低压CM0S带隙基准电压源设计

文章摘要：式中；A1和A2是Q1和Q2的发射极面积。比较式(5)和式(1)，可得常数K为： 在实际设计中，K值即为式(7)表示。 传统带隙基准源结构能输出比较精确的电压，但其电源电压较高(大于3 V)，且基准输出范围有限(1．2 V以上)。要在1．8 V以下的电源电压得到1．2 V以下的精确基准电压，就必须对基准源结构上进行改进和提高。1．2 低压COMS基准电压源的电路设计 本设计基于CSMC-O．5μm-CMOS工艺(NMOS的阈值电压为0．536 V，PMOS的阈值电压为-0．736 V)。采用一级温度补偿、电流反馈技术设计的低压带隙基准源电路如图3所示。低压带隙基准源

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式中；A1和A2是Q1和Q2的发射极面积。比较式(5)和式(1)，可得常数K为：
    
    在实际设计中，K值即为式(7)表示。
    传统带隙基准源结构能输出比较精确的电压，但其电源电压较高(大于3 V)，且基准输出范围有限(1．2 V以上)。要在1．8 V以下的电源电压得到1．2 V以下的精确基准电压，就必须对基准源结构上进行改进和提高。
1．2 低压COMS基准电压源的电路设计
    本设计基于CSMC-O．5μm-CMOS工艺(NMOS的阈值电压为0．536 V，PMOS的阈值电压为-0．736 V)。采用一级温度补偿、电流反馈技术设计的低压带隙基准源电路如图3所示。低压带隙基准源的电流不仅用于提供基准输出所需的电流，也用于产生差分放大器所需的电流源偏置电压，简化了电路和版图设计。

   

www.88dzw.com为了与CMOS标准工艺兼容，电路中PNP的e，b，c区分别采用P+，N-well，P-sub集电极接地。Q2和Q1的发射极面积比为8：1，流过Q1和Q2的电流相等，这样△VBE等于VTln 8。流过电阻R1的电流与热力学温度成正比。三路镜像电流源使得流过P2，P3，P4的电流相等(I1=I2=I3)。
   
    输出电压VREF为：
   
    电路中的温度补偿系数K为：
   
    通过调节R4的值，可以调节输出电压VREF的大小。在电源电压变化时，P2，P3，P4的漏源电压值保持不变，与电源电压无关，其栅极电压由运放调节。为了降低电路的复杂度，应用电流反馈原理，运放采用简单的一阶运放，由于VDD的变化多于GND的变化，故运放的输入采用NMOS的差分对结构。因为整个电路在低压下工作，故整个电路设计的重点是要保证低压下运放的正常工作。
    由于带隙基准源存在两个电路平衡点，即零点和正常工作点。当基准源工作在零点时，节点1、2的电压等于零，基准源没有电流产生。固需要设计一个启动电路，避免基准源工作在平衡零点。本设计的启动电路由N5、N6和P7构成。当电路工作在零点时，N6管导通，迅速提高节点1、2的电压，产生基准电流，节点1的电压通过P7和N5组成的反相器，使N6管完全截止，节点1、2的电压回落在稳定的工作点上，基准源开始正常工作。
    电路的器件参数如表1所示，P2，P3，P4管的尺寸较大，是为了降低电路中的1／f噪声。电流镜的负载管P5，P6和差分对管N1，N2的宽长比较大，以抑制电路的热噪声。由于电路中的电阻值较大，故在工艺中用阱电阻实现。电容C0有助于电路的稳定，同时还可以减小于运放的宽度，有助于降低噪声的影响。

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