【正文】 就可以求出電路參數(shù)G、α和M。再將此式回代入（）： （）至此。輸出電壓僅成為參數(shù)T0的函數(shù)，當(dāng)然T0取決于常量M、E、G。輸出電壓在零溫度系數(shù)點T0的電壓為： （）該電壓非常接近硅的帶隙電壓，帶隙基準(zhǔn)源也是因此而得名。下面再將（）對溫度求導(dǎo)： （）由上式可以看出：當(dāng)TT0時，曲線斜率是正的，而當(dāng)TT0時曲線為負(fù)斜率。僅當(dāng)T趨近于T0時，利用一階無窮小代換有： （）可以看到，輸出電壓溫度系數(shù)僅在T＝T0時為零。這是由于二極管BE結(jié)溫度系數(shù)并非恒值，VT發(fā)生器只能用以消除其線性部分。當(dāng)然針對這一非線性分量的補償問題人們又構(gòu)思了各種解決途徑，比如曲率校正，限于篇幅這里不以敘述。 帶隙基準(zhǔn)電路。用來保證A、B點電壓相同的運放由輸入跨導(dǎo)級和高增益反相放大級組成。第一級輸入跨導(dǎo)級由MA56MMA57MMA59PMA80M2和MA94M2構(gòu)成；第二級由MA58MMA93P2組成單管反相放大級，電容CA7P2與電阻RA29的作用在于：首先是用CA7P2進(jìn)行米勒補償，但是卻因此引入了一個右半平面零點，它位于： （）式中的CGDMA58M4代表MA58M4柵漏之間的寄生電容。這是因為形成從輸入到輸出的寄生信號通道。這個右半平面的零點一方面在環(huán)路中產(chǎn)生了更大的相移，另一方面減緩增益幅度的下降，大大降低了環(huán)路的穩(wěn)定性。為了消除這個不良影響，又給電容CA7P2串聯(lián)了RA29，結(jié)合RA29后新的零點位于： （）通過合適地選取RA29的大小就可以將該右半平面零點移到左半平面來，保證了環(huán)路有較好的相位裕度。RA2RICACC3組成的二階RC低通用以濾除電源VIN!上的高頻噪聲以及芯片的開關(guān)噪聲，降低電源波動對基準(zhǔn)的影響。類似于前面所介紹的ENABLE中PTAT電流產(chǎn)生原理，QA24M8也是用8個與QA1完全相同的管子并聯(lián)而成，同理當(dāng)電路達(dá)到平衡態(tài)時，此時落在電阻上的壓降為： （）流過RA13S9的PTAT電流為： （） 其中k為波茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，q為電子電量。則最終得到帶隙基準(zhǔn)為： （）式（）的第一項具有正溫度系數(shù)，而第二項具有負(fù)溫度系數(shù)，因此適當(dāng)選取第一項中的電阻比例便可以使VR1_2具有很小的溫度系數(shù)。另一路用于產(chǎn)生零溫度系數(shù)電流的VR電壓為： （）顯然，因此VR是具有負(fù)溫度系數(shù)的電壓。4． 仿真驗證波形 VR1_2溫度特性曲線 VR1_2電源調(diào)整率、。溫度在40℃時，基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)為零；溫度在－40℃～125℃范圍內(nèi)，；，％。167。（IREF）1． 功能要求 該模塊要產(chǎn)生一路非常精確的、用來為振蕩器定時電容充放電的恒定電流，該電流要盡可能避免一切干擾保持恒定。我們所考慮的干擾因素主要包括電源波動、溫度變化以及參數(shù)漂移。2． 輸入/輸出信號功能描述輸入信號：（1）BEN：ENABLE模塊提供的偏置電流；（2）VR：由VREF模塊提供的負(fù)溫度系數(shù)電壓；（3）EN、XEN：ENABLE模塊提供的使能信號，兩者反相；（4）SLEEP3：由邏輯模塊（LOGIC）輸出的突發(fā)模式下休眠控制信號，當(dāng)SLEEP3信號為“1”時，本模塊休眠不工作；（5）ADJADJADJ3：調(diào)節(jié)腳。