一种用于D/A转换电路的带隙基准电压源的设计

6、MS1~MS6构成启动电路，MC1~MC6可建立起稳定的偏置电流。

    当A10=0时，开关管MK、MF 、M5导通，MH、M4、M7关断，偏置电路不工作，A8=1；当A10=1时，开关管MH、M4 、M7导通，MK、MF、M5关断，偏置电路正常工作。

    PMOS管MS1~MS6是电阻管，上电后 M6导通，A8被拉为低电平，MC1~MC6导通，电源电流从MC1流经MC3、MC5到地，N1变为高电平， M3管打开，N2拉低，M6管关断。经过一段时间后，MC1~MC6建立起稳定的偏置电流，启动电路停止工作。

    MC1~MC6和R可以产生一个与电源无关的电流，MC1、MC2两支路的电流通过MC5、MC6、R来设定。本质上讲，I1被自举到I2，即I1=I2。
VGS5=VGS6+I2R                              (4)
      (5)

    从式(5)可看出，电流与电源电压无关，而与MC5、MC6的宽长比和电阻的值有关，调整这些值，可以方便地得到需要的偏置电流。

基准电压产生电路

    图2所示为VREF模块，其具体结构如图4所示。

    该电路通过RD0、C1滤掉了电源线上的高频噪声，使得基准电压VREF更加稳定。

    图4与图1比较，可知图4主结构中增加了一个电阻R0，如何调节电阻使VREF对温度的依赖减小，可以通过式(6)~(11)说明：
I1R1=I2R2                             (6)
VBE1=VBE2+I2R3                         (7)
I=I1+I2                               (8)
VOUT=VBE1+I1R1+IR0                     (9)
把式(6)~(8)带入(9)，得到：
VOUT=VBE1+AVT                          (10)
        (11)

    在式(10)中，第一项VBE1具有负的温度系数，第二项VT具有正的温度系数，适当选取R0、R1、R2、R3的值，改变A的大小，便可以使两项之和在室温下达到零温度系数。比较(3)式，因为可调变量增加，调节的范围变大，则在室温下VOUT对温度的依赖为0。

运算放大器的设计

    在基准电压产生电路中，要求运算放大器的增益越大越好，同时保证其相位裕度在60o以上，电路如图5所示。

图5 运算放大器电路

图6  VREF随温度变化的特性曲线

图7 基准电压随电源电压的变化曲线

    在图5中，MK、MH、MF、ME、MD为开关管，由使能信号A10控制，A10=1时，运算放大器正常工作。MB、MC是用MOS管做的电容，用作裕度补偿。同等面积情况下，MOS电容可比多晶硅电容的值大很多，极大地节省了面积。

    该放大器采用两级推挽输出，一是可以得到很高的增益；二是可以得到较大的输出摆幅。M0通过A8将偏置电路中与电源无关的电流镜像到M0支路，可以通过调整偏置电路中的电流来改变运算放大器的偏置点和功耗。

电路仿真结果

    本设计采用0.18μm  CSMC-HJ  N阱CMOS工艺模型库，并应用Hspice软件对电路进行仿真。

温度特性

    电源电压固定在1.8V，对电路进行-20℃~100℃的温度扫描，仿真结果如图6所示。

    从图6中可看出，VREF的最大和最小值分别是1.2265V和1.2256V，在27℃时，基准电压是1.2265V。VREF的温度系数TCF可以用下式来衡量：

     (12)

    如图6所示，基准电压随温度的改变而改变，但变化幅度很小，从式(12)可知，TCF<10ppm/℃，满足DAC电路对基准电压的要求。

电源抑制特性

    对电路进行电