大功率LED驅動電路設計與仿真

　　在本課題中帶隙基準源、誤差放大器、比較器等模塊都用到了運算放大器。為了滿足這些模塊的要求，運算放大器設計為工作電壓為5V，工作溫度范圍為-40~80℃，增益大于90dB,輸出擺幅大于1.5V，相位裕度為60?。通過對上述條件進行分析，可以選擇折疊式共源共柵電路和一個簡單放大器級聯的二級運放結構來設計所需的電路。這樣可以在較高的增益下，保證其他參數的實現。由于兩級運放往往會產生兩個低頻極點，所以采用米勒補償來做頻率補償^[2]。電路圖如圖3所示。

　　完成運算放大器的基本電路設計之后，下面就得考慮共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何來，即偏置電路。偏置電路可以保證所有MOS管在整個工作范圍內，工作于飽和區，不會出現線性失真。本設計中采用電壓偏置方法，偏置電路如圖4所示。

　　經過調整各MOS管的寬長比，經過多次仿真優化，得到的結果為增益達到95.5dB，單位增益帶寬約為36.5MHz，相位裕度為63?，基本滿足設計要求。仿真結果如圖5所示。

　　帶隙基準電壓源的設計

　　電壓基準是模擬電路設計中不可缺少的一個單元模塊，它為系統提供直流參考電壓，這個電壓的要求必須是具有確定溫度特性，并且與電源和工藝無關。在大多數應用中，所要求的溫度關系采取下面三種形式中的一種^[3]：

　　(1)與絕對溫度成正比(PTAT);

　　(2)常數(Gm)特性，也就是，一些晶體管的跨導保持常數;

　　(3)與溫度無關。

　　在芯片內部產生基準電源的方法很多，可用有源分壓器，電阻器件分壓帶隙基準電壓等方法實現。其中帶隙基準是公認的電壓性能和溫度性能最好的基準電壓產生方法。下面我們就對帶隙基準電壓源的基本原理進行研究，并且設計出一個滿足芯片需求的帶隙基準電壓源。

　　帶隙電壓源的基本原理是將兩個擁有相反溫度系數的電壓以合適的權重相加，最終獲得具有零溫度系數的基準電壓^[4]。

　　正溫度系數電壓的獲取：如果兩個同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI₀和I₀，并且忽略它們的基極電流，電路如圖6所示。

　　圖7給出了一個常用的帶隙基準電壓源的電路圖。