一种二阶温度补偿的CMOS带隙基准电路知识.pdf

一种二阶温度补偿的 CMOS 带隙基准电路 一种二阶温度补偿的 CMOS 带隙基准电路 摘 要： 提出了一种可用于标准 CMOS 工艺下且具有二阶温度补偿电路 的带隙基准源。所采用的 PTAT2 电流电路是利用了饱和区 MOSFET 的电 流特性产生的， 具有完全可以与标准 CMOS 工艺兼容的优点。 针对在该工 艺和电源电压下传统的启动电路难以启动的问题，引入了一个电阻，使其 可以正常启动。基准核心电路中的共源共栅结构和串联 BJT 管有效地提高 了电源抑制比，降低了温度系数。基于 TSMC 0.35 mu; ｍ CMOS 工艺 运用 HSPICE 软件进行了仿真验证。 仿真结果表明， 在 3.3 V 供电电压下， 输出基准电压为 1.225 4 V ，温度系数为 2.91times;10-6V/ ℃，低频 的电源抑制比高达 96 dB ，启动时间为 7 mu;s 。关键词： CMOS 带隙 基准源；温度系数；电源抑制比 带隙基准源通常是模拟混合电路设计中重要的组成模块，主要应用于存 储器、模数／数模转换电路、电源管理、振荡器等电路中，为其提供高稳 定性的参考电压，对系统的性能起着至关重要的作用。随着半导体技术的 发展，尤其是系统集成（ SoC ）技术的发展， CMOS 工艺 [1-2] 具有高集 成度和低压、 低功耗的优势， 使得标准 CMOS 工艺下的带隙基准源得到了 广泛的应用。研究和设计高性能的 CMOS 带隙基准源成为了现今集成电路 设计中的一种发展趋势。 本文设计 CMOS 带隙基准源时引入二阶温度补 偿技术。采用了折叠式的共源共栅自偏置二级运放，核心电路运用双层 PMOS 管叠加结构，增大电路的 PSRR。通过 PNP 管的串联，降低了失调 电压对 CMOS 带隙基准源输出参考电压的影响。 最后通过产生与温度成平 方关系的 PTAT2 电流，在一阶温度补偿的基础上对基准源进行二阶温度 补偿，最终降低了 CMOS 带隙基准源的温度系数。图 1 为带二阶温度补 偿的 CMOS 带隙基准电压源的整体电路图。 1 带隙基准电路设计 1.1 二 级运放与 CMOS 带隙基准核心电路 ，整个二级运放 [3] 由 M5~M20 和 R1~R3 、C1 构成。它在电路中用来钳制核心电路中两点的电位，从而产 生对基准的一阶温度补偿。运放的第一级由 M5~M18 和 R1 、R2 组成， M5 、M6 管作为运放的差分输入端，除了能够有效地抑制温漂，还能获得 优良的噪声。 电阻 R1 、R2 可为运放的共源共栅管 M11~M18 提供偏置电 压，同时折叠式共源共栅结构可有效地增大运放的增益。运放第二级由 M19 和 M20 组成。这种采用 PMOS 管输入电流源负载的共源输出级方式 可以增大运放的输出电压摆幅。 在两级之间串联了电容 C1 和电阻 R3 ，对 运放所产生的主次极点和零点进行偏移，使系统更加稳定。 CMOS 带隙基准的核心电路是由图 1 中 Q1~Q5 、M21~M30 、R5 、R6 组成的，本文在传统 Ku