一个基于修剪和补偿精密恒流源的设计外文翻译资料

 2022-09-06 14:50:43

英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

2012年国际会议上控制工程和通信技术

一个基于修剪和补偿精密恒流源的设计

摘要

从电压源转换的恒流源有更糟糕的温度特性,作为典型的BCD过程不支持精度高和低温度阻力系数的电阻。数字削减技术的基础上，低温隙系数参考和恒流源是通过交换网络产生以此来调整电阻值和MOS晶体管和电阻之间的补偿温度特性关系。通过利用微分温度检测电路一种新的温度补偿方法被提出,一种分别能够在高温部分和低温部分可以产生补偿电流的方法。当添加当前电流补偿电路,电流源的温度系数可以有效地减小。仿真结果表明2.5 v带隙参考和32uA的恒流源的温度系数分别为7ppm/ć和8ppm/ć其各技术基于HHNEC 0.35mu;m BCD技术,温度从-40到85摄氏度。

关键字：带隙参考;精密恒流源;分段温度补偿;温度系数

I. 简介

参考电压源和参考电流源是模拟的关键模块以及混合集成电路设计精度将直接影响到整个芯片的性能。某些芯片或系统的输出电流精度，例如,总线供电计的特殊芯片通常依赖于内部参考电流源。作为参考电流源通常从一个参考电压源转换但最终取决于电阻,如何解决电阻精度和温度系数的问题是设计中极其困难的部分。尽管如此,在典型的过程中电阻变化很大，这意味着为了达到高精度电流源削减是必要的。此外,温度系数通过补偿电阻可以提高。电流源的温度特性是通过运用[1]和[2]正负温度系数分支电流来补偿的。然而,这个温度补偿方法介绍了四个补偿参数也容易受到过程的偏差的影响。文献[3]提出了一种方法，整合各种抗性和针对这一过程设计一个电阻,在某种程度上,增强了当前的准确性。

针对这一过程变化和温度对恒流源的准确性不可避免的影响，本文通过梳理数字修剪技术的方法来补偿电阻的温度特性,通过调节电阻值，以及金属氧化物半导体晶体管和电阻之间的关系切换网络。此外,　本文提出一种精密恒流源分段温度补偿的方法，这很大程度上改善了恒流源高低温的特性。最后，2.5 v带隙参考和32uA的恒流源的温度系数分别为7ppm/ć和8ppm/ć。　

II.数字开关调整网络

  1. 基于传送门的电阻串联网络　

图1.单刀双掷开关

图1的示意图显示了一个特殊的单刀双掷开关。电阻值为2 R，控制信号是高位时，在相反的情况下它改变为R的情况。,一方面开关通过传送门实现，电阻开关和温度补偿的特征是另一方面，门的状态是由移位寄存器控制。图2演示了一个32千欧到62千欧连接1千欧的串联电阻网络，一种通过五个控制信号控制的网络。这个结构被定义为粗调整电位器。

图2. 粗调节电位器

B.NMOS开关电阻网络

就是明证,减少阻力大的值匹配传输门的大小,解决电阻网络和传输门开关通常是1 k,为了节省芯片面积。这显然粗调节电阻网络不能实现高精度恒流源。因此,精细调整电阻网络应该添加获得精密恒流源图3描述了一种精细调整使用NMOS开关电阻网络的设计。开关数量被译码器减少，和抵抗运动分辨率达到40。在高精度恒流源的一个重要组成部低分辨率电阻网络行为得以实现。

图3. 精细调整电位器

III.隙参考与削减

参考电压温度系数构成直接影响温度系数不变电流源。获得一个低温度系数的参考电压源，系参考得以采用。　隙参考如本文的示意图图4所示。

图4.隙参考的示意图

假设当前流入的两个终端放大器是相等的,忽略了基极电流,然后收集或电流的NPN型晶体管Q1和Q2是相等的,随后,方程是:

IR3是部分电压，方程式：

最终方程是：

Vbe1有负温度系数然而在（4）式中正确的是正温度系数，通过调整R4和R3的比例实现VB= 1.25V，通过取消正面和负面的温度系数可以实现不依赖于温度的参考电压。如果R5=R6，VREF=2.5V.尽管在（5）式中看起来电阻率只是电压参考，但事实去不同。在推导的过程中只是假设它有效。在不同的过程中,在晶体管基极电流中系数的意义变化很大。这将导致大规模的零点的温度系数和VREF的变化,因此,修剪隙参考系数是不可避免的。根据图4，R4和R6可以用数字电位计分别削减1和2。隙参考温度系数7ppm每摄氏度是基于HHNEC 0.35mu;m BCD技术。图（5)详细说明了仿真的结果。

图5.能带隙参考的仿真结果

IV.精度恒流源的电路基本结构

图（6）介绍了常数电流源的基本电路结构当正负电压运算放大器是相等的,下面的公式可以得到

当前的I1=I2=0，使 R1=R2,,然后当前电流调节器晶体管的IL 等于流经电阻R3的电流I3 .

