bandgap帶隙circuit專題知識講座

1、bandgap帶隙circuit專題知識講座bandgap帶隙circuit專題知識講座第1頁電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)作用； 電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇；與溫度無關(guān)電壓基準(zhǔn)bandgap；實(shí)際bandgap電路設(shè)計；實(shí)際bandgap電路仿真；電流基準(zhǔn)設(shè)計：PTAT電流/與溫度無關(guān)電流；補(bǔ)充內(nèi)容：閉環(huán)電路穩(wěn)定性判據(jù)；課后練習(xí)要求。Outlinebandgap參考電壓源電路設(shè)計與仿真bandgap帶隙circuit專題知識講座第2頁電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)作用模擬電路設(shè)計中須廣泛應(yīng)用到電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)，它們是直流量，為關(guān)鍵電路提供偏置，建立直流工作點(diǎn)；普通來說，從芯片外部引入供電電壓都存在著一定波動，而模擬電路對偏

2、置電壓穩(wěn)定性要求較高，所以普通會使用一個參考電壓源，它將電源電壓轉(zhuǎn)化為一個含有良好電壓穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性電壓，以提供良好偏置。同時大個別電路也需要一個參考電流源以提供偏置，常見有不隨溫度改變電流和與溫度成正比電流；bandgap帶隙circuit專題知識講座第3頁電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)作用常見基準(zhǔn)有： 與溫度無關(guān)基準(zhǔn)電壓； 與溫度成正比電流（PTAT電流）； 與溫度無關(guān)電流.bandgap帶隙circuit專題知識講座第4頁電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇靈敏度S ：靈敏度用于衡量參考電壓源穩(wěn)壓特征，靈敏度越低參考電壓源穩(wěn)壓特征越好。動態(tài)電阻：對于一個二端元件，當(dāng)其端電壓改變時，端電壓微小增量與端電流微小增量比值

3、。動態(tài)電阻等于IV曲線上參考點(diǎn)處曲線斜率倒數(shù)。介紹兩個概念r=bandgap帶隙circuit專題知識講座第5頁電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇對一個普通分壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，R1、R2為阻性元件。假定電源電壓改變了 ,因?yàn)镽1和R2串聯(lián)， 會以一定百分比分配在這兩個電阻上，而且二者電流改變量一致。bandgap帶隙circuit專題知識講座第6頁電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇這說明 在R1、R2上分配與R1、R2動態(tài)電阻成正比。假如咱們能讓R1動態(tài)電阻很小，R2動態(tài)電阻很大，則 大個別落在R2上，一小個別落在R1上， 對電源電壓靈敏度會大大降低，穩(wěn)壓性能就會得到很大提升。bandgap帶隙circuit專題知識講座第7頁電壓

4、基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇假如選擇R1、R2均為線性電阻，則它們動態(tài)電阻與靜態(tài)電阻相等。電源電壓改變量 將仍以原來靜態(tài)電阻分壓比分配給R1、R2，最終R1、R2 分壓比與電源電壓改變前相比沒有改變。所以 與電源電壓將等百分比改變，S=1，穩(wěn)壓效果不理想。bandgap帶隙circuit專題知識講座第8頁電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇在CMOS電路設(shè)計中，最自然考慮是用非線性電阻元件MOS二極管來替換電阻R1。 MOS二極管含有較小動態(tài)電阻。在W/L=2,R2=100K情況下，S經(jīng)典值為0.283。bandgap帶隙circuit專題知識講座第9頁電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)選擇在CMOS工藝當(dāng)中，咱們還能夠利用寄生縱向pnp三極管來形成

5、二極管，它比MOS二極管含有更小動態(tài)電阻。經(jīng)典值S=0.0362。此種結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓性能比很好，現(xiàn)階段咱們都采取此種結(jié)構(gòu)。bandgap帶隙circuit專題知識講座第10頁bandgap電路設(shè)計這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓性能雖好，不過它溫度特征依然沒有得到改進(jìn)。 含有負(fù)溫度系數(shù)，在室溫時大約是-2.2mV/。咱們能夠經(jīng)過賠償方法來改進(jìn)參考電壓源溫度特征。咱們期望結(jié)構(gòu)出含有正溫度系數(shù)KT項(xiàng)，其中K為正常數(shù)，T為熱力學(xué)溫標(biāo),使當(dāng)溫度改變時， 與KT含有相反改變趨勢，則能夠使 溫度特征得到賠償。bandgap帶隙circuit專題知識講座第11頁bandgap電路設(shè)計此結(jié)構(gòu)是在一個負(fù)反饋運(yùn)算放大器兩個輸入端各接一個穩(wěn)

