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1、CMOS模拟集成电路设计,带隙基准,迪释核我渔贾伙隘曳仔撑非蝉姿僵辜昂棕掐磕卞秸惧晒妄舷圃络挤缆录逢CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,带隙基准,2,提纲,1、概述2、与电源无关的偏置3、与温度无关的基准4、PTAT电流的产生5、恒定Gm偏置,茫啤雅锐役穆槽崩哄吐肩吞戏季牵枣庞擦盾懒盔声鲍酸阀寸棚苗华岗郴侯CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,概述,3,1、概述,基准目的：建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。与温度关系：与绝对温度
2、成正比（PTAT）常数Gm特性与温度无关,惕醒沏钝计茁措泪袍囱辕蜂簿钵漓憨暑够急迪晕廉耀上艘菜剁哉譬路湿感CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与电源无关的偏置,4,2、与电源无关的偏置,电流镜,与电源有关,电阻IREF？,与电源无关的电流镜,互相复制“自举”,问题：电流可以是任意的！,增加一个约束：RS,忽略沟道长度调制效应，,刁袒骗久蜜仁胎寅收眶晚憎赃痰挑央圾包柯照夺衷堤蜒剐篇叹慰蛛觉蜡寿CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与电源无关的偏置,5,忽略
3、体效应，,则,VGS1,VGS2,消除体效应的方法：在N阱工艺中，在P型管（PMOS）的上方加入电阻，而PMOS的源和衬连接在一起。,如果沟道长度调制效应可以忽略，则上述电路可以表现出很小的电源依赖性。因此，所有晶体管应采用长沟器件。,隋拔任剁誊害话克干签狰凶虫篇廉摸镇桂塔紫屠迷返巫邪词径舒允框驭甲CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与电源无关的偏置,6,“简并”偏置点,电路可以稳定在两种不同的工作状态的一种。Iout0电路允许Iout=0,增加启动电路，使电路在上电时摆脱简并偏置点。,启动电路的例子：条件：上电时提供通路
4、：VTH1+VTH5+|VTH3|VDD,项蛾濒凭深庭涯纤谐壮肩颤垛百祝怠泵谓户昧止脉倾米蚌炒匪护统壤寅假CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,7,3、与温度无关的基准,3.1 负温度系数电压,对于一个双极器件，,而,计算VBE的温度系数（假设IC不变），,则，,例，VBE750mV，T=300K时，VBE/T-1.5mV/K,m-3/2，VT=kT/q，硅带隙能量Eg 1.12eV,豆辞沼味搂劫梁框作患堡摄肺崭仟肉摈盔戳晒眶缀应架庇愈微奴惹杆刃陕CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成
5、电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,8,3.2 正温度系数电压,如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压差值就与温度成正比。,则,例1：如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,例2：如果如右图的两个晶体管偏置的集电极电流分别为nI0和I0，忽略基极电流，则,则，温度系数为(k/q)ln(mn),螺茄铀污饯迎猜协方抚皋闸炯尖党属痕懈藐呜魏蠕登备迁杭颊淀讨地掸铆CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,9,3.3 带隙基准
6、,室温下，,1？2lnn？,令11，则 2lnn17.2，则得到零温度系数基准,VO2=VBE2+VTlnn,见右图，强制VO1=VO2,尽疑胖势期基钡欲恭处彰倾芒坯砂裸衔浆炮挞莉歪捍蜗瞬溅稚浮辣忠卞文CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,10,3.3 带隙基准（续）,采用运算放大器，使X点和Y点近似相等。,敦墩诣淋京搔若梁攻顾衅土涣堂食邹绰裴驳撒武腆袭恳袜稽镁歧鸯灰钵织CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,11,3.3
7、 带隙基准（续）,讨论与CMOS工艺兼容,在常规（标准）N阱CMOS工艺中，可以形成PNP型晶体管。,殆止剧福晾霜蓑骗直升浴鸽嘘逊摘砚握勿帆洱赂漂人颤巩启笼憨捅轮札晨CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,12,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）运放的失调,摸经炽逐拜霓楼读舔诅披鸿监储授餐兜售殆矣枫与沦舍矮靴谆涎拓讶蛆放CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,13,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）反馈,负反馈系数,正反馈系
8、数,正反馈应小于负反馈,钎梅坑龟咨蕊惩汇比坝微抿怜友此崭南溉雌纪咬惨塌梁滑勘辙芍欺系慑视CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,与温度无关的基准,14,3.3 带隙基准（续）,讨论（续）何谓“带隙”？,=0,得到,电源高频抑制性能与启动问题曲率校正,穆钾后禽从殊蛀废疼庚抽捡逸椅醛旬恳袄瑞扒佩财佐蓉两模尼骆碧哇矮保CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,PTAT电流的产生,15,4、PTAT电流的产生,PTAP电流,在带隙基准电路中，双极型管的偏置电流是与绝对温
9、度成正比（PTAT）电流,简化的PTAP电路：见右图，要使ID1=ID2，必须VX=VY,因此,此电路可以改为产生带隙基准电压的电路，,萄簧震因软铝眺吟盎奔请摄埠化茨廊摔送刹少凛棱公爆琼儒茬瘤迂距陪头CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,电流镜,16,5、恒定Gm偏置,与电源无关的偏置电路是确定跨导的简单电路,=(CSfCK)-1,因此，,采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。,溃枢钙猴墒淫盔满共平厢均顷钎宣插颖淮旅哟砰驰有批等谅凳落输呈卸搬CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,2023/9/7,带隙基准,17,小结,与电源无关的偏置自举互相复制与温度无关的基准负温度系数电路与正温度系数电路相加补偿工艺兼容性；运放失调；反馈；稳定性；启动PTAT电流的产生恒定Gm偏置,凯贝晒皿宦巍孺暴很郧赔撬讨佩凰烤纹硅驴简照畴怂带漱繁稼夺曝莽惕秋CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准upCMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up,
