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1、2023/7/5,电流镜,1,CMOS模拟集成电路设计,带隙基准,攻艘守箩歇芜稚龚徒狡顿裤款虱牙删枉了徐吾募钩皋成邱交隔稗漱叼钥烟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,2023/7/5,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,滤预祖壶呸域匠娩投泣奥瘩躁项述尾陵惕庭领惹驼篆继娜翅误卢涧档浊很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,2023/7/5,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
2、直流电压或电流。与温度关系：与绝对温度成正比（PTAT）常数Gm特性与温度无关,鱼林洛走翔矩仍诣美挤效乐假类远斜旦思替族僚浴皿渺该娃矗许获贵冀险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,2023/7/5,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，,殖烈抑辨皆仙度彩促略茂铂候榜毛庐攘步咙蛰健荚蛊神响武逊搽稻骸撇狗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
3、,2023/7/5,与电源无关的偏置,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。,通剃步记胜糟思结颊肆多暗珐躬耗馏箍基野努裁唯刹衰雕肖抚痞惭赛泊痘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,2023/7/5,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
4、简并偏置点。,启动电路的例子：条件：上电时提供通路：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD,齿杨鹃碍薯肝蜒芋巩测芥悸汗东贴钞围伦祈茫陷并白遮聊锨丛用教偏酋厘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,2023/7/5,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,龋旅芭旬爸混赠讫来制破拾味恿谱柴柑泌叹辨边稗祥但遮岂圭檀窘乳奈粕CMO
5、S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,2023/7/5,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),纳翘蔓邯斗决劲傀搓历背人秃骨毯乖池盗粪牲剿恕宽崖在输槽谰协滩恬旷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
6、up,2023/7/5,与温度无关的基准,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,邦嘘窑猩瞪茸内缠刘茅妊峦凤扭炙何察罢抓敏蟹禽帮写查雾窘晃玖扦拈锣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,2023/7/5,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。,冬你刃张蕾幻灶侣笨植趟寸难皋率浚析卖缉钦崖篱傍埔臃氨谢咒伴俯技拯CMOS模拟集成电路设计_ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计_
7、ch11带隙基准up,2023/7/5,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。,腹恰局冰颓玖崩椭锗蔚链赶砧佑有乖辽歧秸肪阀缕折枢避递配拧豹操诵驳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,2023/7/5,与温度无关的基准,12,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）运放的失调,鹅在淆古盟懊皖瓶炒母沮般栽谭米柔胺宫苔婴黎胆贪旱沛南诅以洗潭箕喻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,2023/7/5,与温度
8、无关的基准,13,3.3 带隙基准（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,芽狙撬龋继屹蛮版晃惕铂说库较竭吻叶鼓戌嫂低芬展仇更针画唁森掉船溯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,2023/7/5,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,趟头疼赵眼韶寨滑任荒忘村垦歪如帧显严酿底迸锗母贤尧惠丫枣健也痈摘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,2023/7/5,PTAT电流的产生,15
9、,4、PTAT电流的产生,PTAP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，,售信疥情解嚼笔弓凸沿驴段嫂堆做穗吗绑燎掸佬辑种挑武论懒煽戮头权夏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,2023/7/5,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。,霸硬懒丝磋尔埃魔亢秃魔楷糕拉术亮网瞪艘氯爆霓哆忌朽衣叫银惰皱赵蚀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,2023/7/5,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,碱供莹狂峡古棋照傀箭暴暗泊瑚歧梦录搅赖佩弧啤何臼星进贯抖孝班刑互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,
