基于CMOS閾值電壓的基準(zhǔn)電路設(shè)計
由于工藝及實際生產(chǎn)中存在偏差,運放通常會受到輸入“失調(diào)”的影響。假設(shè)失調(diào)電壓為Vos,以A1為例,原來的式(10)與式(12)變?yōu)椋?p>
因為VOS1《VTP,所以含有VOS1的多項式的值也很小,其對于VP的影響也小。同理對A2,A3,式(17),式(18)變?yōu)椋?p>
同樣,由于VOS2《VTN,VOS3《VP,所以A2,A3的失調(diào)電壓對于VN和Vref的影響也很小,并且,其對于Vref的作用還可以通過R7/R5來補償。
3 電路設(shè)計
基于上面分析,該電路基于某公司O.5 μm工藝設(shè)計,表1所示的是圖3中部分器件的設(shè)計參數(shù)。
為了減小運放的失調(diào)電壓,MP1,MP2對和MN1,MN2對均采用相同的寬度以確保較好的匹配性。另外,由式(11)、式(16)分析可以看出,閾值電壓也需要一定的匹配,因此設(shè)計中使用一些大尺寸的器件,并在版圖中將它們放置在相鄰的位置,以消除失調(diào)。
4 仿真結(jié)果
根據(jù)以上電路設(shè)計,電路采用hSpice進(jìn)行仿真驗證。如圖8(a)~(c)所示分別為該電路輸出O.6 V,1.2 V以及2.95 V的仿真結(jié)果。可以看出,在-50~+125℃之間,輸出的基準(zhǔn)電壓只有零點幾個毫伏的波動,明顯降低了傳統(tǒng)電路中由于雙極晶體管帶來的溫度系數(shù),并且輸出并不再像帶隙基準(zhǔn)那樣,只能輸出l.25 V的基準(zhǔn)電壓,而是可以通過調(diào)整減法器的比例來達(dá)到設(shè)計者需要的基準(zhǔn)電壓。
5 結(jié) 語
依據(jù)CMOS閾值電壓和溫度的線性關(guān)系,利用閾值電壓產(chǎn)生兩個獨立于電源電壓和晶體管遷移率的負(fù)溫度系數(shù)電壓VP和VN,通過將其相減,抵消溫度系數(shù),從而得到任意大小的基準(zhǔn)電壓值。設(shè)計電路中不涉及雙極晶體管,從而避免了其帶來的溫度影響。電路基于某公司O.5 μm CMOS工藝設(shè)計,利用HSpice進(jìn)行仿真驗證,各項指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計要求,并已成功應(yīng)用于一款高精度的ADC電路中,且實際測試結(jié)果與設(shè)計值吻合,驗證了該方案的正確性與可行性。目前正在將其應(yīng)用于鎖相環(huán)等電路中,使該基準(zhǔn)電路得到更廣泛的應(yīng)用。
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