PDF《衬底驱动超低压 CM O S 带隙基准电压源》

2 ] . 因此, 在低 压或超低压应用时, 传统的带隙基准电压源受到了极 大的限制, 迫切需要开发新的技术以实现当今低压低 功耗的要求.文献[1,

2 ]和文献[4 ~

6 ]分别提出了一 些新的设计技术.然而, 这些技术由于需要特殊的制 作工艺、 占用较大的芯片面积而增加了成本. 笔者采用电流反馈技术、 二阶温度补偿技术, 设 计了一种基于衬底驱动技术和电阻分压技术[6,

7 ] 的 超低压CM O S 带隙基准电压源电路, 其中所用的负 反馈放大器为衬底驱动超低压运算放大器, 其输出 电压用于产生自身的电流源偏置电压以提高电源抑 制比. 基于TSM C

0125 Λ m CM O S 工艺的BS I M 3V

3 模型, 对所设计的超低压CM O S 带隙基准源进行了 仿真验证, 达到了较好的性能, 所实现的版图面积为

203 Λ m *47811 Λ m.

2 衬底驱动带隙基准电压源(BDBGR ) 2.

1 衬底驱动带隙基准电压源电路 所设计的超低压CM O S 带隙基准电压源如图1 所示, 该电路由三部分组成: 衬底驱动运放、 基准源 核心电路和启动电路.其中衬底驱动超低压运放的 输出用于产生自身的电流源偏置, 简化了电路, 提高 了电源抑制比(PS R R ).在基准源的核心电路中, 正 温度系数和负温度系数由二极管连接的纵向寄生 PN P Q

1、 Q

2 管提供. 通过调节电阻R

1 ~ R

4 可以得到 所期望的基准输出电压.设R 1= R 11+ R 12= R 2= R

21 + R 22, 其中R 11= R 21, R 12= R 22以保证X、 Y 节点的电 压相等.M

9 ~M

12 的栅端接运放的输出端, 具有相 同的尺寸, 以保证各自的电流相等. 在未进行温度二 阶补偿, 当电路平衡时, 有: 图1 衬底驱动超低压CMO S 带隙基准电压源完整电路 F ig.

1 The circuit of the bulk2driven based ultra2low vo ltage CMO S bandgap vo ltage reference I = I1 + I2 = V EB1 R

2 + V T R

3 ln (N ) (1) 因此基准输出电压为: V REF = R

4 R

2 V EB1 + R

2 R

3 V T ln (N ) (2) 考虑运放的失调电压后, (2) 式变为: V REF = R

4 R

2 V EB1 + R

2 R

3 V T ln (N ) + R

2 R

22 V O S (3) 2.

2 温度补偿 在(3) 式中只运用了温度的一阶补偿技术. 所谓 的温度一阶补偿, 就是基准源对温度的微分在室温 下为零. 实际上, 双极晶体管的EB 结压降V EB 并不是 随着温度线性变化的, 而是由下式给出[5 ] : V EB (T ) = V BG - (V BG - V EB0) T T

0 - (Γ- Α )V T ln T T

0 (4) 其中Γ取决于双极晶体管的结构, 约等于4.当双极 晶体管中的电流是与绝对温度成正比(PTA T ) 的电 流时, Α = 1, 否则 Α = 0, 在(3) 式中, 只对输出基准电 压进行了温度的一阶补偿, 而(4) 式中的二阶温度项

2 3

5 固体电子学研究与进展26 卷?1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 对基准输出电压也有一定的影响, 因此需要对其进 行补偿. 笔者对所设计的基准电压源进行了温度的二阶 补偿, 基本思想是: 在双极晶体管EB 结上, 通过对一 个与温度无关的电流(Α = 0) 和一个与热力学温度成 正比(PTA T ) 的电流(Α = 1) 的组合来消除式中的非 线性项.由图1 可知, 流过晶体管Q

1、 Q

2 的电流是与 温度成正比 (PTA T ) 的电流 (Α = 1) , 而经过温度一 阶补偿后, PM O S 管M

9、 M

10 中的电流基本是与温 度无关的电流(Α = 0).所以, 如果用M

11 镜像复制 M

9、 M

10 中的电流, 再将M