,8/16/20229与温度无关的基准第9页，共17页。3.3 带隙基准（续）采用运算放大器，使X点和Y点近似相等。IC2IC28/16/202210与温度无关的基准第10页，共17页。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。8/16/202211与温度无关的基准第11页，共17页。3.3 带隙基准（续）讨论（续）运放的失调不接地，工艺不兼容8/16/202212与温度无关的基准第12页，共17页。3.3 带隙基准（续）讨论（续）

5、反馈负反馈系数正反馈系数正反馈应小于负反馈8/16/202213与温度无关的基准第13页，共17页。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8/16/202214与温度无关的基准第14页，共17页。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ID1=ID2，必须VX=VY,因此此电路可以改为产生带隙基准电压的电路，8/16/202215PTAT电流的产生第15页，共17页。5、恒定Gm偏置与电源无关的偏置电路是确定跨导的简单电路=(CSfCK)-1因此，采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。8/16/202216电流镜第16页，共17页。小结与电源无关的偏置自举互相复制与温度无关