Далее будет рассмотрено влияние технологических отклонений на коэффициент подавления помех по входу (питанию) ИОН.

При рассогласовании токовых зеркал в 1% отклонение коэффициента подавления помехи по входу относительно ситуации без рассогласования незначительно мало (менее 1 дБ).

При отклонении абсолютных величин резисторов в 5% отклонение коэффициента подавления помехи по входу относительно ситуации без рассогласования незначительно мало (менее 1 дБ).

При рассогласовании резисторов в 1% отклонение коэффициента подавления помехи по входу относительно ситуации без рассогласования незначительно мало (менее 1 дБ).

Видим, что рассмотренные технологические отклонения не влияют на коэффициент подавления помехи по входу. Отклонение номиналов резисторов почти не влияет на подавляющую способность схемы, т.к. основное подавление помехи создаёт операционный усилитель, в котором резисторов нет, и выходной фильтр. В случае ФНЧ на резисторах, номиналы резисторов велики и отклонение в 5% малозначительно. А в случае использования p - канальных транзисторов в качестве резисторов, в выходном фильтре резисторов нет вообще.

Далее будет рассмотрено влияние технологических отклонений на ток, потребляемый ИОН в статическом режиме.

При рассогласовании токовых зеркал в 1% отклонение потребляемого тока от ситуации без рассогласования для схемы 1 не более 0.1 мкА, что можно видеть на рисунке 3.35.

При рассогласовании токовых зеркал в 1% отклонение потребляемого тока от ситуации без рассогласования для схемы 2 не более 0.1 мкА, что можно видеть на рисунке 3.36.

Рисунок 3.35. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании транзисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1)для схемы 1

Рисунок 3.36. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании транзисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1) для схемы 2

Из рисунка 3.37. видно, что при отклонении абсолютных величин резисторов в 5%, ток, потребляемый схемой 1, отклонится от тока без отклонения номиналов резисторов на 0.5 мкА.

Рисунок 3.37. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при отклонении абсолютных величин резисторов для (n1 = 0.95 и n1 = 1.05) и без отклонения (n1 = 1 )для схемы 1

Из рисунка 3.38. видно, что при отклонении абсолютных величин резисторов в 5%, ток, потребляемый схемой 2, отклонится от тока без отклонения номиналов резисторов на 1 мкА.

Рисунок 3.38. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при отклонении абсолютных величин резисторов для (n2 = 0.95 и n2 = 1.05) и без отклонения (n2 = 1) для схемы 2

Рисунок 3.39. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании резисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1 )для схемы 1

Из рисунка 3.39. видно, что при рассогласовании резисторов R2 относительно R1 и R3 1% для схемы 1 потребляемый ток ИОН отклоняется от тока без учёта рассогласования не более, чем на 0.1 мкА

Из рисунка 3.40. видно, что при рассогласовании резисторов R2 относительно R1 и R3 1% для схемы 1 потребляемый ток ИОН отклоняется от тока без учёта рассогласования не более чем на 0.1 мкА

Рисунок 3.40. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании резисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1) для схемы 2

Рисунок 3.41. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании резисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1) для схемы 1

Из рисунка 3.41. видно, что при рассогласовании резисторов R3 относительно R1 и R2 1% для схемы 1 потребляемый ток ИОН отклоняется от тока без учёта рассогласования не более, чем на 0.1 мкА

Из рисунка 3.42. видно, что при рассогласовании резисторов R3 относительно R1 и R2 1% для схемы 1 потребляемый ток ИОН отклоняется от тока без учёта рассогласования не более чем на 0.1 мкА

Рисунок 3.42. Зависимость потребляемого тока ИОН от температуры при рассогласовании резисторов для (n2 = 0.99 и n2 = 1.01) и без рассогласования (n2 = 1) для схемы 2

Таблица 3.5 - отклонение потребляемого тока схемы 1 при технологических отклонениях от случая без технологических отклонений

Таблица 3.6 - отклонение потребляемого тока схемы 2 при технологических отклонениях от случая без технологических отклонений

Из таблиц 3.5 и 3.6 Наибольшее влияние на потребляемый ток ИОН в статическом режиме оказывает отклонение абсолютных номиналов резисторов. При том, в схеме 2 потребляемый ток отклоняется сильнее, чем в схеме 1, что можно увидеть из соотношений:

