最新[精华]模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第十一章带隙基准
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[精华]模拟CMOS集成电路设计 (拉扎维)第十一章带隙基准
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
2
概述
西电微电子：模拟集成电路原理
基准是直流量，与电源和工艺参数的关系小，与 温度的关系是确定的。 目的：建立与电源和工艺无关，具有确定温度特 性的直流电压和电流。 形式：与绝对温度成正比（PTAT）
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
27
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
28
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
29
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常数Gm特性 与温度无关
Bandgap Ref Ch. 11 # 3
概述
西电微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 4
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
5
西电微电子：模拟集成电路原理
9
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
负温度系数电压 V T B E V T T lI I n C S 4 m V T T k E g 2 V T T V B E 4 m T V T E gq
当VBE＝750mV，T＝300K，为－1.5mV/K
10
西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
如何产生IREF？
Iou t R1 V 1DgD m 1W WL L1 2
6
西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
n C O 2 IW o Xu L tN V T1 H n C O 2 K IX o W uL tN V T2 H IoR u St
nCO 2IX W ouL t N1 1KIouRtS
19
西电微电子：模拟集成电路原理
PTAT电流的产生
20
西电微电子：模拟集成电路原理
PTAT电流的产生
VREFVBE3R R12VTlnn
21
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
22
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
正温度系数电压
V B E V B1E V B2E V Tln n IS 1 0 IV Tln IIS 0 2 V Tln VBE k lnn T q
Bandgap Ref Ch. 11 # 11
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
VREF=α1VBE+α2(VTln n) α1=1 根据室温时温度系数 之和为零， 得到：α2 ln n＝17.2 VREF＝ VBE+17.2VT=1.25
15
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
V ou t2VB2 E 1R R 3 2 2V Tlnm() nV OS
16
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
17
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
18
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
恒定Gm偏置
23
本讲内容
西电微电子：模拟集成电ห้องสมุดไป่ตู้原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
24
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
PMOS 电流镜保 证Q1－Q4的集电 极电流相等
25
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
26
2
Iout nCoxW 2/LNR 1S 211k
7
西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
VTH 1VTH 5VTH 3 VDD
VG1SVTH 5VG3SVDD
8
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
Bandgap Ref Ch. 11 # 12
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
Vout VBE 2VTlnn1R R32
13
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
Bandgap Ref Ch. 11 # 14
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
VoutVB2 E1R R3 2VTlnnVOS
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
2
概述
西电微电子：模拟集成电路原理
基准是直流量，与电源和工艺参数的关系小，与 温度的关系是确定的。 目的：建立与电源和工艺无关，具有确定温度特 性的直流电压和电流。 形式：与绝对温度成正比（PTAT）
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
27
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
28
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
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常数Gm特性 与温度无关
Bandgap Ref Ch. 11 # 3
概述
西电微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 4
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
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西电微电子：模拟集成电路原理
9
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
负温度系数电压 V T B E V T T lI I n C S 4 m V T T k E g 2 V T T V B E 4 m T V T E gq
当VBE＝750mV，T＝300K，为－1.5mV/K
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西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
如何产生IREF？
Iou t R1 V 1DgD m 1W WL L1 2
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西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
n C O 2 IW o Xu L tN V T1 H n C O 2 K IX o W uL tN V T2 H IoR u St
nCO 2IX W ouL t N1 1KIouRtS
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西电微电子：模拟集成电路原理
PTAT电流的产生
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西电微电子：模拟集成电路原理
PTAT电流的产生
VREFVBE3R R12VTlnn
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本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
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西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
正温度系数电压
V B E V B1E V B2E V Tln n IS 1 0 IV Tln IIS 0 2 V Tln VBE k lnn T q
Bandgap Ref Ch. 11 # 11
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
VREF=α1VBE+α2(VTln n) α1=1 根据室温时温度系数 之和为零， 得到：α2 ln n＝17.2 VREF＝ VBE+17.2VT=1.25
15
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
V ou t2VB2 E 1R R 3 2 2V Tlnm() nV OS
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西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
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西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
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本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
恒定Gm偏置
23
本讲内容
西电微电子：模拟集成电ห้องสมุดไป่ตู้原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
24
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
PMOS 电流镜保 证Q1－Q4的集电 极电流相等
25
实例分析
西电微电子：模拟集成电路原理
26
2
Iout nCoxW 2/LNR 1S 211k
7
西电微电子：模拟集成电路原理
与电源无关的偏置
VTH 1VTH 5VTH 3 VDD
VG1SVTH 5VG3SVDD
8
本讲内容
西电微电子：模拟集成电路原理
• 概述 • 与电源无关的偏置 • 与温度无关的基准 • PTAT电流的产生 • 恒定Gm偏置 • 实例分析
Bandgap Ref Ch. 11 # 12
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
Vout VBE 2VTlnn1R R32
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西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
Bandgap Ref Ch. 11 # 14
西电微电子：模拟集成电路原理
与温度无关的偏置
VoutVB2 E1R R3 2VTlnnVOS