低成本多路輸出CMOS帶隙基準電壓源設計

該折疊共源共柵放大器具有寬的共模輸入范圍和大的輸出電壓擺幅。同時為了減小共源極失調電壓對后級共柵電路的影響，本文在設計過程中使M36和M37支路的電流為M23支路電流的3倍。
在圖4中，多輸出運放的第二級采用由M41和電阻串組成的共源極電路，提高了增益。C4和R2分別是補償電容和調零電阻，對整個運放進行頻率補償，增強電路的穩定性。M40的特殊接法是為了降低該管上的壓降，從而得到所需的3 V(Vref1)電壓。
該多輸出運放可以通過選擇合適的電阻值，非常方便地得到從0到接近VDD的任意電壓值，且這些電壓值與電阻的絕對值無關，只與選取電阻的比例有關，因此適用于各種工藝。

3 仿真結果與分析
整體電路采用華虹1μm的CMOS工藝設計，利用Cadence仿真軟件進行仿真，并對仿真結果進行了分析。
3．1 帶隙基準源仿真結果
帶隙基準電壓源核心電路的溫度特性曲線如圖6所示，溫漂TCF的計算由下式給出：

由圖6可知，在-40～140℃的溫度范圍內，根據式(11)可得溫漂為23．6×10-6℃-1，實現了寬溫度范圍內低溫漂的設計目標；帶隙主電路的PSRR為67 dB；靜態電流低至24μA，大大降低了芯片的功耗，可以滿足開關電源芯片的設計需求。
對啟動電路進行瞬態仿真，可以得到啟動電路的啟動時間為0．114μs，啟動速度快，滿足設計要求。
3．2 多路輸出基準電壓仿真結果
分壓電路采用帶負反饋的兩級運放，跟蹤性能好。以Vref2為輸出端的仿真結果如圖7～圖9所示。

對運放的交流小信號增益與相位進行仿真，得到如圖7所示曲線。從圖中可以看到，運放增益為80 dB，相位裕度為85°，單位增益帶寬為7．15 MHz。
對運放進行瞬態仿真，得到圖8所示曲線。從圖中可以看到，曲線并沒有振鈴出現，說明運放比較穩定。
根據圖8可計算出運放的轉換速率為4 V／μs，建立時間為0．58μs。
對運放的CMRR(共模抑制比)進行仿真，得到如圖9所示曲線。從圖中可以看出，CMRR為88 dB，說明運放具有較好的共模抑制特性。

4 結語
結合開關電源管理芯片項目的設計需求，設計了一款多輸出、低成本、高性能的CMOS帶隙基準電壓源。設計中采用了一種結構簡單的Brokaw帶隙基準核心電路和帶負反饋的折疊共源共柵運放，實現了低成本和多輸出的設計要求。通過Cadence的仿真結果可以看到，該帶隙基準源性能良好，能夠提供比較精確穩定的基準電壓。