В настоящее время, источник напряжения ссылкой широко используется в высокоточных компараторы, АЦП, ЦАП, динамическая оперативная память и других интегральных схем. IC опорного напряжения источника является важным элементом в модуле.
Она производит точности опорного напряжения, температуры стабильность и помехоустойчивость непосредственно влияют на чипе, или даже весь производительность системы. Особенно в D /, / D системах преобразования данных, производительности ведения и квантователя тесно связано с количественным точности. С D /, / D повышения точности, точность и стабильность эталонный дизайн ключ. Таким образом, конструкция опорного напряжения высокой производительности имеет большое значение.
1 и принцип схемотехника
1,1 Анализ традиционных ссылкой запрещенной зоны
Традиционные запрещенной зоны опорного напряжения структуры, через VT имеет положительный температурный коэффициент и отрицательный температурный коэффициент VBE напряжение линейной комбинации выход на одну пару константа устойчивости Vref температура на выходе. Рисунок 1 представляет собой обычный запрещенной зоны опорного напряжения источника. Однако на практике, компенсации Vref в компоненты высокого напряжения не компенсация ключ к дизайну. Главным образом из-за высокой температуры коэффициент температурных характеристик биполярных транзисторов.
После окончания являются:
Исходя из приведенных выше уравнения в большинстве процесса, путем корректировки схемы, во-первых коэффициенты могут быть легко устранены. Однако, поскольку значение г и параметры введен коэффициент сопротивления δ не богат, что делает компоненты высокого напряжения по-прежнему существует. C 2项, которые не могут быть устранены, в результате чего удалось достичь достаточно низкий температурный коэффициент.
Улучшение высокого класса компенсации в 1,2 Bandgap Справочник
Для того чтобы получить достаточно низкий температурный коэффициент ссылкой запрещенной зоны, высокая температура коэффициент какого-либо вознаграждения, компенсации метод цепи структура, показанная на рисунке 2. В традиционной схеме на основе добавил структуру схемы компенсации: так как усиление ОУ 3 больших усилителя Q 2 и R 4, чтобы заставить терминал напряжение равно, то я 4 = V BE, Q 2 / R 4, текущее зеркало протекание тока через транзисторы Q 3:
В результате чего Q 2, Q 3 от V BE является разница между Пп T пунктов. Ключевое различие между ОУ Г. М. 1, г 2 был введен в I R1 в систему, чтобы исправить V BE, 1 квартале высшего порядка.
На рисунке 2, вход терминала V 1, V 2 и V 2, V 3 из входного ОУ-четыре, выходной терминал соединены вместе, так что они имеют те же прирост A1, параметры идентичны, то есть, выходной импеданс же:
Для трубки Q 1, Q 2, они идентичны, поэтому они и их терминал напряжение только связанные с коллектором тока.
Заказ (Постоянное B 1, B 2, резистор, V BE температурный коэффициент и трубки контроля напряжения; г 1, г 2, ОУ 1 вход крутизны, вход отношение ширины к длине трубки и статические решения рабочей точке ) в реальной конструкции, путем корректировки г 1, г 2 для настройки младшие члены, скорректированный R от 4 до устранения первого порядка дня. Наконец, повторяется оптимизации можно получить хороший температурный коэффициент.
1,3 Анализ всей схемы
Цепи, представленные здесь, показано на рисунке 3. Система состоит из четырех модулей: Провинциальные питания и смещения схемы, операционный усилитель, опорное напряжение модуля вывода и высокой компенсации кривизны. Основной структурой и высокой базы кривизны схему компенсации части принцип работы улучшение перед запрещенной зоны в устной и целенаправленный характер. Рисунок 3 показывает, выключатель питания управления на левой VC1, когда VC1 низкий (0), М6 включается, M4 закрыт, затвор-точечным потенциалом для высоких-M7, M7 закрыта, M7 ветви ток 0, ток зеркало M10, M11 филиала текущее зеркало M7, что приводит к дифференциального усилителя хвостовой ток равен 0, дифференциальный усилитель не работал, всей цепи не работает, в провинции государственной власти, когда VCL высокая (3,3 В), когда, M6 близко , М4 включает, состав М1-M6 M7 цепи смещения ворота обеспечивают соответствующего напряжения смещения. Каскодный структуры (M8, M9, M10, M11) является напряжение смещения от смещения достичь. Хотя M10, M11 филиала текущую копию M7, M12, M13 напряжения автоматического смещения, с тем чтобы обеспечить хвостовой ток смещения источника. Цепи смещения обеспечить сложенном Каскодный ОП цепи усилителя используется во всех напряжения смещения. В фактической схемы, в целях удовлетворения матча, длина цепи смещения трубки и операционного усилителя должна быть соответствующей трубки равной длины.
