【设计】电压与电流基准

电源芯片中基准电路不但是系统实现的基础和关键单元之一,而且基准电路的设计方法和采用的基本原则,对模拟IP电路的设计具有普遍的指导意义。在了解基准电路温度补偿原理的基础上,熟悉各种类型电压和电流基准的基本结构和参数调试方法,了解各类非理想因素对电路性能的影响,并能够根据需要灵活应用或改进电路设计。
基准电路建立在高性能偏置电路的基础上。偏置电路已能解决电路中偏置电压、偏置电流与电源电压的敏感性,而基准电路需要尽可能的降低电源电压对偏置电压,偏置电流大小的影响。除此以外,还需实现输出电压或电流与温度近似无关的特性,

要求

电压偏置和电流偏置是相互关联的,稳定的电压可以转化为稳定的电流偏置,同样,稳定的电流也可形成稳定的电压偏置,两者本质上是一致的,并可通过相互转换为电路提供所需的偏置。本章重点讨论电压基准设计的相关问题,在高性能偏置结构基础上,形成的基准电压或电流至少应满足以下三点基本要求:
(1)与电源电压无关,表现为静态电流恒定,动态下则尽可能具有较高的电源抑制比;
(2)与温度无关,在一定的温度范围内温度系数近似为零;
(3)与工艺无关,主要表现在与CMOS工艺中最关键的阅值电压VTH无关,这样即可克服工艺漂移对输出的影响。

以上工艺、温度和电源电压的无关性也是模拟IP设计的基本指导原则和追求的主要目标。此外,根据CMOS工艺和SoC系统发展的实际需要,基准电路或基本的模拟IP还需满足以下要求:

(1)低电压工作,最低电源电压为1.5V甚至小于1V;
(2)低电源功耗,在某些手持设备中要求1pA以内的电源电流功耗;
(3)低噪声输出;
(4)输出与电路的内部状态电压无关,主要是消除衬底偏置效应的影响;
(5)在特殊的场合可以提供一定的负载驱动能力。

采用PN结、运放以及复杂恒流源等模块组成的带隙基准电路,因电路结构复杂,功耗增加,一般只适合静态功耗较大的高性能带隙基准实现。相反,对于采用MOS亚國工作状态,利用△VTH代替△Vbe而构成的基准电路,虽然工艺的一致性变差,与工艺的相关性明显上升,但电路结构非常简单,而且电路工作在亚阔区,适合极低功耗的电路

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