CMOS模拟集成电路设计ch带隙基准实用PPT课件.pptx

**CMOS模拟集成电路设计中的带隙基准** 带隙基准是一种重要的电路设计技术，它用于创建一个独立于电源电压和半导体制造工艺、同时具有确定温度特性的直流电压或电流。这样的基准电压或电流对于模拟集成电路的稳定性和精度至关重要。 1. **概述** 基准设计的主要目标是创建一个与电源电压无关且温度特性稳定的参考电压或电流。这种特性通常通过两种方式实现：一种是与绝对温度成正比（PTAT，Proportional to Absolute Temperature）的电流，另一种是具有常数跨导（Gm）的电路。 2. **与电源无关的偏置** - **电流镜**：电流镜是一个能够复制电流的电路结构，但其电流值可能受到电源电压的影响。为了消除这种依赖性，可以使用“自举”方法，即设计一个能够自我复制电流的电路，即使电源电压变化，也能保持电流恒定。 - **沟道长度调制效应**：通过使用长沟道器件可以忽略这一效应，从而减少电源电压对电流的影响。 - **简并偏置点**：电路在某些条件下可以稳定在两种状态之一。为了避免在上电时处于简并状态（导致电流为零），需要添加启动电路来确保电路正常工作。 3. **与温度无关的基准** - **负温度系数电压**：双极晶体管的基极-发射极电压（VBE）随温度升高而减小，可以利用这一点设计负温度系数的电路。 - **正温度系数电压**：通过让两个双极晶体管在不同电流密度下工作，它们的VBE差值会与温度成正比，从而构建正温度系数电路。 - **带隙基准**：结合正负温度系数电路，可以构造出在室温下温度系数接近零的基准电压。这通常涉及两个双极晶体管，通过运算放大器实现X点和Y点的平衡，以达到带隙电压。 4. **PTAT电流的产生** - **PTAP电流**：在带隙基准电路中，利用双极型管的偏置电流随温度线性变化的特性，可以构建PTAT电流源。简化电路可以通过使两个电流镜的输出相等来实现，进而转化为产生带隙基准电压的电路。 5. **恒定Gm偏置** - **跨导**：恒定Gm偏置电路是通过确保跨导（Gm = dVout/dVin）恒定来实现的。通过使用开关电容代替电阻，可以提高精度，因为电容的值不会受电源电压的影响。 总结： CMOS模拟集成电路设计中的带隙基准技术涵盖了电源无关的偏置设计、温度补偿策略、工艺兼容性、运放失调管理、电路稳定性以及启动过程。这些知识点对于构建高性能、高精度的模拟电路至关重要，特别是在温度敏感的应用中，如ADCs、DACs和精密放大器等。通过理解并掌握这些概念，设计师可以创建出能够在各种条件和环境中保持可靠性能的集成电路。