資源描述:
《帶隙基準(zhǔn)電壓源課件.ppt》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、提綱123意義原理實(shí)際架構(gòu)意義由于電壓基準(zhǔn)源的上述特性,其在集成電路的設(shè)計(jì)中扮演極其重要的作用。尤其各種DAC,ADC,傳感器芯片,檢測芯片,電源管理類等芯片中廣泛使用!電壓基準(zhǔn)源通常要求具有較高的精度和穩(wěn)定度:不隨電源電壓變化不隨溫度變化不隨半導(dǎo)體工藝變化而目前產(chǎn)業(yè)界用得最多的電壓基準(zhǔn)源就是帶隙基準(zhǔn)電壓源,幾乎在絕大多數(shù)的芯片都能看到帶隙基準(zhǔn)電壓源的身影!在模擬集成電路設(shè)計(jì)的三大教材中也專門對此進(jìn)行了講解說明:《CMOSAnalogCircuitDesign》第4章4.6節(jié)PhillipE.Allen《DesignofAnalog
2、CMOSIntegratedCircuits》第11章整章BehzadRazavi《AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuits》第4章4.4節(jié)PaulR.Gray原理半導(dǎo)體工藝中具有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)的兩種電壓:負(fù)溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓VBE正溫系數(shù)的熱電壓VT為了產(chǎn)生零溫度系數(shù)電壓基準(zhǔn)信號可將負(fù)溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓VBE和正溫度系數(shù)的熱電壓VT進(jìn)行組合即可實(shí)現(xiàn),這樣就會得到零溫度系數(shù)(ZTC:ZeroTemperatureCoefficient)帶隙電壓基準(zhǔn)源。那么我們首先來回顧一下上
3、面提到的兩種隨溫度變化的電壓:PN結(jié)結(jié)電壓熱電壓原理①負(fù)溫度系數(shù)PN結(jié)結(jié)電壓:IS是飽和電流,VT是熱電壓,IC是二極管正向電流或者雙極管的集電極電流Si的帶隙電壓1.12eV原理②正溫度系數(shù)熱電壓在1964年人們第一次認(rèn)識到兩個(gè)雙極晶體管工作在不相等的電流密度下時(shí),他們的基極發(fā)射極電壓的差值就與絕對溫度成正比,具體如下圖所示:如果兩個(gè)同樣的晶體管(IS1=IS2)的集電極電流分別為nI0和I0,同時(shí)忽略積極電流的影響,那么有:兩個(gè)VBE差值就表現(xiàn)出正溫度系數(shù):原理將與絕對溫度呈正比例變化的電壓VT和與絕對溫度呈反比例變化的電壓VB
4、E進(jìn)行線性組合從而產(chǎn)生帶隙電壓基準(zhǔn)源。因此令利用上面的正、負(fù)溫度系數(shù)電壓,我們可以設(shè)計(jì)出一個(gè)令人滿意的零溫度系數(shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源:原理室溫附近:要獲得零溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)源,那么:零溫度系數(shù)帶隙基準(zhǔn)電壓源:原理如何實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)電壓的相加?n確定后,可以推算出電阻R3和R2的比例和,從而根據(jù)電阻的方塊阻值以及電路對靜態(tài)電流的要求確定電阻的L/W比值。產(chǎn)業(yè)界設(shè)計(jì)時(shí)n通常取8實(shí)際架構(gòu)具有BJT管的工藝(Bipolar工藝,BiCMOS或者BCD工藝)ClassicalWidlarBandgapReference實(shí)際架構(gòu)BCD工藝:EUM61
5、02實(shí)際架構(gòu)BCD工藝:EUM6102實(shí)際架構(gòu)無BJT管的工藝:CMOS或者CDMOS由于CMOS和CDMOS工藝中沒有NPN和PNP器件,因此需要在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝中找到這種特性結(jié)構(gòu):實(shí)際架構(gòu)CMOS工藝:EUM6804實(shí)際架構(gòu)CMOS工藝:EUM6804實(shí)際架構(gòu)CDMOS工藝:EUM6861實(shí)際架構(gòu)CDMOS工藝:EUM6861實(shí)際架構(gòu)隨溫度的變化并不是簡單的一階變化,因此實(shí)際設(shè)計(jì)出來的電壓基準(zhǔn)源如右圖所示:因此前人基于PN結(jié)的高階溫度特性,在IEEE的期刊上發(fā)表了大量的溫度補(bǔ)償電路,用于補(bǔ)償PN結(jié)的高階溫度系數(shù),以進(jìn)一步降低
6、帶隙基準(zhǔn)電壓源隨溫度變化。1.Y.P.,Tsividis,“AccurateanalyzesoftemperatureeffectsinIC–VBEcharacteristicswithapplicationtobandgapreferencesources,”IEEEJ.SolidStateCircuits,vol.15,pp.1076–1084,Dec.1980.2.M.Gunawan,G.Meijer,J.FonderieandJ.Huijsing,“Acurvature-correctedlow-voltagebandgap
7、reference,”IEEEJ.Solid-StateCircuits,vol.28,pp.667–670,June1993.3.I.Lee,G.kimandW.Kim,“ExponentialCurvature-CompensatedBiCMOSBandgapReference,”IEEEJ.Solid-StateCircuits,vol.29,pp.1396–1403,Nov.19944.G.A.Rincon-MoraandP.E.Allen,“A1.1-VCurrent-ModeandPiecewise-LinearCurv
8、ature-CorrectedBandgapReference,”IEEEJ.Solid-StateCircuits,vol.33,pp.1551–1554,Oct.19985.P.Malcovati,F.Maloberti,C.Fi