Wang Yuqi 1, en HE, Zhanggui Bo 1, 2 Tong Zhiqiang, Wang Hao 1, Chang Sheng 1, Huangqi 1 juin
(1. Institut de physique et de Wuhan University Technology, Wuhan 430072, Chine; 2. flammes Wuhan Communication Co., Ltd, Wuhan 430200)
Procédé à base de 0,18 um SiGe BiCMOS, le dessin est appliqué à un « amplificateur 10 Gbps transimpédance (TIA) » puce de référence bandgap tension. Bandgap source de tension de référence avec la tension d'alimentation à 3,0 V ~ 3,6 V, la tension de référence est une sortie de référence de 1,2 V, le coefficient de température de 10,0 ppm / , lorsque le faible taux de réjection d'alimentation est -69 dB, avec une bonne performance. Application de la source intervalle de bande de tension de référence pour achever la conception de la puce module de circuit de polarisation de TIA, en plus du circuit de polarisation fournit un courant de polarisation, mais comprend également une fonction de réglage de largeur de bande, peut être réalisé sur la bande passante du signal de tension de sortie TIA 7,9 GHz, 8,9 GHz , 9,8 GHz et 10,1 GHz quatrième engrenage ajuster et améliorer l'application de la puce de TIA. À l'heure actuelle, la source de tension de référence à barrière de potentiel avec la puce de circuit de polarisation étant le MPW TIA (MPW) feuille de flux.
BiCMOS; bandgap source de tension de référence; un circuit de polarisation; limitation de bande passante
TN443
Code de document: A
10,16157 / j.issn.0258-7998.2016.11.007
format de citation chinois: Wang Yuqi, He Jin, Zhanggui Bo, etc.. L'écart de bande de conception et de l'application BiCMOS source de tension de référence Technologie électronique, 2016,42 (11): 33-36.
Anglais format de citation: Wang Yuqi, He Jin, Zhang Guibo, et al. Conception et application de la source de référence de bande interdite BiCMOS .Application Technique électronique, 2016,42 (11): 33-36.
0 introduction
Merci à l'étude approfondie de la technologie de circuit intégré et le développement rapide de différents types en fonction analogique, le matériel de communication numérique et de la technologie des consommateurs est devenue un sujet d'actualité. Bandgap source de tension de référence est un module de base de circuit intégré critique, est utilisé comme une source de tension de référence ayant une précision élevée, des caractéristiques élevées de stabilité, ne sont pas affectées par la tension d'alimentation et la température de fonctionnement de .
Bandgap source de tension de référence est largement utilisé dans le pré-amplificateur à transimpédance de réception optique (DRM), convertisseur analogique-numérique (ADC), un convertisseur numérique analogique (DAC), un régulateur linéaire à faible chute de tension (LDO), un capteur de température, une tension et un détecteur analogique intégré hybride, le comparateur de haute précision et analogues, sont le module de base de clé indispensable, ce qui détermine en grande partie les performances de la performance du système puce intégrée.
basée sur les CMOS de référence bandgap, une intégration élevée peuvent être réalisées, afin d'obtenir une faible consommation d'énergie; référence de bande interdite sur la base de la technologie bipolaire, le circuit à haute vitesse est largement appliqué, il y a une forte capacité d'entraînement actuelle. la technologie BiCMOS et la technologie CMOS mis en uvre avec la technologie bipolaire intégré sur la même puce, et donc aussi les avantages des deux, puce intégrée haute performance sur lequel atteint, sont deux autres processus ne peuvent pas être atteints. Par conséquent, le processus BiCMOS à la conception de l'étude source de tension de référence de bande interdite a une signification importante .
A ouvrages de référence de tension de bande interdite
la source de tension de référence de la cible est de générer une tension de référence - alimentation et relations de traitement ne sont pas présentes, tout en ayant une faible caractéristique de température est déterminée. Suppose que la tension V1 diminue lorsque la température augmente, la tension V2 est augmentée lorsque la température augmente, et sélectionner le coefficient approprié alpha] l alpha] 2 tels que 1 × (V1 / T) + 2 × (V2 / T) = 0. Ainsi, la tension de référence de bande interdite peut être obtenue, à savoir VREF = 1V1 + 2V2.
1.1 Structure de la source de tension de référence bandgap Brokaw
la source de tension de référence de Brokaw de la configuration de circuit représentée sur la figure 1.
