射頻識別標簽芯片中基準電壓源的設計

摘要:該文設計了一種適用于射頻識別(RFID)標簽芯片的帶隙基準電壓源。該電壓源采用了電流反饋工作模式，并附加了自啟動電路。該電路采用0.35μm標準CMOS工藝，在27C時，可獲得1.157V的基準電壓，其溫度系數為0.03mV/K。在輸入電壓從2.25V至2.75V變化，溫度從0℃至85℃變化時，該電路均可以正常工作。

關鍵詞:帶隙基準;啟動電路;電流反饋

中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)33-9318-02

The Design of A Bandgap Reference Applied in the RFID Chip

DU Hai-tao

(Wuxi Vocational Technical Institute of Commerce， Wuxi 214063， China)

Abstract:This paper describes the design of a bandgap reference applied in the RFID chip. This circuit works in a current feedback mode， startup circuit is required for successful operation of the system. The circuit implemented in 0.25μm CMOS technology， generates a reference voltage of 1.157V and has a temperature coefficient of 0.03 mV/K at 27C. It can operate with supply voltages between 2.25V and 2.75V and between 0℃ and 85℃.

Key words: bandgap reference; startup circuit; current feedback

1 概述

在設計模擬電路時，廣泛地包含電壓基準。這種基準是直流量，它與電源和工藝參數的關系很小，但與溫度系數的關系是確定的。產生電壓基準的目的是建立一個與電源和工藝無關的直流電壓。由于大多數工藝參數會隨著溫度變化，所以在設計基準電壓源時，還要考慮使其與溫度關系很小。這時，采用帶隙基準可以實現具有零溫度系數的電壓基準源。

帶隙基準電壓源是利用正溫度系數電壓和負溫度系數電壓，而設計的零溫度系數的基準。

當三極管工作時，發射極與基極之間的電壓VEB。滿足下面這個式子:

也即VEB隨溫度的變化為常數，只與硅的能帶(禁帶)有關，VEB就是負溫度系數電壓。

若兩個雙極晶體管工作在不相等的電流密度下，那么他們的基極—發射極電壓的差值就與溫度成正比。如圖1所示，如果兩個同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI0和I0，忽略它們的基極電流，那么:

這樣，VEB的差值就表現出正溫度系數:

假設選取α1和α2使得，這樣就可得到了具有零溫度系數的電壓基準，VREF=α1VEB+α2ΔVEB。

2 帶隙基準電路的結構原理

根據上述的理論設計了一個帶隙基準電壓電路，其設計原理圖如圖2所示。該電路分成四部分:啟動電路、補償電路、帶隙基準電路和運算放大器。MOS管子TP1、TP2、TP3的VGS相同，流過的電流全部相等，從而構成電流源了。該電路的輸出端在補償電路中的電阻R2的上端點。

在帶隙基準電路這一部分電路中，三極管T1的發射極與運算放大器一輸入端相連，運算放大器另一輸入端與三極管T2的發射極上的電阻R1相連，R1兩端的電壓為ΔVEB。

ΔVEB=VEB1-VEB2 =ν·lnm=kT/q·lnm

流過電阻R1的電流為:

ISS=ΔVEB/R1

在補償電路中，流過電阻R2的電流也為ISS，電阻R2兩端的電壓為VR2=ISS·R2。所以輸出端的電壓為:

VEFR=VEB+R2ΔVEB/ R1

可通過調節R1和R2的大小，使 為零。

各個管子的參數如表1所示。

3 模擬結果

該設計采用Charted公司的0.35um的工藝，工作電源參數選取為3.3V，對該電路的版圖進行后仿真驗證，可得到基準電壓VREF隨電源電壓VDD和溫度的變化曲線如圖3，可見該電路隨溫度的變化波動的幅度不超過0.01V，其輸出電壓可穩定在1.15V左右。

4 結束語

該電路采用0.35μm標準CMOS工藝，在27℃時，可獲得1.157V的基準電壓，其溫度系數為0.03mV/K。在輸入電壓從2.25V至2.75V變化，溫度從0C至85C變化時，該電路均可以正常。

參考文獻:

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