基于CMOS閾值電壓的基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

式中：μN(yùn)(TNOM)為標(biāo)稱溫度下的遷移率；UTE為μN(yùn)的溫度系數(shù)，典型值一般在-2．0～-1．5之間。由于遷移率弘N是溫度的非線性函數(shù)，所以很難利用MOS特性產(chǎn)生精確的基準(zhǔn)電壓。一種方法是利用晶體管產(chǎn)生PTAT電壓進(jìn)行補(bǔ)償。但是，PTAT電壓恒定的溫度系數(shù)使得基準(zhǔn)電壓只能在一個(gè)固定的溫度點(diǎn)上產(chǎn)生零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。因此，在該設(shè)計(jì)中，為了克服遷移率非線性的影響，通過兩個(gè)分別與PMOS和NMOS閾值電壓成正比的電壓相減而進(jìn)行抵消。
2．2 設(shè)計(jì)原理
圖2為該基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)原理圖。

如圖2所示，首先產(chǎn)生兩路分別與PMOS和NMOS閾值電壓成正比的電壓VP和VN，通過設(shè)置合理的系數(shù)K1，K2，使得兩者的溫度系數(shù)相抵消，從而得到低溫度系數(shù)或零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓表達(dá)式如式(7)所示：

并且該電壓值可以根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)置。
圖3為該設(shè)計(jì)原理的模塊示意圖。模塊1為電壓VP的產(chǎn)生電路；模塊2為電壓VN的產(chǎn)生電路；VP與VN再通過模塊3所示的減法器電路進(jìn)行相減，使得兩者的溫度系數(shù)相抵消，從而得到零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓Vref。

2．3 基于PMOS閾值電壓產(chǎn)生VP電路設(shè)計(jì)
如圖3中模塊1所示，VP是由PMOS管MP1，MP2產(chǎn)生的一個(gè)隨溫度變化的線性電壓。運(yùn)放A1使MP2的漏極電壓等于Va，通過適當(dāng)調(diào)整R1和R2阻值，使得MP1工作在飽和區(qū)，MP2工作在線性區(qū)。電路中MP1與MP2形成正反饋，而R1與R2形成負(fù)反饋，且負(fù)反饋的作用大于正反饋。可以看出，在產(chǎn)生線性電壓VP的過程中，當(dāng)VP為0時(shí)，流過MP1，MP2電流為0，即存在一個(gè)零點(diǎn)。所以增加MOS管MP3作為啟動(dòng)管，通過給MP3的源端提供一個(gè)啟動(dòng)電壓VST1來使其脫離零點(diǎn)，進(jìn)入正常工作。當(dāng)VP=0 V時(shí)，MP3導(dǎo)通，并向MP1灌人電流，使得MP1的源極電壓升高，從而運(yùn)放A1開始工作。當(dāng)正常工作后，MP3關(guān)斷，降低功耗。由于啟動(dòng)電壓VST1并沒有精確的要求，所以可以直接從輸入電壓分壓得到。
從圖3中模塊1中分析可以得到，經(jīng)過MP1，MP2的電流分別為：