Il est évident de la figure 1:
Lorsque la tension au point d'équilibre VREF, circulant à travers les transistors Q1 et Q2 du courant IC1 = IC2, par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel à rétroaction négative, la tension de sortie du circuit à la tension de référence VREF. Brokaw la tension de sortie de la source de tension de référence à l'état d'équilibre de la manière suivante:
1.2 la structure de source de tension de référence bandgap Kujik
la source de tension de référence Kujik configuration de circuit représentée sur la figure 2.
La configuration du circuit Brokaw structure de circuit de référence de tension de bande interdite sont des amplificateurs similaires, opérationnelle par rétroaction négative, une tension de référence de bande interdite stable VREF.
transistors PNP figure Q1 et Q2 est un transistor bipolaire connecté en diode, l'amplificateur opérationnel en fonction des caractéristiques « court virtuel », « faux off » peuvent être obtenus par la tension de sortie VREF est la suivante:
2 BiCMOS largeur de bande interdite de la conception de la source de tension de référence
2.1 Analyse du circuit
Après la combinaison des deux correspondant structure améliorée de la source de tension de référence à barrière de potentiel, la source d'ensemble du circuit de tension de référence bandgap ici est représenté sur la Fig.
Afin d'améliorer la stabilité du système de circuit, en utilisant « l'effet Miller », ajouter un grand condensateur de compensation Miller entre les deux amplificateurs opérationnels, pour obtenir un pôle de fréquence basse. Il est divisé en plusieurs condensateurs connectés en parallèle et l'utilisation des transistors MOS condensateurs, résistances être utilisées séparément connectés également en série, sont pris en compte les besoins de la conception et la mise en page des matches.
Dans la structure classique du circuit de base, les transistors MOS sont utilisés pour fournir un courant de polarisation pour le circuit de base, la conception actuelle utilise un transistor npn pour fournir un courant de polarisation. Par l'analyse ci-dessus, qui peut être utilisé pour fournir un MOS courant de polarisation, il y aura en cours de transfert phénomène « point dégénéré » est égal à zéro, il est nécessaire de démarrer le circuit d'excitation, et un transistor npn qui n'est pas « point dégénéré » existe, ainsi, la conception actuelle ne nécessite pas le circuit de démarrage du circuit de base est excité. De plus, l'amplificateur opérationnel avec des transistors Q3 et Q4, résistances R3 et R4 forment ensemble une boucle de rétroaction. Etant donné que la tension de sortie de l'objectif de conception est de 1,2 V, la base du transistor bipolaire - émetteur tension VBE est d'environ 0,8 V, la tension d'alimentation est de 3,3 V, il est nécessaire d'utiliser une résistance de division, sinon il est difficile d'obtenir une sortie de 1,2 V tension.
Transistors Q1 et Q2 une connexion de diode, leurs surfaces d'émetteur inégales, le rapport de surface de n: 1. Emetteur rapport de surface des deux transistors 16 ici: 2, à savoir n = 8, la valeur un est pris pour réduire l'influence du décalage, la seconde est d'améliorer le dispositif d'adaptation, de sorte que les deux transistors de la base - tension émetteur VBE n'est pas égal.
VB1 = VB2 peuvent être obtenus à partir du:
Transistors Q1 et Q2 peuvent avoir une base - émetteur tension VBE est la différence AVbe:
Ainsi, en ajustant le rapport de la résistance dans la formule ci-dessus, vous pouvez obtenir proche du coefficient de température idéal de référence de tension bandgap.
