优化低功耗高精度CMOS带隙基准电路设计
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更新于2024-08-31
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本文主要探讨了精确高阶补偿CMOS带隙基准电路的设计与优化。带隙基准电路在现代大规模集成电路中扮演着至关重要的角色,它提供了一个稳定且精确的基准电压,对于许多模拟电路如A/D和D/A转换器、滤波器以及锁相环等的性能起着决定性作用。由于集成电路工艺的进步,对基准电路的精度要求日益提高,特别是温度稳定性,这是衡量带隙基准电路性能的关键指标。
传统的电路设计包括一阶补偿,如电路图1所示,其中通过设置两个相同类型、阻值相等的电阻R1和R2,并利用高增益运算放大器实现深度负反馈,使得输出电压Va等于Vb。电路中的电流I1与绝对温度成正比,通过调整发射结面积比N,可以抵消一部分温度变化的影响。
然而,文章的重点在于对经典高阶补偿带隙基准电路的改进。传统的电路存在偏差,为提高精度,作者在保持基本结构的基础上,进行了两项关键改动:首先,通过精细调整MOS管的尺寸,这直接影响电路的电荷迁移率和阈值电压,从而减少温度敏感性;其次,引入一个带有反馈的运算放大器,增强了电路的补偿能力,使得理论分析与电路模型之间的匹配更加紧密。
这种改进使得电路在UMC0.11μm 3.3V CMOS工艺下工作,实现了显著的温度系数优化。原电路的温度系数为0.42 ppm/℃,经过改进后降低到了0.086 ppm/℃,这意味着在-30~120℃的宽温范围内,电路的稳定性得到了显著提升,满足了低电压、低功耗的应用需求。
本文深入分析了一阶和高阶补偿电路的工作原理,并针对存在的问题提出了有效的改进策略。通过理论分析和仿真的验证,新的精确高阶补偿CMOS带隙基准电路不仅提高了基准电压的准确性,还显著改善了温度稳定性,这对于现代电子设计工程,特别是在集成电路设计中,是一项重要的技术创新。
2020-10-17 上传
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