在本課題中帶隙基準(zhǔn)源、誤差放大器、比較器等模塊都用到了運(yùn)算放大器。為了滿足這些模塊的要求，運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)為工作電壓為5V，工作溫度范圍為-40~80℃，增益大于90dB,輸出擺幅大于1.5V，相位裕度為60?。通過對(duì)上述條件進(jìn)行分析，可以選擇折疊式共源共柵電路和一個(gè)簡單放大器級(jí)聯(lián)的二級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)所需的電路。這樣可以在較高的增益下，保證其他參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。由于兩級(jí)運(yùn)放往往會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)低頻極點(diǎn)，所以采用米勒補(bǔ)償來做頻率補(bǔ)償^[2]。電路圖如圖3所示。

　　完成運(yùn)算放大器的基本電路設(shè)計(jì)之后，下面就得考慮共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何來，即偏置電路。偏置電路可以保證所有MOS管在整個(gè)工作范圍內(nèi)，工作于飽和區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)線性失真。本設(shè)計(jì)中采用電壓偏置方法，偏置電路如圖4所示。

　　經(jīng)過調(diào)整各MOS管的寬長比，經(jīng)過多次仿真優(yōu)化，得到的結(jié)果為增益達(dá)到95.5dB，單位增益帶寬約為36.5MHz，相位裕度為63?，基本滿足設(shè)計(jì)要求。仿真結(jié)果如圖5所示。

　　帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)

　　電壓基準(zhǔn)是模擬電路設(shè)計(jì)中不可缺少的一個(gè)單元模塊，它為系統(tǒng)提供直流參考電壓，這個(gè)電壓的要求必須是具有確定溫度特性，并且與電源和工藝無關(guān)。在大多數(shù)應(yīng)用中，所要求的溫度關(guān)系采取下面三種形式中的一種^[3]：

　　(1)與絕對(duì)溫度成正比(PTAT);

　　(2)常數(shù)(Gm)特性，也就是，一些晶體管的跨導(dǎo)保持常數(shù);

　　(3)與溫度無關(guān)。

　　在芯片內(nèi)部產(chǎn)生基準(zhǔn)電源的方法很多，可用有源分壓器，電阻器件分壓帶隙基準(zhǔn)電壓等方法實(shí)現(xiàn)。其中帶隙基準(zhǔn)是公認(rèn)的電壓性能和溫度性能最好的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法。下面我們就對(duì)帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理進(jìn)行研究，并且設(shè)計(jì)出一個(gè)滿足芯片需求的帶隙基準(zhǔn)電壓源。

　　帶隙電壓源的基本原理是將兩個(gè)擁有相反溫度系數(shù)的電壓以合適的權(quán)重相加，最終獲得具有零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓^[4]。

　　正溫度系數(shù)電壓的獲?。喝绻麅蓚€(gè)同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI₀和I₀，并且忽略它們的基極電流，電路如圖6所示。

　　圖7給出了一個(gè)常用的帶隙基準(zhǔn)電壓源的電路圖。