带隙基准电压源123意义原理电路仿真1意义由于电压基准源的上述特性,其在集成电路的设计中扮演极其重要的作用。尤其各种DAC,ADC,传感器芯片,检测芯片,电源管理类等芯片中广泛使用!电压基准源通常要求具有较高的精度和稳定度:不随电源电压变化不随温度变化不随半导体工艺变化而目前产业界用得最多的电压基准源就是带隙基准电压源,几乎在绝大多数的芯片都能看到带隙基准电压源的身影!在模拟集成电路设计的三大教材中也专门对此进行了讲解说明:2原理半导体工艺中具有正温度系数和负温度系数的两种电压:负温度系数的PN结电压VBE正温系数的热电压VT为了产生零温度系数电压基准信号可将负温度系数的PN结电压VBE和正温度系数的热电压VT进行组合即可实现,这样就会得到零温度系数(ZTC:ZeroTemperatureCoefficient)带隙电压基准源。那么我们首先来回顾一下上面提到的两种随温度变化的电压:PN结结电压热电压3原理将与绝对温度呈正比例变化的电压VT和与绝对温度呈反比例变化的电压VBE进行线性组合从而产生带隙电压基准源。因此令利用上面的正、负温度系数电压,我们可以设计出一个令人满意的零温度系数带隙基准电压源:4原理室温附近:要获得零温度系数的电压基准源,那么:零温度系数带隙基准电压源:5传统基准源电路由此可设计电路,假设取n=7,令R1=26k,计算得R2=260kPPM=由图可知此基准源电路Q2与Q1电压差为:(1)运放处于深度负反馈状态,使得运放两输入节点电压相等,故:由于M1和M2镜像作用,I1=I2,将(1)(2)代入得:(2)(3)将(3)与联立可得:,且n=7,因为R1为26k,由公式可推出R2,,图中使用NMOS管、PMOS管、三极管PNP管构成如原理图中的电路,其中MOS管宽长比为10/2um、三极管设定面积倍数关系为7倍。图中MOS管均处于饱和状态。7实验电路仿真电阻R2初始值为260k时,输出电压随温度变化而变化的曲线。8实验电路仿真为探究输出曲线的最佳温度特性,设电阻R2为变量R,并给其一个变化范围,并缩小范围找出同等温度范围内,相对最好的温度特性的输出曲线。右图为R设置为200K到300K之间的输出曲线。由图可知R2为260k时,曲线较为平缓,。如图所示,R2为255k时,曲线较为平缓,因而确定为255k时,输出曲线温度特性最为理想。10
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