Amplificateur de configuration. La figure 3, le tube PMOS M1, M2 et M3 sont autorisés transmission zéro de courant, l'amplificateur opérationnel ne fonctionne pas à ce moment, à cause du drain du transistor NMOS M3 dégénère point zéro. Pour saper ce besoin d'encourager un circuit de démarrage « point dégénéré ». Q7 Transistors, Q8, Q9, et d'une résistance R8 branche configuration de transmission de courant, puisque les trois transistors sont connectés pour former une diode, chaque transistor et la base - tension d'émetteur VBE est de 0,8 V, alors l'Q10 entre le drain du transistor MOS M5 et M3, la tension de base du VBE 3, à savoir 2,4 V, de sorte que le transistor est mis en marche rapidement, et la transmission de courant qui est connecté à l'émetteur du circuit amplificateur opérationnel, le Q10 le courant d'émetteur est injecté rapidement deux transistors MOS, et augmenter encore le potentiel du noeud, le transistor MOS d'excitation est mis sous tension, de sorte que l'amplificateur opérationnel pour accéder à l'état de fonctionnement normal. Lorsque l'ensemble du circuit de référence de bande interdite pour être dans un état de fonctionnement stable, le potentiel d'émetteur de Q10 sera tiré à la tension de référence à barrière de potentiel VREF et d'une base - tension émetteur VBE de la somme, à savoir 2,0 V, la base de Q10 à ce moment, les pôles de sortie la chute de pression sera réduite à entre 0,4 V, hors Q10, aucune économie d'énergie de transmission en cours.
2.2 mise en page et post-simulation
4 est une largeur de bande interdite source de tension de référence de la disposition générale de. Autour de la périphérie entière de la mise en circuit et la nécessité de protéger l'appareil d'un anneau de protection sont ajoutés, la zone de mise en page de 115 pm x 220 pm.
Après la source de tension de référence bandgap est simulée avec les résultats suivants:
(1) Coefficient de température
, Bandgap source de tension de référence à la tension d'alimentation de 3,3 V et angles de processus typiques modèle TT à une température de -40 ~ 100 balayage, le résultat de la simulation du coefficient de température, comme représenté sur la Fig. la tension de sortie d'environ 1,2 V, le coefficient de température d'environ 10,0 ppm / .
(2) Alimentation Ratio rejet
Bandgap rapport PSRR de réjection d'alimentation de la source de tension de référence des résultats de simulation présentés sur la figure 6, l'environnement de vérification: 3,3 tension d'alimentation V, et la composante de signal en courant alternatif plus 1 V, coins de processus typique modèle TT, la température de fonctionnement 27 , la plage de balayage de fréquence 1 Hz ~ 10 GHz. Comme on le voit sur la figure, aux basses fréquences, la largeur de bande de simulation de la source de tension de référence PSRR d'environ -69 dB, lorsque 10 kHz, PSRR d'environ -53 dB, avec une bonne réjection d'alimentation.
La conception du circuit de polarisation
La configuration du circuit de polarisation 3,1
Bandgap référence de tension principale puce ici d'autres modules pour fournir un amplificateur de transimpédance stable (TIA) est une référence de tension de référence, la bande interdite la source de tension de référence est appliquée, pour compléter la conception du module de circuit de polarisation. Dans. La figure 7, la tension de référence à intervalle de bande VREF est émis par l'électrode d'entrée du groupe de transistor Q1 npn, le constituent transistor PMOS M2 et M3 d'une source de basse tension de courant cascode, M3 et fournit une tension de polarisation Vb1. transistor PMOS M5 et la résistance R3 constituent la source de courant de base une diode connectée, et M5 génère une autre tension de décalage Vb2. En changeant la valeur des résistances R2 et R3, et ajuster la taille des tensions de polarisation Vb1 et Vb2, sont tous MOS fonctionne dans une zone saturée.
des tensions de polarisation Vb1 et Vb2 sont entrés dans le PMOS M16, M18, M20 et M17 de la porte, M19, M21 constituent un miroir de courant, et le courant de polarisation est généré. Limitation de bande passante principalement en changeant la valeur de courant iTEMP, affectant ainsi la sortie du signal de courant, de sorte que le taux de changement, la bande passante change de telle sorte que le signal de sortie final. iTEMP courant se compose de deux parties, un courant de polarisation de base généré par le miroir de courant, la seconde partie est le courant différentiel, cette partie du courant peut être commandé par le module de commande, le module peut générer de courant différentiel pour les PMOS avec des tubes (oN ou oFF) est commandé.
Bande passante circuit de polarisation d'étranglement 3,2
7, il y a deux bornes de commande CTL1 et CTL2, dans lequel la commande CTL1 PMOS transistors M6 et M8, commande CTL2 transistors PMOS M7 et M9. ctl2 et CTL1 que le haut (1), Low (0) à deux potentiels. CTL1 et le niveau logique de la composition totale ctl211,10,01 et 004 espèces, quatre combinaisons différentes, par une simple porte logique transistor MOS constitués par des portes logiques telles que NAND, NOR portes logiques et illogique porte à atteindre.