ДIпотр1 = 0.5 мкА при Iпотр1(T = 150°C) = 9.82 мкА

ДIпотр2 = 1 мкА при Iпотр2(T = 150°C) = 11.05 мкА

Выводы по главе 3

Рассмотрели похожие схемы, отличающиеся только отношением площадей диодов (16 в схеме 1 и 24 в схеме 2) и номиналами резисторов R1 и R2. Схема 2 по сравнению со схемой 1 немного выигрывает в ТКН (доли ppm/єC), в подавлении нестабильности по входному напряжению (напряжению питания), в подавлении помехи по питанию (разница в 1 дБ), время включения чуть меньше, но потребляемый ток схемы 2 больше потребляемого тока схемы 1 на 10%.

При моделировании технологических уходов, увидели, что подавление нестабильности по входному напряжению и подавление помехи по питанию очень слабо зависит от всех рассмотренных видов технологического ухода. Отклонение абсолютных величин резисторов сильнее всего влияет на потребляемый ток, т.к. резистор R3 определят ток, потребляемый в ядром бандгапа (резистивно-диодных цепях). Рассогласование токовых зеркал и рассогласование резисторов R3 относительно R1 и R2 влияет на выходное напряжение и на ТКН. ТКН в отдельных случаях рассогласования не поднимался выше 30 ppm/°С (23 ppm/°С номинальный). А проблема изменения выходного напряжения в результате технологических отклонений находит решение в рисунках 3.11, который показывает включение ИОН и 3.12, на котором изображена принципиальная схема регулятора. Можно сделать один из резисторов регулятора настраиваемым. На технологические схемы реагировали почти одинаково, за исключением отклонения абсолютных величин резисторов. У схемы 2 отклонение тока относительно номинального больше, чем схемы 1.

Итак, схема 1 уступает по всем характеристикам на незначительную величину, но потребляет меньший ток, слабее реагирует на технологические отклонения. Так же, время включения с низкочастотными фильтрами, использующими транзисторы в роли резисторов, на выходе меньше, чем вариант с фильтром низких частот на резисторах, к тому же, занимает меньшую площадь.

В итоге, лучшим вариантом является схема 1 с ФНЧ, использующим транзисторы в роли резисторов, на выходе.

Заключение

В ходе работы были рассмотрены основные подходы построения ИОН. Выбрана схема источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. После были рассмотрены два варианта соотношения площадей диодов. Для двух были рассмотрены параметры:

· выходное напряжение

· температурный коэффициент ИОН

· нестабильность по выходному напряжению

· коэффициент подавления помех по питанию

· время установления выходного сигнала

· нестабильность по току нагрузки

Характеристики источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны

И коэффициент подавления помехи по питанию не принимает значение меньше 50 дБ.

Эти параметры были рассмотрены как без технологического ухода, так и с тремя случаями по отдельности:

· рассогласование токовых зеркал 1%

· отклонение абсолютных величин резисторов 5%

· рассогласование резисторов 1%

Характеристики источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны с учётом технологических отклонений

Литература

1. Shopan din Ahmad Hafiz, Md. Shafiullah, Shamsul Azam Chowdhury, "Design of a Simple CMOS Bandgap Reference", International Journal of Electrical & Computer Sciences, October 2010.

2. Старосельский В.И. "Физика полупроводниковых приборов", Москва Юрайт высшее образование, 2009.

3. Эннс В.И., Кобзев Ю.М. "Проектирование аналоговых КМОП - микросхем. Краткий справочник разработчика" Москва, Горячая линия - Телеком, 2005.

4. Аракеляан В.А. "Разработка низковольтных источников опорного напряжения с высоким коэффициентом подавления помех по входу", МИЭТ, 2012.

5. Gabriel A. Rincon - Mora, PH.D. "VOLTAGE REFERENCES From Diodes to Precision High-Ordered Bandgap Circuits", IEEE Press, 2002.

6. Hдgglund R. "Design and implementation of bandgap reference circuit", Linkцping, 2005.

7. Волович Г.И. - "Cхемотехника аналоговых и аналого_цифровых электронных устройств", Додэка_XXI, 2011.

8. Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg "CMOS Analog Circuit Design", Oxford University Press, 2011.

Размещено на Allbest.ru