6、壓電路。兩路穩(wěn)壓電路并聯(lián)。它們并聯(lián)總電壓作為咱們所要參考電壓，連接到運(yùn)放輸出端輸出。電源電壓包含在運(yùn)放里。下面分析一下它工作原理。bandgap帶隙circuit專題知識講座第12頁bandgap電路設(shè)計（VR3即是咱們要結(jié)構(gòu)KT項(xiàng)）k為波爾茲曼常數(shù)，q為電子電荷，T為絕對溫度,A為發(fā)射極面積。bandgap帶隙circuit專題知識講座第13頁bandgap電路設(shè)計將VR1帶入 VR3，得其中所以因?yàn)樗詁andgap帶隙circuit專題知識講座第14頁bandgap電路設(shè)計1.K必須獨(dú)立于溫度(用電阻之比)2.K必須獨(dú)立于電源電壓bandgap帶隙circuit專題知識講座第15頁KT項(xiàng)

7、其實(shí)是兩只穩(wěn)壓管be結(jié)電壓之差，這個電壓咱們是經(jīng)過負(fù)反饋運(yùn)放虛短用R1電阻取得。咱們又經(jīng)過負(fù)反饋?zhàn)饔檬沟肐1/I2固定于R2/R3，從而使得K值獨(dú)立于溫度和電源電壓。最終，經(jīng)過R1與R3電壓線性百分比關(guān)系得到在R3上溫度賠償電壓。bandgap電路設(shè)計bandgap帶隙circuit專題知識講座第16頁bandgap電路設(shè)計bandgap帶隙circuit專題知識講座第17頁bandgap電路設(shè)計bandgap帶隙circuit專題知識講座第18頁bandgap電路設(shè)計bandgap帶隙circuit專題知識講座第19頁bandgap電路設(shè)計bandgap帶隙circuit專題知識講座第20頁

8、bandgap電路仿真分析目標(biāo)：直流溫度掃描分析是為了分析參考電壓源溫度特征，即在掃描溫度范圍內(nèi)輸出參考電壓值隨溫度改變情況。測試激勵：固定供電電壓源1.8V，掃描溫度參數(shù)。掃描范圍（-40，120）。直流溫度掃描bandgap帶隙circuit專題知識講座第21頁bandgap電路仿真bandgap帶隙circuit專題知識講座第22頁bandgap電路仿真分析目標(biāo)：分析在工藝參數(shù)改變情況下，輸出參考電壓改變情況。測試激勵：corner分析，ff,ss,溫度掃描范圍（-40，120）。工藝角掃描bandgap帶隙circuit專題知識講座第23頁bandgap電路仿真分析目標(biāo)：直流電壓掃描分

9、析是考查在供電電源電壓值線性改變情況下，輸出參考電壓值改變情況。測試激勵：施加直流電壓線性掃描，供電電壓掃描范圍（1.6V，2V）。直流電壓掃描bandgap帶隙circuit專題知識講座第24頁bandgap電路仿真PTAT電流產(chǎn)生bandgap帶隙circuit專題知識講座第25頁 目標(biāo)：產(chǎn)生與溫度和電源都無關(guān)電壓基準(zhǔn)；產(chǎn)生與溫度無關(guān)電流基準(zhǔn)；bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第26頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第27頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第28頁bandgap電

10、路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第29頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第30頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第31頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階 其它結(jié)構(gòu)電壓基準(zhǔn)電路設(shè)計產(chǎn)生與溫度和電源無關(guān)電壓基準(zhǔn)；產(chǎn)生與溫度無關(guān)電流基準(zhǔn)；bandgap帶隙circuit專題知識講座第32頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第33頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第34頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講

11、座第35頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第36頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第37頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第38頁bandgap電路設(shè)計進(jìn)階bandgap帶隙circuit專題知識講座第39頁補(bǔ)充閉環(huán)電路穩(wěn)定性判據(jù)bandgap帶隙circuit專題知識講座第40頁補(bǔ)充Stability Analysis with Bode Plotsbandgap帶隙circuit專題知識講座第41頁ENDQ&Abandgap帶隙circuit專題知識講座第42頁課后練習(xí)要求：Bandgap2_2v調(diào)試，電路以下：bandgap帶隙circuit專題知識講座第43頁課后練習(xí)要求指標(biāo)要求：VREF直流范圍：0.7V0.9V;IREF直流范圍：10uA50uAVREF溫度系數(shù)：60degree gain margin10dBband