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基準電壓的電源

信息來源:本站 日期:2017-05-08 

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因為NMOS耗盡管的閾值電壓為負值,并且具有負溫度系數(shù),因此由式(1)可知,耗盡管電流隨溫度上升而變大。同時將該輸出接到基準電源第二級電路中M2管的柵極,減弱了該點隨電源電壓的變化,從而有效地進步了基準輸出真?zhèn)€電源按捺特性。


(1)溫度系數(shù)。該電流就是通過增強管M6的電流。

。為了獲得較好的電源按捺特性,可以將圖1的基準單元進行級聯(lián)排列,如圖2所示。


(1)可以產(chǎn)生較低基準電壓。



在此分析先容了一種低功耗基準電壓源電路的設計方案,該電路的最大功耗小于1μW,溫度系數(shù)為21ppm/℃;同時因為電路結(jié)果較簡樸,易于集成,已經(jīng)用于電池充電保護芯片。


(2)基準電壓的電源按捺比。從可以看到基準電壓從-40℃的0.96332V變化到30℃時的0.96235V,因此該基準的溫度系數(shù)為(ppm/℃):

該電路采用CSMC公司0.6/μm的工藝,仿真使用49級模型,得到以下結(jié)果:

M1,M2,M4為耗盡管,M5,M6為增強管。

M4管柵源極相連充當恒流源,因為該管長度設置得較大,因而對應的等效電阻很大,流過的靜態(tài)電流很小,一般只有幾百納安。仿真是在輸入電壓4.0V,溫度為-40~+100℃的前提下進行的。對于增強型MOS管,閾值電壓隨溫度的升高而下降;對于耗盡型MOS管,閾值電壓為負,其閾值電壓的溫度系數(shù)與增強型相反。利用增強型MOS管閾值電壓的負溫度系數(shù)和耗盡管閾值電壓的正溫度系數(shù)產(chǎn)生一個精度很高的基準電壓。與一般的1.2V基準電壓比擬,電路結(jié)構可以產(chǎn)生更低的基準電壓。其中,M1和M5為第一級電路,M2,M4,M6為二級電路,一級與二級電路間的聯(lián)系關系不大。通過設計M1和M5管的寬長比可以獲得一個比基準更小的偏置電壓。




2

改進電路結(jié)構及原理

(3)無需額外的啟動電路。而M4管的柵極電壓始終為0,并且M6管屬于二極管連接,因此系統(tǒng)上電后,必定有從電源到地的直暢通流暢路,所以不需要額外的啟動電路匡助系統(tǒng)掙脫靜態(tài)電流為0的簡并狀態(tài)?;鶞孰妷旱木€性調(diào)整率特性曲線。


圖1所示基準電壓源具有靜態(tài)電流小,無需額外啟動電路等長處,但其電源按捺比特性不是很好。其中,M4為耗盡管,M6為增強管。


這種結(jié)構的基準電壓源具有以下長處:



因為增強管M6的閾值電壓具有負溫度系數(shù),而通過該管的電流具有正溫度系數(shù),因此通過公道設置M4,M6的寬長比就能在室溫下獲得比較恒定的基準電壓。在MOS管測試耗盡型晶體管為常通型晶體管,只有當柵極所加電壓超過其閾值電壓時,mOS管子才會關斷。在25℃時,基準電壓從輸入電壓2.5V對應的1.027

952 V變化到輸入電壓5.5 V對應的1.027 982

V,其線性調(diào)整率為:

從可以看到,假如沒有增加M2,低頻時的PSRR只有-90dB,高頻時則大約為-75dB,電源按捺比的特性不是很好;假如增加了M2管,低頻時的PSRR為-120dB,高頻時也能控制在-90

dB內(nèi),電源按捺比得到了極大的進步??梢钥吹?,基準電壓的線性調(diào)整率隨溫度的上升而減小。從圖1中可以看出,M4柵源極相連后,流過該管的電流為:

1

基準電壓源的結(jié)構與工作原理


一般基于自偏置的基準電路,因為MOS管工作在飽和區(qū),其工作電流一般在微安級,固然可以合用于大部門消費類電子芯片的應用,但對于一些特殊應用,如充電電池保護芯片,則無法達到其設計要求。


(3)基準電壓的線性調(diào)整率?;鶞孰妷旱碾娫窗崔嗪帽人尽?


(2)電路具有極小的靜態(tài)電流。為了減小電路的靜態(tài)電流,這里的基準與偏置電路采用增強管與耗盡管相結(jié)合的方式。于是降低基準電路的電流則成為芯片低功耗設計的樞紐。特別是當所選擇工藝的NMOS管閾值較小,并且耗盡管的寬長比較小時,基準電壓只有零點幾伏,在低壓供電的電源驅(qū)動芯片中,具有較大的上風。

為基準電壓源的等效結(jié)構圖。


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