設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)超低壓差線性穩(wěn)壓器的帶隙基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)余華a，鄒雪城，陳朝陽(yáng)15（華中科技大學(xué)a.電子與科學(xué)技術(shù)系，b.圖像識(shí)別與人工智能研究所，圖像處理與智能控制國(guó)家重點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。p型襯底作為晶體管的集電極。

　　3基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所示為帶隙電壓基準(zhǔn)電路原理圖，它包括電流源偏置、帶隙核心電路、PTAT電流產(chǎn)生、軟啟動(dòng)電路和運(yùn)算放大器。

　　3.1運(yùn)算放大器差分輸入級(jí)，當(dāng)電路平衡時(shí)，共源共柵電流鏡為其提供偏置電流IM1，M2具有相同的寬長(zhǎng)比（41/20）；M3，M4構(gòu)成運(yùn)放的有源負(fù)載；M5與M6構(gòu)成共源共柵電流鏡，為運(yùn)放提供偏置電流；M25與M26構(gòu)成第二級(jí)放大器，為運(yùn)放提供了一個(gè)反饋電流，以維持電流常數(shù)以及不依賴于輸入電壓的變化。運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓是導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓yREF絕對(duì)值漂移的不穩(wěn)定因數(shù)之一；差分輸入對(duì)管的尺寸不匹配以及閾值電壓不匹配，也會(huì)導(dǎo)致輸入失調(diào)電壓。另外也受到運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益影響。為了減小S，降低由電源電壓波動(dòng)引起的影響，在設(shè)計(jì)中，盡可能改善運(yùn)放的增益及PSRR，另外，盡可能使M4與M3，M25與M26匹配，以降低輸入失調(diào)電壓的影響。

　　3.2帶隙核心電路一對(duì)二極管連接的三極管構(gòu)成帶隙核心，因?yàn)檫\(yùn)放處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，r=r，'兩端的電壓降為BE，M7與M8構(gòu)成共源共柵電流鏡，為電路提供偏置電流，（31與Q2的發(fā)射極面積之比為8.偏置電路之間的電流關(guān)系設(shè)計(jì)為電路的靜態(tài)電流IQREFS 3.3偏置電路M5M13構(gòu)成共源共柵電流鏡為基準(zhǔn)電路提供偏置電流，它具有高輸出阻抗和較高的穩(wěn)定性，還可產(chǎn)生PTAT電流。M14作為共源共柵電流鏡的負(fù)載。是第一級(jí)與第二級(jí)放大器之間的補(bǔ)償電容，保證了穩(wěn)定性，同時(shí)它還是電路軟啟動(dòng)電容。

　　3.4啟動(dòng)電路該帶隙基準(zhǔn)電路具有一個(gè)穩(wěn)定的零電流狀態(tài)，即具有一個(gè)簡(jiǎn)并點(diǎn)，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)具有自偏置功能的軟啟動(dòng)電路。如所示，M15M24，組成了軟啟動(dòng)電路，M17，M19和'構(gòu)成峰值電流鏡為啟動(dòng)電路提供偏置電流IB和啟動(dòng)電流IC，M21和M22組成一個(gè)反相器。當(dāng)輸出電壓VREF加在“非門”的輸入端時(shí)，其輸出反相后去控制M24的通斷，M24作為一個(gè)開(kāi)關(guān)使用。

　　芯片剛上電時(shí)，vref保持為低電平，經(jīng)過(guò)非門變?yōu)楦唠娖?，M24導(dǎo)通，通過(guò)電流I.為電容C：充電，直到上的電壓使M25和M26導(dǎo)通，基準(zhǔn)模塊的電流偏置建立起來(lái)，從而使運(yùn)放工作，基準(zhǔn)電路開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)基準(zhǔn)電壓達(dá)到一定值（一般為0.9V左右），啟動(dòng)模塊被關(guān)閉，沒(méi)有電流從啟動(dòng)模塊輸出，此時(shí)電容G作為頻率補(bǔ)償電容。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（30ws左右），這個(gè)閉合回路將達(dá)到穩(wěn)定，基準(zhǔn)建立起來(lái)，比較終值為1.22V左右。

　　4仿真結(jié)果0.5wm2P3MCMOS工藝，米用Hpsice，考慮了輸入電源電壓變化、溫度變化及MOS管快慢模型組合的5Corner仿真。

　　所示為所設(shè)計(jì)的內(nèi)部運(yùn)算放大器的增益和相位裕度的仿真結(jié)果。

　　TEMP=-40，25和125C，輸入電壓3.0V下的啟動(dòng)特性仿真曲線，可見(jiàn)電路啟動(dòng)快速，啟動(dòng)時(shí)間為20W s左右。

　　種輸入電壓下，基準(zhǔn)電壓與溫度之間關(guān)系的仿真結(jié)果曲線。

　　輸入電壓/V基準(zhǔn)電壓隨輸入電壓的變化曲線（下轉(zhuǎn)第548頁(yè)）TT，SS，F(xiàn)F三種模型下，基準(zhǔn)電壓與輸入電壓之間關(guān)系的仿真結(jié)果曲線。在室溫下，基準(zhǔn)電壓為1.22165V時(shí)，具有零溫度系數(shù)，當(dāng)輸入電壓從2.56V改變時(shí)，基準(zhǔn)電壓僅改變0.1mV，保證了基準(zhǔn)電壓具有較高的精度。另外在其他兩種溫度下，電路也具有相當(dāng)高的電壓精度。

　　l.OdB，輸入駐波比1.2：1，輸出駐波比1.2：1.是C波段放大器增益、輸入輸出駐波測(cè)試曲線，是噪聲測(cè)試曲線。

　　頻率/GHz C波段放大器噪聲測(cè)試曲線4結(jié)束語(yǔ)根據(jù)參數(shù)要求選取元器件，建立合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入器件的s參數(shù)及噪聲參數(shù)，通過(guò)微波設(shè)計(jì)軟件Ansoft，根據(jù)C波段放大器的電路性能要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并考慮電路板制作的容差和器件的離散性，合理選取電路板材料，采用鉛焊工藝，成功制作出56GHz功率增益大于32dB，輸入輸出駐波比1.2：1，噪聲系數(shù)1.0dB的放大器。