低压低功耗CMOS带隙电压基准及启动电路设计1精选.pdf

维普资讯 第 26卷 第 1O期 半 导 体 学 报 Vol-26 No．10 2005年 1O月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS Oct．．2005 低压低功耗 CMOS带隙电压基准及启动电路设计* 许长喜 (南开大学微 电子科学系 ，天津 300071) 摘要：介绍了一种低压电流模带隙电压基准 电路，并提出了一种新颖的启动 电路结构．电路采用预先设置 电路工 作点和反馈控制相结合的方法有效地克服了第三简并点的问题，从而保证 电路能够正常工作．文中给出详细的分 析和电路实现，并给出了一种电路简并点和启动裕度分析的SPICE仿真方法．电路采用 0．25,um CMOS工艺设计 并流片．最后对 电路的测试结果进行了比较和分析． 关键词：低压低功耗；带隙电压基准；启动电路；SPICE仿真 EEACC：2570D ；1280 中图分类号：TN402 文献标识码 ：A 文章编号：0253—4177(2005}10—2022—06 用 0．25amCMOS工艺进行设计并流片，测试结果 1 引言 表明在 O～100℃的温度范围内，电路能够可靠工作 并提供 14ppm／K，0．987V的电压输 出． 带隙基准可以在温度及 电源 电压变化环境 中提 供稳定的参考电压 ，因此广泛应用于各种模拟集成 2 电流模带隙基准原理 电路、数模 混合信号集成电路和系统集成芯片 (SOC)中，其精度直接决定了整个系统的精度．随 带隙基准的基本原理[1是利用 pn结电压的负 着集成电路工业的发展，SOC将成为今后集成电路 温度系数和不同电流密度下两个 pn结电压差的正 设计 的主流，而数字 CMOS工艺在 VLSI制造中占 温度系数相互补偿 ，从而得到温度漂移很低的输 出 有绝对主导地位 ，因此，设计与标准数字 CMOS工 电压．理论证 明，这个输出电压值约等于硅 的带隙电 艺兼容的高精度带隙基准电压源知识产权模块(IP) 压 ，所以这种 电路被称为带隙基准电压源． 具有重要意义．带隙基准有许多重要 的性能参数 ，如 传统带隙基准 电路只能产生 1．25V左右的带 对温度的依赖性、基准值的精确性、电路的功耗 、噪 隙基准电压 ，这限定 了电路在低压下的应用．为了在 声等．另外，由于带隙基准 电路存在多个简并点，电 低压下得到稳定的电压参考源 ，必须对传统的带隙 路的启动问题也值得仔细考虑． 电压基准源 电路进行改进或者提 出新 的结构．1999 本文设计了一种应用于便携式音频 电路的低压 年，Banba等提出了一种适合低压工作的电流模结 低功耗电流模带隙基准电路．分析总结了与电路启 构电路[2]，并在最近几年取得 了很大的进展 ． 动相关的因素 ，提 出了一种新颖的电路结构 以克服 图 1是电流模式带隙基准电路的原理 图．Qa和 在电流模式下带隙基准 电路潜在 的第三简并点问 Qb发射结面积 比为 1：N．Qa，Qb，Rb，R ，R ， 题．电路预先设置了正常工作点，通过监测核心电路 Mpul，Mpu2和运放组成了核心电路． 内部节点电压来反馈控制启动的过程 ，从而保证 电 假定 Mpul，Mpu2和 Mpu3是相同的，且 R一 路能够可靠地工作．同时本文给出了一种 SPICE的 R ，而运