集成穩(wěn)壓器中基準(zhǔn)電壓源模塊的研究與設(shè)計
發(fā)布時間:2019-07-12 11:30:30來源:
收稿曰期:2008-04-23 I切斷保護(hù)虛線所示的方框部分。此電路包含兩個模塊,第一個模塊由晶體管M14-Mw組成,增加此模塊的目的是為了改善電路在較大電源電壓下的電源抑制比。其中起主要作用的是晶體管Mm,它可以起到一定的降壓作用:電源電壓通過它的降壓后,電壓Vreg開始下降,通過調(diào)節(jié)M14管的寬長比,可以使Vreg降低到一個適當(dāng)值如4fV)。但不能太小,否則就不能保證管子工作于飽和狀態(tài)。
第二個模塊由晶體管Mw、Mn、Mi2、Mi3和組成,這是一個差分放大加反饋電路。其具體工作過程為:假設(shè)電源電壓VDD的變化引起Vreg的變化,使流經(jīng)MpM2的電流和節(jié)點(diǎn)N2、Ni的相對值發(fā)生變化,節(jié)點(diǎn)N2相對于Ni的電位差經(jīng)Mi0、Mn、Mi2和Mn構(gòu)成的放大器放大,使節(jié)點(diǎn)N3的電位升高,比較終由M9產(chǎn)生的反饋電流使Vreg降低,保持為所需的電壓值。這里由Ml.、Mll、Ml2、MB和M9形成的兩級放大器的增益越高,Ni與N2的電位以及Mi與M2的電流的相對變化就越小,Vreg也就越穩(wěn)定,從而使輸出電壓對電源電壓的變化和抑制就越強(qiáng)。
增量為:電路中其他支路的電流變化對Vreg的電壓變化也有相應(yīng)的反饋作用,但它們所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于im9的變化,所以整個環(huán)路增益可近似為:由式33)知,要增加環(huán)路增益,提高電源抑制比,可以增大M、H的跨導(dǎo)或節(jié)點(diǎn)NKg、N3的等效阻抗,其中比較有效的辦法是增大節(jié)點(diǎn)N3的等效阻抗,如中采用的CascodeStage電路。但是,由于很高的增益及額外電路可能引入寄生極點(diǎn),為在寬的頻域內(nèi)保證電路穩(wěn)定,需要增加額外的電阻電容補(bǔ)償,以增大相位裕度。由于電容和大電阻會占據(jù)相當(dāng)大的面積和功耗,故應(yīng)盡量避免,所以仍采用所示電路。由于該電路只能工作在較低電壓下,要增加晶體管M4,使其承擔(dān)一部分電壓,這樣的電壓有所降低,該電路才可以正常工作。
2.3啟動電路2.3.1設(shè)計思路在對電路進(jìn)行仿真的過程中發(fā)現(xiàn),電路工作呈現(xiàn)一定的不穩(wěn)定性,有時甚至不工作,所有支路的電流都為零,此時電路處于無法啟動的狀態(tài)。從理作狀態(tài),還應(yīng)增加一個啟動子電路。
一個好的啟動電路除了具備快速啟動的功能外,還應(yīng)該在它啟動整個電路之后,自身能夠自動關(guān)斷。這在低功耗電路設(shè)計中尤為重要,可以避免產(chǎn)生不必要的功耗。
2.3.2電路結(jié)構(gòu)及其分析當(dāng)電源Vdd接通瞬間,可能出現(xiàn)各支路電流均為零、節(jié)點(diǎn)N4為高電平節(jié)點(diǎn),N1、N2、N3、Nreg及其它節(jié)點(diǎn)都為低電平的情況,于是整個電路不工作。
可以設(shè)計一個啟動電路。它的工作原理如下:當(dāng)接通電源后,如果電路處于上述非工作平衡點(diǎn),則此時節(jié)點(diǎn)Nreg為低電平,故M17導(dǎo)通,使節(jié)點(diǎn)N6的電平升高,Mw、M20導(dǎo)通;M2的導(dǎo)通使節(jié)點(diǎn)N4的電位下降,促使M14、M15導(dǎo)通,節(jié)點(diǎn)Nreg電位上升;同時M19的導(dǎo)通使節(jié)點(diǎn)N1相對于Nreg保持低電位,于是M1、M2、M10導(dǎo)通,進(jìn)而節(jié)點(diǎn)N2、N5電位升高,M3、M4、Mll、Ml2、Ml3、Ml6和Ml8均導(dǎo)通,比較終使各支路都有電流流過,電路達(dá)到了平衡工作點(diǎn)。
同時,M18的導(dǎo)通使得節(jié)點(diǎn)N6的電位下降,加上節(jié)點(diǎn)Nreg的電位上升,M1、M20、M17將會相繼關(guān)閉,比較終使啟動電路中的各支路沒有電流流過,整個電路保持在正常工作點(diǎn)。
3結(jié)論本文完成了一個曲率補(bǔ)償型CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的電路設(shè)計,其指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計要求,具有一定的先進(jìn)性和實用意義。設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字CMOS兼容工藝。建立在非表面的帶隙機(jī)理上的帶隙基準(zhǔn)電壓源,憑借其高精度、低噪聲和低溫漂等優(yōu)點(diǎn)得到了普遍的重視。故本文在電路構(gòu)成中采用了曲率補(bǔ)償型帶隙基準(zhǔn)源的方案借助與曲率補(bǔ)償技術(shù)成功實現(xiàn)了溫度的兩級補(bǔ)償,在獲得高電源抑制比的同時取得了很高的溫度穩(wěn)定性。同時,電路結(jié)構(gòu)簡單,啟動性能好。
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