带隙基准知识学习记录材料.doc

带隙基准设计指标设定该带隙基准将用于给LDO提供基准电压,,所以带隙基准的电源电压变化范围与LDO的相同。LDO的PSR要受到带隙基准PSR的影响,故设计的带隙基准要有高的PSR。由于LDO是用于给数字电路提供电源,所以对噪声要求不是很高。下表该带隙基准的指标。~/℃******@DC,***@1MHz-80dB,-20dB积分噪声电压(1Hz~100kHz)<1mV功耗<25uA线性调整率<%,假设尺寸相同,那么输出电压为是负温度系数,对温度求导数,得到公式(Razavi,Page313):其中,。如果输出电压为零温度系数,那么:得到:带入:得到:在27°温度下,,,,因为对于带隙基准里的运放来说,共模输入范围会受到电源电压限制,电源电压的最小值为:其中,是三极管的导通电压,是运放差分输入管对的栅源电压,是运放差分输入管对尾电流源的过驱动电压。对于微安级别的电流,可以认为:这里将差分输入对的体和源级短接以减小失配,同时阈值电压不会受到体效应的影响。假设差分对尾电流源的过驱动电压为100mV,那么,电源电压的最小值为::-40°27°80°slow-826mV-755mV-699mVtypical-730mV-660mV-604mVfast-637mV-567mV-510mVBJT的-40°27°80°slow830mV720mV630mVtypical840mV730mV640mVfast860mV750mV660mV可以计算出在不同温度的Corner角下电源电压的最小值:-40°27°80°,对于大部分情况,,所以必须改进电路结构,。上图是一种实用的低压带隙基准的结构,假设尺寸相同,同样假设:那么,输出电压为:如果输出电压为零温度系数,那么:得到:带入:得到:可以通过设置与的比值,将输出电压设定在任意值。误差放大器输入端在和处,通过将设置为1,将这两点电压设定为BJT导通电压的二分之一,计算出在不同温度和Corner角下电源电压的最小值:-40°27°80°,最坏情况出现在SlowCorner角低温下,,意味着这种结构可以满足本次低压设计的要求。越大,电源电压的最小值越低,不过带隙基准环路增益也变低了。将设置为1,,但是这时候带隙基准的低频PSR会变差,为了提高低频PSR,运放的增益要很高,但是在这种电路中,PSR不仅与运放增益有关,还与输出级PMOS晶体管的输出电阻有关,如下图所示:当PMOS晶体管输出电阻足够小的时候,的栅源电压微小变化引起的电流变化与流过小信号输出阻抗的电流相比可以忽略不计,那么此时可以近似认为的栅源电压交流短路,那么,有:其中为PMOS晶体管的小信号输出阻抗,这个输出阻抗与漏源电压有关系,将PMOS晶体管偏置电流设为5uA,宽长比分三组,各为10um/1um,20um/2um,40um/4um,,漏端加一可变电压V1,,如下图所示:测量PMOS晶体管、、的小信号输出阻抗随V1的变化关系,得到如下数据:可以看到,晶体管的输出阻抗随漏源电压的增加而增加,随沟道长度的增加也变大,,三种沟道长度的晶体管的输出阻抗减小到大约660k的数值,一般来说,的数量级在100k左右,,,那么,此时的PSR是:为了提高低频PSR,就必须在尽可能提高运放增益的情况下,增加PMOS晶体管的小信号输出阻抗,这一措施首先是通过减小带隙基准输出电压来实现,带隙基准输出电压要接在LDO的误差放大器输入端,如果误差放大器使用NMOS管作为输入差分对,那么其共模输入电压至少为NMOS管的栅源电压加上尾电流源的过驱动电压:用下图可以仿真出误差放大器最低共模输入电压的数值:用5uA的电流偏置二极管连接的宽长比为20um/1um的NMOS管,将其源级用100mV的电压偏置,模拟尾电流源的过驱动电压,将体接到地上