帶隙基準設(shè)計

1、帶隙基準參數(shù)設(shè)計R*咔H沖4基準源核心電路參數(shù)設(shè)計首先，考慮兩個三極管發(fā)射極面積之比N的選取。由上述公式可知：N值越大，則R2/R3的比例就越小，從而可以減小電阻的版圖面積。 但是N值越大，也會導(dǎo)致三極管的靜態(tài)電流增大。折中選取N=8，這樣版圖可以采用中心 對稱布局，有利于減少匹配誤差。假設(shè)選取的工藝下的三極管的電流大于1uA時，VBE的輸出曲線較為平滑。從節(jié)省功耗 的角度，假定流過三極管集電極的電流為1uA。由上述公式可知，當N=8、IR3=1uA、T=300K時，計算得:考慮到R1和R2的數(shù)值數(shù)倍于R3,則電阻值太大，消耗版圖面積太大。因此，作為折 中，選取R3為10K，電流值為5uA左右

2、。確定了以上參數(shù)后，考慮一階補償時R2的取值。對上述公式在T0處求導(dǎo)可得:令上式為零，即進行一階補償，可得:化簡得:代入?yún)?shù)，Vgo=1.205V，查圖可知VeBi在5uA的偏執(zhí)電流下約為716mV, 300K溫度下 VT0=26mV，r=3.2，a=1 （三極管的偏置電流為PTAT），N=8，計算得：為了產(chǎn)生600mV的輸出電壓，需要調(diào)整R4的值。%號女一1+%由上式可以推出：, % I t %在T=300K條件下代入各值，求得R4=48.5K?？紤]到各個電阻阻值偏大，故將各電阻設(shè)為 高阻多晶型。然而，高阻多晶雖然有很高的方阻，但是工藝穩(wěn)定性不太好，故后期的Trimming 工序是必不可少的

3、。最后，確定電流鏡的尺寸。采用適當偏小的寬長比，可以提高電流鏡的過驅(qū)動電壓，進 而可以減小電流鏡閾值電壓失配所帶來的影響。另外，溝道長度調(diào)制效應(yīng)也是一個重要影響 因素，考慮到低壓應(yīng)用不能使用Cascode結(jié)構(gòu)，可以增大器件的柵長來減小溝道長度調(diào)制效 應(yīng)的影響。但是過大的溝道長度會導(dǎo)致版圖的面積的增加，需要在性能和版圖面積之間做出 折中。經(jīng)過計算與迭代仿真，選取MM2和M3的寬長比為10um/1um。注意電流鏡的版 圖設(shè)計中需采用中心對稱布局以減小誤差。綜上，通過理論分析，確定帶隙核心電路的器件參數(shù)為：mgH 邸dyLOS 心，HRpdy IRjlOkn, HRpCC，則可以得到：6,（心礎(chǔ)廣要

4、使電路的建立時間與穩(wěn)定性達到較好的折中，取相位裕度為60，則此時有:最后仿真結(jié)果：低頻增益為89dB，相位裕度為52，增益帶寬積為20MHz。啟動電路設(shè)計圖中重點標明了 A、B、C三個關(guān)鍵電路節(jié)點。 可以看出，IM1與C點電壓的關(guān)系可以表示為:房傍血-匕卜憐|了并且對于電流鏡M1和M2,忽略溝道長度調(diào)制效應(yīng)，有:結(jié)合上面兩個約束條件，可以得到下圖:圖中有兩個穩(wěn)定點，電路在這兩個點上都可以穩(wěn)定。假定電路上電后，由于失調(diào)電壓的 存在，導(dǎo)致運放的輸出偏高而不足以開啟PMOS管，則帶隙基準電路中不會有電流通過， 這樣輸出基準電壓則一直保持為0，電路始終維持在非期望工作點上。為了避免這一情況， 必須要加

5、入一個啟動電路使得電路上電后能迅速產(chǎn)生一個偏置電流把電路拉向期望工作點， 設(shè)計啟動電路有以下幾個要點：1、能快速產(chǎn)生偏置電流來啟動電路；2、主電路進入穩(wěn)定工作狀態(tài)后啟動電路能自動關(guān)閉；3、不影響基準電路的正常工作，不影響輸出基準電壓的精度。本文所采用的啟動電路設(shè)計引入了數(shù)字電路中反相器的思路，這種啟動電路的器件使用 少，功耗趨于0，并且適用于低壓工作。具體分析如下：如上圖，假定上電后電路工作在非期望工作點，則PNP三極管沒有電流通過，VEB接 近為0，電流鏡的柵極電壓接近Vdd，即VA約等于0，VC約等于VDD。此時M11和M12構(gòu) 成的反相器拉高m13的柵極電壓，m13導(dǎo)通并將c點電壓拉低。

6、如果c點電位小于vdd-vthp, 則此時PMOS電流鏡開始導(dǎo)通，為基準電路注入電流，直到電路達到期望穩(wěn)態(tài)點。A點電壓最終穩(wěn)定于500800mV區(qū)間（在-40 C120 C范圍內(nèi)），設(shè)置M12的寬長比 大于M11的寬長比，調(diào)整反相器的VTC曲線使得反相器具有較低的關(guān)斷電壓，從而在此時 關(guān)閉M13。電路穩(wěn)定工作后，該支路的電流僅由CMOS漏電流決定，功耗約為nW級。最終的電路低壓帶隙結(jié)構(gòu)低壓帶隙結(jié)構(gòu)適用于低壓帶隙的開啟電路設(shè)計目的：低壓帶隙電路上電時，可能進入兩個狀態(tài)，一是正常工作狀態(tài)，另一個狀態(tài)時 VP和VN為低電平，誤差放大器的輸入管關(guān)斷，VC為高電平，MP1、MP2、Mp3關(guān)斷，整體 電路停止工作。為了使低壓帶隙電路上電能進入正常工作狀態(tài)，所以需要開啟電路，并且啟 動電路使主電路開啟正常工作后，啟動電路需要斷開，不影響主電路工作。工作原理：啟動電路的作用是要確保電路上電后正常工作，整個電路停止工作時，V