ОУ является запрещенной зоны напряжения цепи ссылки, ключевой частью его петли усиления и смещения цепи определяет точность ссылкой производства и стабильности. В целях повышения стабильности и снижения уровня сложности схем схемы, насколько это возможно в этой одноступенчатой ОУ с высоким коэффициентом усиления, без принятия двух компенсацию ОУ. Одноступенчатая высокого усиления усилителя в том числе телескопические и складные два ОУ, операционный усилитель обратной связи связи, телескопические выход ОУ качели слишком мал, чтобы использовать, поскольку в этом операционный усилитель со сложенными.
2 Анализ результатов моделирования
3 показана схема с 0.35μm БСИМ 3v3 технологии CMOS, программное обеспечение моделирования с использованием Cadence результаты Spectre моделирования следующее.
2.1 Связь между ссылкой выходного напряжения питания
Рисунок 4 является выход ведения и напряжение питания (0 ~ 3,3 V) кривой. Результаты моделирования показывают, что: ширина запрещенной зоны напряжения структуры ссылка в нормальной работы минимальное напряжение питания до 1,6 В, выходное напряжение работе V = (1,174 ± 0,000 43 43 V), в диапазоне от -40 ~ +100 ℃ , ширина запрещенной зоны опорного напряжения выходного напряжения температурный коэффициент R TC = 2,077 стр / мин / ℃. На 25 ℃, 3,3 В, потребляемая мощность менее 110μW (потребляемая мощность цепи 109.89μW). На 25 ℃, 1,6 В, потребляемая мощность менее 9μW (потребляемая мощность цепи 8.453μW).
Bandgap опорного напряжения для моделирования власти отношение отказа питания (PSRR), полученные в 3,3 напряжении питания, при комнатной температуре не конденсатор, в рамках 100 Гц -65 дБ. Чтобы лучше PSRR, может увеличить выход целевого показателя в конденсатор фильтра для улучшения PSRR. Для Vref через RC фильтр нижних частот выходной цепи, что может улучшить выходное напряжение отказа источника питания, снизить уровень шума, и может уменьшить мощность в цепи, когда опорное напряжение переходного перерегулирования.
2,2 Температурная зависимость выхода ссылку
Рисунок 5 является типичным углы процесса в рамках компенсации ссылкой кривизны через высокого напряжения и температуры кривые. Рис рассчитывается по типичной (TT) углы процесса, напряжение питания 3,3 В, при температуре -40 ~ +100 ℃ Диапазон рабочих температур, температура опорного напряжения коэффициент 2,077 стр / мин / ℃. Во всем диапазоне рабочих температур и ссылки выходное напряжение изменяется с температурой не превышает ± 0,15%. Кроме того, в такие же условия труда и моделирования условий базы угла в двух других процессов температурный коэффициент показано в таблице 1. Видно, что схема имеет хорошие характеристики температуры.
2,3 Сравнение производительности при наличии ссылки
Сравнение производительности с ссылки приведены в таблице 2.
В таблице 2 для этого проекта схемы и литературе [6], [7] в цепи результаты моделирования сравниваются. Эта схема питания на напряжение столь же низко как 1,6 В, выходное напряжение 1,174 В. -40 ~ 100 ℃, когда температурный дрейф около 2 ppm / ℃, а потребляемая мощность не превышает 110 мкВт. Таким образом, мы разработали схему с низкого напряжения и низкой потребляемой мощностью и малым дрейфом температуры преимущества Integrated Performance.
3 макета
Аналоговые цепи, устройство соответствия макета и разумный план большое влияние на схему работы. Рассмотрим процесс смягчения последствий несоответствия, у Вас должен быть тщательно разработан макет. Обратите внимание на следующее размещение:
(1) из ОП трубки входного усилителя с большим отношением ширины к длине, чтобы уменьшить операционный усилитель напряжения смещения, и канала транзистора больше, чем минимальная длина канала технологии Lmin.
(2) ключевые компоненты в цепи PNP транзисторы биполярные, в реальной конструкции цепи принять Q1 и Q2 области отношение 8:1, а затем с помощью центрального метод симметричного дизайна для достижения согласующего устройства.
(3) IC большую ошибку в сопротивление, использование иерархической параллельное сопротивление, а сопротивление в районе с фиктивными резисторы по сокращению воздействия на окружающую среду, повышению сопротивления соответствия.
4 Заключение
Кривизна компенсации со многими другими высокопоставленными цепи запрещенной зоны по сравнению с предлагаемым опорного напряжения запрещенной зоны, что имеет низкого напряжения и низкой потребляемой мощностью и преимущества низкого температурного дрейфа, и совместим со стандартной технологии CMOS, новая структура, Integrated Performance, полностью отвечают требованиям к конструкции. Может применяться для высокоточной компараторы, АЦП и ЦАП в аналоговых интегральных микросхем, источник напряжения использованием технологии CMOS 0.35μm, результаты Spectre моделирования показывают, что в -40 ~ 100 ℃, его температурный коэффициент до 2 мг / кг. Запрещенной зоны можно использовать ссылку на 14-разрядный АЦП трубопровода, широкие перспективы применения.
