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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/11/21,#,BandGap,电路调试总结,目录,1.BandGap,工作原理,2.,静态工作点的调试,3.BandGap,电路仿真,4.,电路仿真结果分析,1.BandGap,工作原理,BandGap,电路的设计目的：产生一个与电源和工艺无关，具有确定温度特性的直流电压或者电流。,BandGap,电路的主要设计任务：与电源无关的偏置；与温度关系变化的确定。,带隙电压基准的基本原理：将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压。,负温度系数电压,双极晶体管的基极,-,发射极或者说是,pn,结二极管具有负温度系数。,当,=750mv,，,T=300,时，,=-1.5,的温度系数与温度有关。,正温度系数电压,若两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么基极,-,发射极电压的差值就与绝对温度成正比。,的差值就表现出正温度系数。,零温度系数的基准电压,利用双极晶体管的正，负温度系数电压，可设计出一个零温度系数的基准。,令,=1,，,=-1.5,对上式两边分别对温度,T,求导，得到零温度系数的基准：,BandGap,电路原理图,与电源无关的偏置电路,BandGap,偏置电路主要通过改变电阻,R1,的值使得电流稳定在,18uA,左右，,NM12,采用二极管的连接方式得到一个对电源,Vdd,不敏感的偏置电流,Iref,，通过,NM13,的尺寸比例将,Iref,自举到,Iout,，使得,Iref,和,Iout,满足一定的比例关系并与,Vdd,的变化无关。,PM14,，,PM15,与,PM18,，,PM19,启动后续整个电路。,Cascode,电路结构,为保证,NM20,与,NM21,处的电压保持跟随，采用,Cascode,结构使得,Vo1,与,Vo2,稳定在近似相等的电压，那么有：,产生一个和绝对温度成正比的,PTAT,电流。,这里的,Cascode,结构主要是近似为一个电路源使得流过,Q4,，,Q5,这两条电路的电流相等使得,Vo1,与,Vo2,稳定在近似相等的电压，所以在调试,cascode,电路时要使输出电阻尽可能的大。,BandGap,电压的产生,产生的,PTAT,电流通过由,PM23-PM26,组成的电流镜电路复制到到基准电压输出端，可以得到：,根据上式：是正温度系数电压，是负温度系数电压，通过调试,R3,与,R2,的比值，将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压。,2.,静态工作点的调试,首先，确保部分管子工作在饱和区，不受电源电压变化的影响。,然后，寻找合适的双极晶体管比例，这里给出,Q1,，,Q2,，,Q3,，,Q4,，,Q5,为,2:2:2:16:16,。,再次，寻找合适的电阻比例：,因为,n=8,，可以求得出电阻比例。,最后调试各条支路的管子使得电路工作在合适的电流。,3.BandGap,电路仿真,首先：对调试好,BandGap,电路进行启动电路仿真：,在输入端加上一个,0.01us,3.3V,的激励信号，对,BandGap,电路进行瞬态仿真，得到如图所示的曲线，表明,BandGap,电路顺利启动。,DC,仿真,完成启动电路的仿真测试后，设置好,DC,仿真环境，温度扫描在,-40,度到,120,度，电源电压为,3.3V,，以及,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,tt,的工艺模型下。完成,DC,直流仿真后，用计算器计算出,BandG,电路的温漂系数。,3.3V,时基准电压曲线,如图所示为,3.3V,时，,BandGap,输出电压曲线，可以看到,Vmax=1.251,，,Vmin=1.249.,计算得出温漂系数为,9.434,不同电压的温度扫描,图示为电源电压为,3.0V,，,3.3V,，,3.6V,，,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,tt,的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.235V,到,1.265V,之间，温漂系数为,不同电压的温度扫描,图示为电源电压为,3.0V,，,3.3V,，,3.6V,，,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,ff,的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.255V,到,1.275V,之间，温漂系数为,不同电压的温度扫描,图示为电源电压为,3.0V,，,3.3V,，,3.6V,，,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,ss,的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.225V,到,1.25V,之间，温漂系数为,不同电压的温度扫描,图示为电源电压为,3.0V,，,3.3V,，,3.6V,，,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,sf,的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.24V,到,1.27V,之间，温漂系数为,不同电压的温度扫描,图示为电源电压为,3.0V,，,3.3V,，,3.6V,，,restypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，,fs,的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.23V,到,1.26V,之间，温漂系数为,3.3V,不同工艺角的扫描,图示为电源电压为,3.3Vrestypical,，,captypical,，,diotypical,，,biotypical,，（,tt,，,ss,，,ff,，,sf,，,fs,）的工艺模型下的,DC,仿真。可以看出，输出电压为,1.235V,到,1.265V,之间。温漂系数均小于,20ppm,，（,ss,情况下为,26ppm,）,BandGap,电路仿真结果分析,从,BandGap,电路的仿真结果分析得出，电路在,3.3V,时候工作的比较稳定，输出的基准电压为,1.235V,到,1.265V,之间，温漂系数低于,20ppm,（但是,ss,情况下为,26,），当电源电压为,3.0V,或者,3.6V,时，在其他的不同工艺角（,tt,，,ff,，,ss,，,sf,，,fs,）下，输出的基准电压波动范围较大，且温漂系数大于,20ppm,（,3.6V,，,ss,情况下为,13ppm,以及,3v,时，,ff,情况下为,15ppm,）。,3V,各个工艺角下的基准电压输出范围为,1.235V,到,1.255V,之间，,3.6V,各个工艺角下的基准电压输出范围为,1.265V,到,1.275V,之间。,
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