帶隙基準(zhǔn)電路_cmos無(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)源

本文為大家介紹一個(gè)cmos無(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)源電路。

常規(guī)的帶隙基準(zhǔn)電路

圖1所示是兩種常規(guī)的帶隙基準(zhǔn)電路，兩者都是通過(guò)箝制A，B點(diǎn)電壓相等，產(chǎn)生PTAT電流，再通過(guò)電阻R2將該電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，與晶體管的VEB相加，得到基準(zhǔn)電壓。兩者不同點(diǎn)是圖1（A）所示電路使用運(yùn)算放大器，圖1（B）所示電路使用電流鏡，使A，B電壓相等。運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)的性能受運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓、電源抑制比、增益等的嚴(yán)重影響。雖然可以通過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器得到很好的性能，但是運(yùn)算放大器不僅引入了新的噪聲和功耗，而且還增加了設(shè)計(jì)難度。電流鏡帶隙基準(zhǔn)電路雖然沒(méi)有使用運(yùn)算放大器，但是因?yàn)闇系勒{(diào)制效應(yīng)等原因，也會(huì)造成基準(zhǔn)源精度的降低。

圖1兩種常規(guī)的帶隙基準(zhǔn)電路

cmos無(wú)運(yùn)放帶隙基準(zhǔn)源

本文在圖1（B）常規(guī)電流鏡帶隙基準(zhǔn)電路的基礎(chǔ)上，提出一種新型帶隙基準(zhǔn)電路，如圖2所示。

圖2 新型帶隙基準(zhǔn)電壓源

啟動(dòng)電路

因?yàn)閹峨娐分写嬖诤?jiǎn)并偏置點(diǎn)，當(dāng)電源上電時(shí)，有可能出現(xiàn)所有支路都傳輸零電流的情況，使整個(gè)電路不能正常工作。因此，需要啟動(dòng)電路讓電路在上電時(shí)擺脫簡(jiǎn)并偏置點(diǎn)。

圖2電路中的M9～M14和Q5組成啟動(dòng)電路。剛接通電源時(shí)，節(jié)點(diǎn)⑥為低電平。M9導(dǎo)通，給節(jié)點(diǎn)⑥充電。當(dāng)節(jié)點(diǎn)⑥電壓升到一定高度時(shí)，整個(gè)帶隙基準(zhǔn)電路開(kāi)始正常工作，同時(shí)導(dǎo)致（6）式成立，從而在電路正常工作時(shí)M9處于截止?fàn)顟B(tài)。啟動(dòng)電路不再對(duì)電路產(chǎn)生影響，完成電路的啟動(dòng)。

基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路

圖2中，M1，M2，M5，M6寬長(zhǎng)比的比例為2∶1∶1∶2。M3，M4，M7寬長(zhǎng)比的比例為2∶1∶2。Q1，Q3～Q5是一樣的三極管，Q2是與Q1一樣的16個(gè)三極管的并聯(lián)。

M1～M5，Q1，Q2形成PTAT電流產(chǎn)生電路。M5還起反饋?zhàn)饔?。M6，M7，Q3支路為M3，M4提供偏置電壓，同時(shí)起負(fù)反饋?zhàn)饔?，使?jié)點(diǎn)①電壓等于節(jié)點(diǎn)②電壓。Q1和Q3是一樣的三極管，M7和M3的柵極相連，使V⑤＝V③。假設(shè)節(jié)點(diǎn)③電壓不等于節(jié)點(diǎn)⑤電壓，如果V⑤＞V③，由VBE1＜VBE3得到I1＜I5，而由VGS3＞VGS7得到I1＞I5，與前面得到的結(jié)論相矛盾，所以，V⑤＝V③，I1＝I5，VGS1＝VGS6，從而得到節(jié)點(diǎn)①電壓等于節(jié)點(diǎn)②電壓。由電流鏡和各個(gè)晶體管的尺寸比值，可得出IPTAT＝I1＝I2＋I(xiàn)3＝I4＝I5＝I6。因?yàn)镸3和M4傳輸同樣的電流，漏極電壓又相等，它們接在同一個(gè)柵極電壓上，所以，V④＝V③。

（7）式得到的正溫度系數(shù)電流IPTAT被鏡像到M８，Q4，R2支路。通過(guò)該電流流過(guò)R2產(chǎn)生的電壓和VEB4相加，得到所要的帶隙基準(zhǔn)電壓。

但是，實(shí)際電路會(huì)與這個(gè)比值有所偏差。最終電路得到了約1．25V的基準(zhǔn)電壓。

下面分析電路中兩個(gè)支路的反饋?zhàn)饔谩?/p>

首先分析2M6M7所在反饋支路。假設(shè)節(jié)點(diǎn)2電壓升高V，節(jié)點(diǎn)6電壓變化為：

由（14），（15）式得，V經(jīng)過(guò)M5支路反饋后返回到節(jié)點(diǎn)2的電壓變化量為：

從（13）和（16）式可以看出，這兩個(gè)支路反饋回來(lái)的電壓量V2均與－V成正比，所以是負(fù)反饋。這兩路負(fù)反饋使電路比普通結(jié)構(gòu)有更大的環(huán)路增益，從而提高了環(huán)路的抗干擾能力和電路的電源抑制比，減小了常規(guī)結(jié)構(gòu)中溝道調(diào)制效應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)源精度的影響。