Si le ctl2 de contrôle et de la composition CTL1 est 11 ou 00, on peut voir qu'une combinaison de deux incréments n'a eu aucun effet sur les courants générés, affectent même la stabilité du circuit. Par conséquent, non. 11 et 00 combinaisons de contrôle.
Lorsque la composition témoin ctl2 et CTL1 à 10, le transistor PMOS de commande CTL1 M6 et M8 dans l'état bloqué, les contrôles CTL2 transistors PMOS M7 et M9 est activée. Il fournit un (Vb2-Vds) de tension de polarisation aux grilles des M11 et M13, de sorte qu'il est sous tension, les caractéristiques de blindage; En outre, il est prévu un (Vb2-Vds) de tension de polarisation aux grilles des M10 et M12, de sorte que deux transistors PMOS est activé, le courant de polarisation supplémentaire.
Lorsque la composition témoin ctl2 et CTL1 à 01, CTL1 contrôlée PMOS transistor M6 et M8 est mis sous tension, le transistor PMOS M7 et le contrôle M9 ctl2 dans un état bloqué, puis assumer le rôle de l'isolement des tensions Vb1 et Vb2 de M7 et M9. Ensuite, la source et le drain de M8, M9 est un potentiel entre les électrodes, de telle sorte que M10 et M12 est dans un état d'arrêt; En outre, M6 M7 du potentiel de drain et de source entre les électrodes 1, tels que M11 et M13 sont aussi dans le off état, aucun courant de polarisation supplémentaire est générée.
Un circuit réel, une pluralité de tels modules en courant pouvant être commandée en parallèle, en fournissant différentes combinaisons de différents modules de commande sont commandés de courant à être superposé sur le courant de polarisation pouvant être commandée pour obtenir un nombre différent. La logique de commande globale requise pour le contrôler, comme représenté sur la figure 8, et l'introduction de signaux logiques bwh_ctl bwl_ctl, le total de quatre combinaisons de niveaux logiques. 11,10,01 et 00. 4 peut être réalisé pour régler la vitesse du signal de sortie de la bande passante du TIA, après plusieurs vérifié, 4 besoins d'ajustement de fichier.
3.3 mise en page et post-simulation
La figure 9 montre la disposition générale du décalage. De même, sur toute la périphérie de la mise en circuit et la nécessité de protéger l'appareil d'un anneau de protection sont ajoutés, la zone de mise en page de 154 um x 94 um.
Après la simulation de circuit de polarisation, vérifier limitation de bande passante. Après que la tension d'alimentation de 3,3 V, lorsque le coin de processus modèle TT, la simulation d'échange ensemble de circuits de TIA, la plage de fréquence de balayage de 1 Hz à 100 GHz, la bande passante des résultats de simulation obtenus après la fonction de réglage représenté sur la figure 10. Comme on le voit sur la figure, le gain du signal de sortie du TIA sont d'environ 73 dB; combinaison 11,10,01 et 00, la largeur de bande du signal de sortie de la TIA sont 7,9 GHz, 8,9 GHz, 9,8 GHz et 10,1 GHz, l'ajustement de la bande passante pour obtenir une plage d'environ 2,2 GHz est suffisante pour satisfaire aux exigences de différentes applications.
4 Résumé
Dans cet article, deux structure de source de tension de référence de bande interdite traditionnelle, une puce TIA appliquée bandgap source de tension de référence, et une structure optimisée pour obtenir de bonnes performances. Le circuit de polarisation conçu et mis en uvre avec une fonction de réglage de largeur de bande, de sorte que le signal de sortie de TIA peut être ajustée pour obtenir la largeur de bande de 7,9 GHz à 10,1 GHz gamme, augmentée gamme d'applications puce TIA. La mise en page et la conception, bande MPW en cours. Par la suite, la feuille de distribution en fonction du résultat d'essai, d'améliorer encore la configuration du circuit.
références
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Wang Zhenyu, créé, Cao Bang, etc. appareils .BiCMOS, les applications et les tendances Ingénierie des télécommunications, 2003,43 (4): 9-14.
BROKAW A P.Un simples IC référence de bande interdite à trois bornes .IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1974,9 (6): 188-189.
Kuijk K E.Un source de précision de tension de référence .IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1973,8 (3): 222-226.
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