輸出信號：BIR1：恒流輸出偏置電壓。3． 電路設(shè)計要設(shè)計具有零溫度系數(shù)的電流基準(zhǔn)，溫度補償?shù)脑砼c帶隙電壓基準(zhǔn)是一致的，即從某種可預(yù)測之溫度漂移源出發(fā)，尋求另一種能按比例增減并能與前一種相抵消的可預(yù)測的溫度漂移源，最終得到零溫度系數(shù)的電流。電流產(chǎn)生方法最直觀的構(gòu)思便是利用電壓除以電阻。具體的實現(xiàn)必須結(jié)合工藝考慮到電阻的溫度特性，繼而設(shè)法產(chǎn)生一路與電阻溫度系數(shù)極性相消的電壓。XD2607采用了Hynix CMOS工藝，而我們所要采用的高阻值電阻為負(fù)溫度系數(shù)，因此關(guān)鍵點就轉(zhuǎn)為負(fù)溫度系數(shù)電壓的尋求。第一想到的自然就是在VREF模塊產(chǎn)生該電壓，因為帶隙電壓源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便是利用器件間不同的溫度特性產(chǎn)生所需溫度特性之電壓，其輸出電壓的形式為： （）原理講，通過適當(dāng)選取M便可得到任何溫度系數(shù)的電壓。因此我們從VREF模塊引出了一路負(fù)溫度系數(shù)電壓VR，其大小為： （A0） （）Vbe0是常溫時的BE結(jié)電壓。R的溫度系數(shù)可以通過工藝文件得到，設(shè)為TFR，忽略其二階溫度系數(shù)有： R＝R0（1－TFR） （）R0是常溫時的電阻值，電阻R為負(fù)溫度系數(shù)。從而： （）Iref的溫度系數(shù)為： （）如果希望零溫度系數(shù)出現(xiàn)在T0，則取T＝T0且令上式為零即可近似求得溫度系數(shù)為零的A值，從而選定從VREF中何處引出VR。因手工計算采用了較多的近似，故誤差相對較大。精確參數(shù)還需要利用EDA軟件在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步仿真設(shè)定。 IREF原理圖。正常工作時SLEEPXEN為低電平，使能信號EN為高電平。采用一級電壓跟隨器引入VR以避免后級電路的輸入阻抗對VREF的影響。該模塊使用的運算放大器結(jié)構(gòu)與VREF模塊的相同。對于本模塊來說，如果休眠時將電路完全關(guān)斷，則退出休眠時會因為基準(zhǔn)電流啟動過慢而使芯片工作不正常。為此在休眠時我們僅用SLEEP3信號將模塊的一部分直流偏置IbIb3切斷，運放的靜態(tài)電流降為正常工作時的四分之一。4．仿真驗證波形 零溫度系數(shù)電流基準(zhǔn)的溫度特性在40℃時，基準(zhǔn)電流溫度系數(shù)為零，溫度在－40℃～125℃范圍內(nèi)，變化量約42nA。167。（EA）1. 功能要求輸出電壓信號通過外接分壓電阻反饋至引腳VFB，輸出誤差信號。2. 輸入/輸出信號功能描述輸入信號：（1） VFB：芯片反饋引腳；（2） VR8：；（3） B_BST：由其它模塊提供給EA放大器的偏置電流；（4） LB4：自動測試電路的測試控制信號（詳見TEST模塊電路介紹）；（5） XSHUT：輸出關(guān)斷信號，為“0”時關(guān)斷本模塊。（6） SLEEP1：休眠控制信號。為“1”是EA進(jìn)入休眠時期工作狀態(tài)。輸出信號：ERR3：誤差放大信號。該信號經(jīng)箝位后控制電感峰值電流。3. 電路設(shè)計我們設(shè)計的EA模塊采用了對稱結(jié)構(gòu)的OTA運放。正常工作時XSHUT1為“1”，SLEEP1為“0”。若XSHUT1為“0”則EA被關(guān)斷不工作。