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带有自偏置功能的高性能带隙基准源电路

时间:2016-07-11  作者:佚名

而在本设计中加入了新的思想,消除mismatch带来的影响,如图3本设计中具有源极负反馈补偿方法的带隙基准核心电路。

此电路由PM2、PM3等2个MOS管,和R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8等8个电阻,以及两个pnp型的BJT:Q1、Q2和一个运放AMP组成。其中PM2、PM3组成的电流镜像电路;R7、R8组成源极反馈电路,R5,R6组成电压补偿电路。

在BGR的设计中,很多单元 对其功能有一定的影响,其中电流镜的管的匹配影响对电路功能影响很大。

在图3的电路中我们添的R5 和R6 两个电阻是为了降低Mos管vds的影响,因为,如图PM2和PM3组成的电流镜单元,这两个管子的匹配对电路有很大的影响。当没有R6和R5两个电阻,那么我们会发现PM2和PM3的VDS相差很大,因为它们的源极基本上是接到VDD,而PM2漏极电压在600mV左右,而PM3的漏极电压稳定在1.2V左右,所以两个管子的VDS相差很大,会造成很高的匹配影响,为了降低其影响,我们添加了R6和R5两个电阻,来保证PM2和PM3的VDS接近,消弱VDS带来的影响。

为了进一步降低VDS和减小电流镜的匹配误差,我们添加了R8和R9,这样以R8和R9分别对两路电流镜形成了源极负反馈,当加入两个电阻时 ,随着PM2基极电压增加,其电流ID也增加,那么电阻的压降同时增加,那么其VDS也相对减小。这样就减小了电流镜电流偏差对电路的影响。

同时,与传统的带隙基准源对比,我们是以PM2、PM3形成电流镜像,而传统的本身两个BJT各有一路电流镜像,我们的结构进一步减小了电流匹配的误差。

10 仿真验证

验证整体的电路最终输出是否满设计要求,同时观察电路最低工作电压及不同条件下的功耗大小,确定BGR的精度。

由图4可知,当温度在-40~125℃变化时,输出基准电压在1.2~1.204 V之间变化,可得其温度系数为:

通过DC仿真得到,当电源电压在1.6V-3.3V,在所有工艺条件影响下包含:MOS,电阻,电容,BJT。输出基准电压在1.19V~1.22V之间变化,常温下为1.2V,变化范围仅为30mV,精度为±2%之内,达到了很高的精度。同时功耗仅为20uA,比同类IP功耗大大减小。

11 结论与展望

本文设计了一个高精度、低功耗,并且具有自偏置功能的带隙基准源电路,能够输出稳定的基准电压,主要用于MCU,SOC等的reference供电,具有高可靠性。同时提出的自偏置结构、独特的启动电路结构和源极负反馈补偿技术不仅对于BGR具有指导意义,还对于其他类型IP设计提供了新的想法,也具有重要意义。

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