中兴电压基准ppt

bandgap参考电压源电路设计与仿真欢迎大家光临这次讲座！首先展示一下今天的电路结构1.参考电压源的作用•一般来说，从芯片外部引入的供电电压都存在着一定的波动，而模拟电路对偏置电压的稳定性要求较高，因此，在模拟电路中我们一般会使用一个参考电压源，它将电源电压转化为一个具有良好电压稳定性和温度稳定性的电压，为电路的其它部分提供良好的偏置。2.介绍两个概念)()(DDDDREFREFVVVVsa.灵敏度S：灵敏度用于衡量参考电压源的稳压特性。灵敏度越低参考电压源的稳压特性越好。•b.动态电阻：对于一个二端元件，当其端电压变化时，端电压微小增量与端电流微小增量的比值。动态电阻等于I—U曲线上参考点处曲线斜率的倒数。IVr=REFV1R2R对一个一般的分压网络进行分析，R1、R2为阻性元件。假定电源电压变化了,因为R1和R2串联，会以一定比例分配在这两个电阻上，并且两者的电流改变量一致。VVIrrIIVIIVVVVRRRRRR2121213.参考电压源稳压原理这说明在R1、R2上的分配与R1、R2的动态电阻成正比。如果我们能让R1的动态电阻很小，R2的动态电阻很大，则大部分落在R2上，一小部分落在R1上，对电源电压的灵敏度会大大降低，稳压性能就会得到很大提高。VVREFVREFV1R2RIrrIIVIIVVVVRRRRRR212121VIVIREFV1R2R4.稳压结构的选择如果选择R1、R2均为线性电阻，则它们的动态电阻与静态电阻相等。电源电压变化量将仍以原来的静态电阻的分压比分配给R1、R2，最后R1、R2的分压比与电源电压变化前相比没有改变。所以与电源电压将等比例变化，S=1，稳压效果不理想。VREFVVIVI在CMOS电路设计中，最自然的考虑是用非线性电阻元件MOS二极管来替代电阻R1。MOS二极管具有较小的动态电阻。在W/L=2,R2=100K情况下，S的典型值为0.283。REFV1R2RVIVI在CMOS工艺当中，我们还可以利用寄生的纵向pnp三极管来形成二极管，它比MOS二极管具有更小的动态电阻。典型值S=0.0362。此种结构的稳压性能比较好，现阶段我门都采用此种结构。这种结构的稳压性能虽好，但是它的温度特性仍然没有得到改善。具有负的温度系数，在室温时大约是-2.2mV/℃。我们可以通过补偿的方法来改善参考电压源的温度特性。我们期望构造出具有正温度系数的KT项，其中K为正常数，T为热力学温标,使当温度变化时，与KT具有相反的变化趋势，则可以使的温度特性得到补偿。KTVVBEREFBEVREFVBEVREFV1Q2Q1R2R3R1I2I1RV此结构是在一个负反馈运算放大器的两个输入端各接一个稳压电路。两路稳压电路并联。它们并联的总电压作为我们所要的参考电压，连接到运放的输出端输出。电源电压包含在运放里。下面分析一下它的工作原理。5.温度补偿结构32RBEREFVVVREFV1Q2Q1R2R3R1I2I1RVTAIAIqkJJqkTJJqkTVVVEESSEBEBR21121122121lnlnln12121323RRVRIRIVRR（VR3即是我们要构造的KT项）TARARqkRRVEER2312123ln*KTVTARARqkRRVVVVEBEEEBREBREF2231212232ln*0ln231212EEARARqkRRK将VR1带入VR3，得其中所以TARARqkVEER23121ln3212RRII因为所以6.关于K的两点讨论•1.K必须独立于温度(用电阻之比)•2.K必须独立于电源电压KTVVEBREF20ln231212EEARARqkRRKREFV1Q2Q1R2R3R1I2I1RVREFV1Q2Q1R2R3R1I2I1RVKT项其实是两只稳压管的be结电压之差，这个电压我们是通过负反馈运放虚短用R1电阻取得的。我们又通过负反馈的作用使得I1/I2固定于R2/R3，从而使得K值独立于温度和电源电压。最后，通过R1与R3的电压线性比例关系得到在R3上的温度补偿电压。7.功能的进一步优化1Q2Q1R2R3R1I2I1RV在这个图中，将上图中的R2和R3两个普通电阻分别换成了由两个MOS管串连，其中一管栅极接地的结构。此结构称为cascode结构。8.下面来看开始提出来的实际的电路结构•1.为上面一排P管提供栅极偏置电压的电压是二极管的偏置电压，所以是稳定电压。•2.此处相当于原型的R2=R3（比较一下R2所代表之cascode结构和R3所代表之cascode结构其各端点电压和几何结构参数完全相同，所以静态和动态阻抗也完全相同）。由前面VR3上压降表达式可知，VR3上压降与电源电压无关。所以运放输出端对地电压=二极管上压降+VR3上压降，也是一个稳定电压。9.用spectre仿真参考电压源9.1直流电压扫描分析•分析目的：直流电压扫描分析是考察在供电电源电压值线性变化的情况下，输出参考电压值的变化情况。•测试激励：施加直流电压线性扫描，供电电压扫描范围（3.135V，3.465V）。9.2直流温度扫描分析目的：直流温度扫描分析是为了分析参考电压源的温度特性，即在扫描温度范围内输出的参考电压值随温度的变化情况。测试激励：固定供电电压源3.3V，扫描温度参数。扫描范围（-40℃，85℃）。9.3交流分析•分析目的：由于实际的供电电压源存在波动，所以输出的参考电压值也是波动的。交流分析情况考察电源波动时实际输出参考电压值在时域上的变化情况。•测试激励：供电电压源为正弦波，直流分量V=3.3V，交流分量幅值A=0.165V，频率ω=50MHz，时间范围为0～2us。9.4corner分析•分析目的：分析在工艺参数变化的情况下，输出参考电压的变化情况。•测试激励：corner分析，DC扫描范围（3.135V，3.465V）。感谢各位的光临指导！