若芯片處于休眠態(tài)，即SLEEP1為“1”時，OTA的尾電流被減小為正常值的1/8。另外LB4為測試時期控制信號，若其為“1”則EA被連接為電壓跟隨器，詳細(xì)原理在測試模塊（TEST）中加以介紹。MMM7接成MOS二極管的形式，MOS二極管的小信號交流阻抗很小，等于1/gm，從它們的漏端看進(jìn)去，小信號的交流阻抗相當(dāng)小，約等于1/gm，降低 誤差放大器（EA）原理圖了增益，但這種結(jié)構(gòu)可對輸出電壓箝位，為下級輸出一個相對穩(wěn)定的電壓，避免了噪聲的干擾。第二級對稱電流鏡放大了兩支路電流，具體的放大倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)電流鏡的寬長比來實現(xiàn)。該電路的另外一個特點是：采用推挽式輸出結(jié)構(gòu)，增大了輸出增益和輸出電壓擺幅（VIN到地）。由于誤差放大器對環(huán)路的頻率響應(yīng)有很大的影響：一方面，它提供了大部分的環(huán)路增益；另一方面，通常來說對整體環(huán)路的補償就是通過適當(dāng)選取誤差放大器的輸出電容，即調(diào)整誤差放大器的頻率響應(yīng)來實現(xiàn)的。為此有必要對電路的主要特性進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)。（1）增益從輸出端ERR3看進(jìn)去，該節(jié)點具有較高的等效交流電阻，該等效阻抗為：ROUT＝r06||r08 （）此時該運放的電壓增益為： （）若： （）M3：（）M4=（）M5：（）M6 ＝1：B （）由于M3接成MOS二極管，有： （）又有： gm4=gm6=Bgm3=Bgm5 （）但r0r08卻因此減小為原來的1/B。所以： （）這證明該對稱OTA結(jié)構(gòu)的增益與第二級的電流鏡比例無關(guān)。當(dāng)然第一級的增益也是非常重要的，因為它決定了OTA運放的噪聲性能。其增益為： （）（2）增益帶寬積：如果攜帶電壓信號的節(jié)點越多，產(chǎn)生的極點就越多。該電路的主極點在輸出端ERR3，其值為： （）上式Cn7為連接到輸出端的所有電容，C1為負(fù)載電容。由此，結(jié)合（）和（）我們可得到它的帶寬增益積：GBW＝AV?d＝ （）可以看出它的GBW是1：1電流鏡情況下的B倍，但同時它消耗的電流也增加了倍。所以說其GBW的增加是以消耗更多的靜態(tài)電流為代價的。（3）相位裕度：EA的次極點可能出現(xiàn)在節(jié)點6上，因為這些節(jié)點上存在較大的寄生電容。由于節(jié)點5攜帶的電壓信號幅度相同、相位相反，因此它們的極點角頻率相同?？傊鼈冃纬梢粋€次極點?nd5： （）而另外一個次極點就出現(xiàn)在節(jié)點6上。同時，這里還有一個零點的產(chǎn)生，且零點頻率是該次極點的兩倍。極點頻率為： （）零點頻率為： （）可得到其相位裕度為： .＝90176。－φn5－φn6 （）其中： φ （）φ （）（4）壓擺率（Slew Rate）：由于幾個電流鏡像管是1?B，所以壓擺率變成1:1電流鏡情況下的B倍，即： （）但是，同樣地，壓擺率雖然提高了B倍，但這仍是以多消耗B1倍電流為代價的。4. 仿真驗證波形 EA頻率特性。其中虛線為相位特性，實線為增益特性?？梢钥闯鯡A的直流增益取為50dB，主極點位于635Hz處，R這是對整個電壓環(huán)路穩(wěn)定性與芯片負(fù)載調(diào)整率等指標(biāo)綜合考慮的結(jié)果。167。（OSC）1．功能要求振蕩器是許多電子系統(tǒng)的主要部分，應(yīng)用范圍從微處理器中的時鐘產(chǎn)生到蜂窩電話中的載波合成，要求的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)差別很大。