帶隙基準電壓源BandGap的調節(jié)與理論

1、2014.10.21BandGap電路調試總結目錄1.BandGap工作原理2. 靜態(tài)工作點的調試3.BandGap電路仿真4.電路仿真結果分析1.BandGap工作原理BandGap電路的設計目的：產生一個與電源和工藝無關，具有確定溫度特性的直流電壓或者電流。BandGap電路的主要設計任務：與電源無關的偏置；與溫度關系變化的確定。帶隙電壓基準的基本原理：將兩個擁有相反溫度系數的電壓以合適的權重相加，最終獲得具有零溫度系數的基準電壓。負溫度系數電壓雙極晶體管的基極-發(fā)射極或者說是pn結二極管具有負溫度系數。當 =750mv，T=300 時， =-1.5 的溫度系數與溫度有關。TqEVmVTV

2、VkTETVmIITVTVgTBEBETgTSCTBE)4()4(ln2BEVK。TVBEKmV。BEV正溫度系數電壓若兩個雙極晶體管工作在不相等的電流密度下，那么基極-發(fā)射極電壓的差值就與絕對溫度成正比。 的差值就表現出正溫度系數。BEVnqkTVnVIIVInIVVVVBETSTSTBEBEBElnlnlnln201021零溫度系數的基準電壓利用雙極晶體管的正，負溫度系數電壓，可設計出一個零溫度系數的基準。令 =1， =-1.5 對上式兩邊分別對溫度T求導，得到零溫度系數的基準：)ln(nVVVTBEREFTVBEK。mV087.0TVTV25. 12 .172 .17lnTBEREFVV

3、VnBandGap電路原理圖與電源無關的偏置電路 BandGap偏置電路主要通過改變電阻R1的值使得電流穩(wěn)定在18uA左右，NM12采用二極管的連接方式得到一個對電源Vdd不敏感的偏置電流Iref，通過NM13的尺寸比例將Iref自舉到Iout，使得Iref和Iout滿足一定的比例關系并與Vdd的變化無關。 PM14，PM15與PM18，PM19啟動后續(xù)整個電路。Cascode電路結構為保證NM20與NM21處的電壓保持跟隨，采用 Cascode結構使得Vo1與Vo2穩(wěn)定在近似相等的電壓，那么有：產生一個和絕對溫度成正比的PTAT電流。這里的Cascode結構主要是近似為一個電路源使得流過Q4

4、，Q5這兩條電路的電流相等使得Vo1與Vo2穩(wěn)定在近似相等的電壓，所以在調試cascode電路時要使輸出電阻盡可能的大。1OV2OVnVVnVVVRIVRIVTBETBEBEBEBElnVln2O22121BandGap電壓的產生產生的PTAT電流通過由PM23-PM26組成的電流鏡電路復制到到基準電壓輸出端，可以得到：根據上式： 是正溫度系數電壓， 是負溫度系數電壓，通過調試R3與R2的比值，將兩個擁有相反溫度系數的電壓以合適的權重相加，最終獲得具有零溫度系數的基準電壓。32321)(BEBEBEREFVRRVVVBEV3BEV2.靜態(tài)工作點的調試首先，確保部分管子工作在飽和區(qū)，不受電源電壓

5、變化的影響。然后，尋找合適的雙極晶體管比例，這里給出Q1，Q2，Q3，Q4，Q5為2:2:2:16:16。再次，尋找合適的電阻比例：因為n=8，可以求得出電阻比例。最后調試各條支路的管子使得電路工作在合適的電流。lnn17.22.17ln17.2lnnVlnn)(VVV2323323REFTBEREFRRnRRVRRVBEBE3.BandGap電路仿真首先：對調試好BandGap電路進行啟動電路仿真：在輸入端加上一個0.01us,3.3V的激勵信號，對BandGap電路進行瞬態(tài)仿真，得到如圖所示的曲線，表明BandGap電路順利啟動。DC仿真完成啟動電路的仿真測試后，設置好DC仿真環(huán)境，溫度掃

6、描在-40度到120度，電源電壓為3.3V，以及restypical，captypical，diotypical，biotypical，tt的工藝模型下。完成DC直流仿真后，用計算器計算出BandG電路的溫漂系數。6minmaxminmax10*)(TTVVVTmean3.3V時基準電壓曲線如圖所示為3.3V時，BandGap輸出電壓曲線，可以看到Vmax=1.251，Vmin=1.249.計算得出溫漂系數為9.434不同電壓的溫度掃描圖示為電源電壓為3.0V，3.3V，3.6V， restypical，captypical，diotypical，biotypical，tt的工藝模型下的DC仿

7、真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.235V到1.265V之間，溫漂系數為不同電壓的溫度掃描圖示為電源電壓為3.0V，3.3V，3.6V， restypical，captypical，diotypical，biotypical，ff的工藝模型下的DC仿真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.255V到1.275V之間，溫漂系數為不同電壓的溫度掃描圖示為電源電壓為3.0V，3.3V，3.6V， restypical，captypical，diotypical，biotypical，ss的工藝模型下的DC仿真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.225V到1.25V之間，溫漂系數為不同電壓的溫度掃描圖示為電源電壓為3.0V，3.

8、3V，3.6V， restypical，captypical，diotypical，biotypical，sf的工藝模型下的DC仿真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.24V到1.27V之間，溫漂系數為不同電壓的溫度掃描圖示為電源電壓為3.0V，3.3V，3.6V， restypical，captypical，diotypical，biotypical，fs的工藝模型下的DC仿真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.23V到1.26V之間，溫漂系數為3.3V不同工藝角的掃描 圖示為電源電壓為3.3Vrestypical，captypical，diotypical，biotypical，（tt，ss，ff，sf，fs）的工藝模型下的DC仿真?？梢钥闯?，輸出電壓為1.235V到1.265V之間。溫漂系數均小于20ppm，（ss情況下為26ppm）BandGap電路仿真結果分析從BandGap電路的仿真結果分析得出，電路在3.3V時候工作的比較穩(wěn)定，輸出的基準電壓為1.235V到1.265V之間，溫漂系數低于20ppm（但是ss情況下為26），當電源電壓為3.0V或者3.6V時，在其他的不同工藝角（tt，ff，ss，sf，