在这种情况下，隙参考系数Vref 产生了，恒流源主要的数量取决于电阻R3且几乎不受到金属氧化物半导体技术的影响,　只要该运算放大器有足够高的开环增益,恒流源能达到深度负反馈的状态。电阻R3被修剪是通过开关网络以此来解决分散在恒流源的问题。

图6.精密恒流的基本电路

基于HHNEC 0.35mu;m BCD技术模拟在各种情况下电流源的情况，模拟结果如图（7）所示.

图7.基本的电流源的仿真结果

介绍了通过应用MOS晶体管和电阻之间的关系修剪技术补偿温度恒流源的特征，考虑到各个方面,恒流源的温度系数可以达到7ppm每摄氏度。如果分段温度补偿技术被介绍,恒流源的低温度系数将可以获得。

V.精度恒流源的分段温度补偿原则

通过图(7),我们可以看出恒流源的温度曲线抛物线的形状和恒流源温度系数在顶点和最低点之间的大的区别。为了获得更低的温度系数,有必要设计一个分段温度补偿电路。通过上面的应用方法,向下拉伸的低和高温度抛物曲线是向上的，且最低点是上升的。此外,顶点和最低点当前的温度曲线之间的不同时间少的。基本原理如图8所示。

图8.分段温度补偿原理

由于这一过程几乎没有影响PN结的正温度系数和差动电压与电流放大器负载之间的关系，一个恒流源分段温度补偿方案得以提出。其核心电路如图（9）所示。

图9.分段温度补偿的核心电路

如图9所示,VTEMP等于这两个PN结电压降和它的温度系数在过程偏差上影响最小的负极，当负极的偏

置电压为1.6V时正极电压连接VTEMP， 晶体管N5它们工作在饱和区域提供恒定的尾电流ISS1给运算放大

器表达式结果可以通过ISS1给出：

在上面的表达式中Delta;I1随Delta;V1变化，关系式是：

在上：

其中K=unCoW/2L，Delta;V1=V1.6V minus;VTEMP .

当|X|le;1， 1 Xasymp;1 X/2，可知

将(10)代入(8), 则：

假设Delta;V1只随温度变化，则：

在PN结,part;VF/part;T asymp; minus;(1.6 ~ 2.0 mV ) /c.从公式推导,在part;Delta; V1 / part;T 0时Delta;V1随温度的升高而增加。当温度低,Delta;V1比较小,当前的I2 和Delta;V1才是立方关系，也就是说,part;I 2/part;T 0 ,当前的I2 随着温度的增加非线性降低。当温度高于零,Delta;V1更大且当前的I2 接近于零。因此,当前的I2 可以补偿恒流源的低温部分且其特性随温度变化是随机影响过程偏差，当温度系数PN结的正向电压降是几乎不受这一过程的影响。作为高温部分的补偿原则有些和低温度段相同，本文将不再讨论。

VI.精度恒流源的电路实现

恒流源的分段温度补偿电路如本文的图（10）所示。

图10.分段温度补偿的恒流源

恒流源包含四个部分:能带参考电路，偏置电路,恒流源核心电路和温度补偿电路。带隙基准电路设计是基于运算放大器。电路中,R9 和R10相等，P0连接放大器的输出可以用来增加能带的负载能力。Q6和Q7的比例是8且R11 和R12的比例决定了VB 的电压值同时R13和R14的比率决定VREF的电压值。Q8作为起始晶体管能带.隙参考一开始操作Q8就开始停止，隙的正常运行将持续通过Q9.通过 P1产生偏置参考电流，N1 和R8的偏置电路。P2产生电路，P3产生Q1和Q2以及电路，N2 分别生成P1,P2和P3的镜像。偏置电路,一方面,提供恒流源的核心电路和温度补偿电路和偏置电压VB,另一方面生成参考电压V1.0V, V1.6V 且 Vtemp温度补偿电路需要电阻分压器字符串和两个晶体管的电压降。电阻R5，R6和R7 组成一个电阻器字符串他们的类型和平方值是相同的,当过程和温度变化时这使得它可以保持三个电阻变化趋势一致。

温度补偿电路主要包括不同的一对NMOS的两个运算放大器。左运算放大器的正极连接Vtemp且负极连接1.6 v电压由偏置电路提供。负载电流I2，在低温度段产生温度补偿电流，随着温度的增加非线性降低为零。负极运算放大器连接Vtemp和正极连接由偏置电压提供的1.0 v电压。负载电流I4由在高温部分的温度补偿电流产生，随着温度的增加非线性增加到一定值。通过电流镜像结构，电流I5和I6 分别是I2和I4的镜像电流，当前IO是I5和I6 通过整个温度范围的叠加电流。图10中的核心电路的恒流源包含两级运算放大器。晶体管Q3和Q 4是第一级的不同部分。第二个层次是一种常见的源P8的放大器放大晶体管以及P19 是当前的输出晶体管提供32uA输出电流。补偿电流产生的温度补偿电路是被添加到当前输出晶体管的。IOUT 是本文精密恒流源的设计的最后输出电流。

VII.仿真结果

基于HHNEC 0.35mu;m BCD技术和Hspice of Candence,高温和低温在不同情况的温度补偿仿真结果如图（11)所示。

图11.补偿电路的温度曲线

图10中的电路模拟和不同温度补偿的恒流源的温度扫描曲线如图（12）所示。明显的电流补偿效应可以在低和高处观察到。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[146776]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章