利用CMOS工藝設(shè)計穩(wěn)定、高性能的振蕩器不斷成為重要課題。，每個周期觸發(fā)主開關(guān)導(dǎo)通。另外還具有頻率移位的功能：，振蕩器的頻率下降到標(biāo)稱頻率的1/7，即210KHz，保證電感電流有足夠的時間衰減，防止失控；。2．輸入/輸出信號功能描述輸入信號：（1） BIR1：由IREF模塊輸出的恒流信號；（2） SLEEP1，SLEEP3：突發(fā)模式下休眠控制信號；（3） SHUT：來自ENABLE模塊的關(guān)斷信號，為高電平時，振蕩器不工作；（4） VR_3：；（5） VFB：反饋端輸入電壓；（6） VRM：振蕩器內(nèi)部比較器的比較參考端電壓；（7） LC7：測試控制信號。正常工作時為“0”。輸出信號：（1） VCAP：振蕩器定時電容電壓（2） OSC：振蕩器時鐘輸出端3．電路設(shè)計振蕩器的功能簡言之就是產(chǎn)生周期性的、一般是電壓形式的輸出，它可以在沒有輸入的情況下持續(xù)不斷地產(chǎn)生輸出。本質(zhì)上來講振蕩器是一種設(shè)計“拙劣”的反饋放大器。如果放大器本身的輸出在高頻時相移過大而使得整個環(huán)路成了正反饋，那么振蕩就會發(fā)生。總之，如果一個反饋電路的環(huán)路增益滿足兩個條件： （） ∠ （）那么電路就會在ω0處振蕩，稱為“巴克豪森準(zhǔn)則”。在存在溫度和工藝漂移地情況下為了確保振蕩，通常將選擇環(huán)路增益至少兩倍和三倍要求的值。 振蕩器線路圖XD2607的振蕩器采用了給定時電容恒流充放電產(chǎn)生周期性、穩(wěn)定的輸出電壓波形的結(jié)構(gòu)。正常工作時控制信號SLEEPSLEEP1均為高，關(guān)斷信號SHUT為低。用于給定時電容的充放電電流基準(zhǔn)由BIR1引入，倒管MD65用以在休眠態(tài)時為電容續(xù)流。整體電路由四部分組成：電容充電回路、電平檢測比較器、電容放電回路，頻率移位比較器。設(shè)電容的充電電流為I1，放電電流為I2。電路的工作過程為：假設(shè)初態(tài)是VCAP大于VRM，比較器輸出端OUT電平為1，RS觸發(fā)器輸出“1”，OSC輸出“0”，這樣，一方面MD34導(dǎo)通使得MD57截止，A點電位為“1”；另一方面MD56截止，電容沒有放電回路。電容處于I1恒流充電階段。隨著VCAP的上升達(dá)到上限VRM，比較器輸出端OUT電平為0，RS觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至“0”，OSC輸出“1”，RS觸發(fā)器狀態(tài)經(jīng)過兩級非門反饋回來完成以下控制：（1）使MD34截止；（2）使MD54導(dǎo)通，OUT電位拉高，RS觸發(fā)器狀態(tài)保持；（3）MD56導(dǎo)通。由于此時的VCAP電壓很高，MD57保持截止；電容放電回路工作，放電電流I2= IDMD29M6－I1，VCAP電壓開始下降。隨著電容的放電，VGSMD增加，當(dāng)VCAP減小到一定值時，MD57導(dǎo)通，將A點電位拉低，RS觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”，OSC輸出“0”。RS觸發(fā)器狀態(tài)反饋回來又使MD34導(dǎo)通、MD5MD56截止，MD57截止，放電回路停止工作。整體狀態(tài)又回到初態(tài)，電容重新開始充電。如此周而復(fù)始即產(chǎn)生了時鐘信號。為了便于描述與推導(dǎo)，設(shè)I0= IDMD32，充電電流為I1，放電電流為I2，充電時間為T1，放電時間為T2芯片正常穩(wěn)壓工作時，VFBVR_3=，則頻率移位比較器輸出Ip＝0。電容充電時間為： （）電