亞閾值電壓基準電路

　　由于電壓基準源同時要給過充比較器、過放比較器、過流1 比較器及過流2 比較器提供不隨溫度、電源電壓變化而變化的基準電壓, 所以在模擬電路中起著非常重要的作用, 同時也是影響電路功耗的一大因素。本文利用MO S 管的亞閾值特性, 設計了工作在亞閾值區的電壓基準電路, 能夠滿足上述功耗要求, 電路結構如圖3 所示。

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　　電路利用一個自偏置電路產生具有正溫度系數的電流, 該電流流過電阻R 0 所產生的壓降和具有負溫度系數的PN 結壓降相加, 可以輸出一個零溫度系數的基準電壓V BD; 為滿足同一電路中輸出不同的基準電壓源, 利用電阻分壓將V BD 分成了V B I1 及V B I2輸出。同時, 為保證電路在加上電源電壓后能進入正確的工作狀態, 電路中還加入了R C 啟動電路。

　　由圖3 可見, P0 和P1 組成電流鏡, 取相同的寬長比, 則。在P1、P0、N 0、N 1 和R 5 構成的自偏置電路中, 選擇合適的R 5 值, 可以使N 0 和N 1 工作在亞閾值區。并且, 在時, 亞閾值MO S 管的漏電流I d 可表示為:

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?　　式中,??

與工藝參數有關, 其中n 為亞閾值因子,

? k 　為波爾茲曼常數, q 為電子電荷。因為,V GSN 0- V GSN 1= IN 0?R 5,將式(1) 代入, 則有:

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　　式(2) 中可以看出, 不考慮電阻R 1 的溫度系數,電流IN 1與熱電壓U T 成線性關系, 具有正溫度系數。P2 和P1 組成電流鏡, 假定流過P2 的電流為I P2, 則有:

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　　設二極管正向壓降為V D , 分壓電阻R 1、R 2、R 3、R 4 對R 0 的影響可以用等效電阻R = (R 1 + R 2 ) ∥ (R 3 +R 4) 來表示, 則在正常工作時, 滿足

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　　該電流產生電路有兩個平衡工作點, 即零點和正常工作點, 所以需要一個啟動電路, 使電路能在上電過程中脫離零點而穩定工作。另外, 從電路功耗考慮, 啟動電路在電路進入正常工作后應斷開, 沒有電流消耗。設計時從P 1 的漏端加入了R 6、C0, 構成自偏置電路的啟動電路。

　　與傳統的Bandgap 基準源電路相比, 該電路有以下特點: 電路工作在亞閾值區, 功耗極低, 電路中電阻值和器件參數均取比值, 最大程度地避免了工藝漂移引起的輸出變化; 電路設計中還加入了R C啟動電路, 保證電路在上電后能及時進入正常工作狀態。另外, 由內部數字信號STANDB 的控制, 此電路能夠在低電壓下進入Standby 狀態, 此時消耗電流僅由控制管的漏電流決定, 小到幾乎可以忽略。