集成穩壓器中基準電壓源模塊的研究與設計
發布時間:2019-07-12 11:30:30來源:
收稿曰期:2008-04-23 I切斷保護虛線所示的方框部分。此電路包含兩個模塊,第一個模塊由晶體管M14-Mw組成,增加此模塊的目的是為了改善電路在較大電源電壓下的電源抑制比。其中起主要作用的是晶體管Mm,它可以起到一定的降壓作用:電源電壓通過它的降壓后,電壓Vreg開始下降,通過調節M14管的寬長比,可以使Vreg降低到一個適當值如4fV)。但不能太小,否則就不能保證管子工作于飽和狀態。
第二個模塊由晶體管Mw、Mn、Mi2、Mi3和組成,這是一個差分放大加反饋電路。其具體工作過程為:假設電源電壓VDD的變化引起Vreg的變化,使流經MpM2的電流和節點N2、Ni的相對值發生變化,節點N2相對于Ni的電位差經Mi0、Mn、Mi2和Mn構成的放大器放大,使節點N3的電位升高,比較終由M9產生的反饋電流使Vreg降低,保持為所需的電壓值。這里由Ml.、Mll、Ml2、MB和M9形成的兩級放大器的增益越高,Ni與N2的電位以及Mi與M2的電流的相對變化就越小,Vreg也就越穩定,從而使輸出電壓對電源電壓的變化和抑制就越強。
增量為:電路中其他支路的電流變化對Vreg的電壓變化也有相應的反饋作用,但它們所占比例遠遠小于im9的變化,所以整個環路增益可近似為:由式33)知,要增加環路增益,提高電源抑制比,可以增大M、H的跨導或節點NKg、N3的等效阻抗,其中比較有效的辦法是增大節點N3的等效阻抗,如中采用的CascodeStage電路。但是,由于很高的增益及額外電路可能引入寄生極點,為在寬的頻域內保證電路穩定,需要增加額外的電阻電容補償,以增大相位裕度。由于電容和大電阻會占據相當大的面積和功耗,故應盡量避免,所以仍采用所示電路。由于該電路只能工作在較低電壓下,要增加晶體管M4,使其承擔一部分電壓,這樣的電壓有所降低,該電路才可以正常工作。
2.3啟動電路2.3.1設計思路在對電路進行仿真的過程中發現,電路工作呈現一定的不穩定性,有時甚至不工作,所有支路的電流都為零,此時電路處于無法啟動的狀態。從理作狀態,還應增加一個啟動子電路。
一個好的啟動電路除了具備快速啟動的功能外,還應該在它啟動整個電路之后,自身能夠自動關斷。這在低功耗電路設計中尤為重要,可以避免產生不必要的功耗。
2.3.2電路結構及其分析當電源Vdd接通瞬間,可能出現各支路電流均為零、節點N4為高電平節點,N1、N2、N3、Nreg及其它節點都為低電平的情況,于是整個電路不工作。
可以設計一個啟動電路。它的工作原理如下:當接通電源后,如果電路處于上述非工作平衡點,則此時節點Nreg為低電平,故M17導通,使節點N6的電平升高,Mw、M20導通;M2的導通使節點N4的電位下降,促使M14、M15導通,節點Nreg電位上升;同時M19的導通使節點N1相對于Nreg保持低電位,于是M1、M2、M10導通,進而節點N2、N5電位升高,M3、M4、Mll、Ml2、Ml3、Ml6和Ml8均導通,比較終使各支路都有電流流過,電路達到了平衡工作點。
同時,M18的導通使得節點N6的電位下降,加上節點Nreg的電位上升,M1、M20、M17將會相繼關閉,比較終使啟動電路中的各支路沒有電流流過,整個電路保持在正常工作點。
3結論本文完成了一個曲率補償型CMOS帶隙基準電壓源的電路設計,其指標已達到設計要求,具有一定的先進性和實用意義。設計采用標準數字CMOS兼容工藝。建立在非表面的帶隙機理上的帶隙基準電壓源,憑借其高精度、低噪聲和低溫漂等優點得到了普遍的重視。故本文在電路構成中采用了曲率補償型帶隙基準源的方案借助與曲率補償技術成功實現了溫度的兩級補償,在獲得高電源抑制比的同時取得了很高的溫度穩定性。同時,電路結構簡單,啟動性能好。
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