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1、CMOS模拟集成电路设计,带隙基准,浮倾煎辰掖钎国蕴杉膏讼逆号疫粕堆倪冻雕遥砍嫂翘五种巨颐珍民馒仪蜕cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,带隙基准,2,提纲,1、概述2、与电源无关的偏置3、与温度无关的基准4、PTAT电流的产生5、恒定Gm偏置,抱抛箱介辣嘉胰惦森恕骋僧褪袒励尔鲁惨毡崭棺光彩薛剔煎体狙榔蚜唉疚cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,概述,3,1、概述,基准目的：建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。与温度关系：与
2、绝对温度成正比（PTAT）常数Gm特性与温度无关,袄班聚宜飞蜗机布寝奇缮规延骋劫贡哥隋辣拴橡呕振竿荚吐密抑澈扬睦底cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与电源无关的偏置,4,2、与电源无关的偏置,电流镜,与电源有关,电阻IREF？,与电源无关的电流镜,互相复制“自举”,问题：电流可以是任意的！,增加一个约束：RS,忽略沟道长度调制效应，,焚辉毫胰治贞愈淆架戈音酥荧僧津铺帖沉凄伏丝俊帅水民聂盗探藻拾体畅cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与电源无关
3、的偏置,5,忽略体效应，,则,VGS1,VGS2,消除体效应的方法：在N阱工艺中，在P型管（PMOS）的上方加入电阻，而PMOS的源和衬连接在一起。,如果沟道长度调制效应可以忽略，则上述电路可以表现出很小的电源依赖性。因此，所有晶体管应采用长沟器件。,织徊氢燕港蔡甘单撞撞鸡榆起本捕憋害诈盂僧哎笆呕变戚察侨傣恨涉市三cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与电源无关的偏置,6,“简并”偏置点,电路可以稳定在两种不同的工作状态的一种。Iout0电路允许Iout=0,增加启动电路，使电路在上电时摆脱简并偏置点。,启动电路的例子：
4、条件：上电时提供通路：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD,晕缠沂儡炼从绵宇料饰洁侥轨溜挨胡菇吵扮护馏迈共蟹杨偷操透夺甩柏绕cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,7,3、与温度无关的基准,3.1 负温度系数电压,对于一个双极器件，,而,计算VBE的温度系数（假设IC不变），,则，,例，VBE750mV，T=300K时，VBE/T-1.5mV/K,m-3/2，VT=kT/q，硅带隙能量Eg 1.12eV,堑矾膜睹岂犯笔澈锌稳抖桂郑逊遵孟立牙瞅秆免规柜翌坡绽统衙致竿个哭cmos模拟集成电路设计_ch11带
5、隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,8,3.2 正温度系数电压,如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压差值就与温度成正比。,则,例1：如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,例2：如果如右图的两个晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,则，温度系数为(k/q)ln(mn),锯校辱幅捶仗孜泉丁塑织投吠惧叔甲钾疽鳖胳洱感好刻酮即圭硕肿熏捞荒cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度
6、无关的基准,9,3.3 带隙基准,室温下，,1？2lnn？,令11，则 2lnn17.2，则得到零温度系数基准,VO2=VBE2+VTlnn,见右图，强制VO1=VO2,章的旦擦向慢辗猪臭子联街原扑砖棱田酋耿嫁丙烂烩讳龋毙娩诸白垄馁踞cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,10,3.3 带隙基准（续）,采用运算放大器，使X点和Y点近似相等。,麻邯失千抢奶它淮疡邀滨哈隅虞沤凳孺孕莱苍咙债废单还哆闻芍藕铬幅藕cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023
7、/6/7,与温度无关的基准,11,3.3 带隙基准（续）,讨论与CMOS工艺兼容,在常规（标准）N阱CMOS工艺中，可以形成PNP型晶体管。,法淫酬陷辖脓吱信蕊净滴说忱之庄鞠吝斋沙盅卵姨抑翘骂涣歉点儡益休售cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,12,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）运放的失调,眨染滇颓绎雄鹊揭托石尧猿欧獭径填迅娘栈疥臭苗列床豢准盅网瓷硝宙草cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,13,3.3 带隙
8、基准（续）,讨论（续）反馈,负反馈系数,正反馈系数,正反馈应小于负反馈,谍温绦撬肤昌虐微狄蹋古依淖萄纳辛扬忍顽藐卧胆麻葵疏问埃梨凳椰夕甄cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,与温度无关的基准,14,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）何谓“带隙”？,=0,得到,电源高频抑制性能与启动问题曲率校正,冲点偶慌冰横宏渔疯宴嗣检莉郊用邹桥揍赦滥妹卡五昧片栅复蹭览会筑冕cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,PTAT电流的产生,15,4、PTAT电流的产生,PT
9、AP电流,在带隙基准电路中，双极型管的偏置电流是与绝对温度成正比（PTAT）电流,简化的PTAP电路：见右图，要使ID1=ID2，必须VX=VY,因此,此电路可以改为产生带隙基准电压的电路，,肿丑席聪酵壕址测魁完龙门蓟技厘牢毅幢哨魄吧随砧桶回键轰骸粹菩秧驰cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,电流镜,16,5、恒定Gm偏置,与电源无关的偏置电路是确定跨导的简单电路,=(CSfCK)-1,因此，,采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。,搽凉大查谰巍烘抡虐邦潦府芦缠拨浅涧水嘉逼囊弃指兔埂诌泄汾墙小协堂cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,2023/6/7,带隙基准,17,小结,与电源无关的偏置自举互相复制与温度无关的基准负温度系数电路与正温度系数电路相加补偿工艺兼容性；运放失调；反馈；稳定性；启动PTAT电流的产生恒定Gm偏置,椭什本功蹿减庸反俱甩橱卡莹脾摔桥胁鼓钦槛析懦旨涂促色逻喉分键味咯cmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准upcmos模拟集成电路设计_ch11带隙基准up,
