带隙基准电压源BandGap的调节与理论分析

BandGap电路调试总结现在是1页\一共有21页\编辑于星期日目录1.BandGap工作原理2.静态工作点的调试3.BandGap电路仿真4.电路仿真结果分析现在是2页\一共有21页\编辑于星期日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。现在是3页\一共有21页\编辑于星期日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。现在是4页\一共有21页\编辑于星期日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。现在是5页\一共有21页\编辑于星期日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：现在是6页\一共有21页\编辑于星期日BandGap电路原理图现在是7页\一共有21页\编辑于星期日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。现在是8页\一共有21页\编辑于星期日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，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。现在是9页\一共有21页\编辑于星期日BandGap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。现在是10页\一共有21页\编辑于星期日2.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。现在是11页\一共有21页\编辑于星期日3.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。现在是12页\一共有21页\编辑于星期日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。现在是13页\一共有21页\编辑于星期日3.3V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现在是14页\一共有21页\编辑于星期日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仿真。可以看出，输出电压为1.235V到1.265V之间，温漂系数为现在是15页\一共有21页\编辑于星期日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，温漂系数为现在是16页\一共有21页\编辑于星期日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，温漂系数为现在是17页\一共有21页\编辑于星期日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，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，温漂系数为现在是18页\一共有21页\编辑于星期日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，温漂系数为现在是19页\一共有21页\编辑于星期日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）现在是20页\一共有21页\编辑于星期日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，fs）