【探索DigiKey!FUN肆分享】芯片中多VREF电压的实现

零温漂基准电压一般由带隙基准(bandgap)实现。IC设计时,在某些电路应用场合,需要多个稳定的参考电压,而如果设计多个bandgap则显得有点笨拙,也不太经济。那么在只有一个bandgap的情况下,还有什么好的办法来产生这些所需的多个参考电压呢?

回答这个问题之前,我们先看单个参考电压怎么产生。看下图,该电路可以产生一个和基准电压VBG成比例的参考电压。

图1

零温漂基准电压一般由带隙基准(bandgap)实现,其输出电压记为VBG。使用运算放大器构成的负反馈环路对A点进行钳位,如果OP增益足够高,则VA≈VBG,则支路电流为VBG/R0。用K1和K2表示M1和M2的W/L。假设K1/K2=1:1,则

VREF=VBG∗R1R0

如果 R1=R0 ,则 =VREF=VBG 。如果 =R1:R0=1.5:1 ,则 =VREF=1.5VBG 。

基于这个原理,我们可以设计如下图所示的电路,即多电阻串联网络,从不同点即可得到不同的电压。

需要注意的是,这种电路得到的参考电压驱动能力是很有限的,所以后级负载也往往是CMOS电路的栅极,无供流需求。那么对于驱动能力有要求的参考电压,则应该采取其他方法实现。


LAYOUT注意事项

我们看下图,一条电流传输线“跋山涉水”,从芯片左上角一直到右下角的终端。这是因为,很多时候我们用到的参考电压的位置在芯片布局中往往距离bandgap较远,这时候我们一般选择进行长距离电流传输而不是电压传输。这么做至少有两个优点:

(1)因为电流受噪声干扰的影响较小;(2)即使考虑走线的寄生阻抗,只要我们在终端电阻端口处接出电压,就可以避免寄生电阻的影响,得到的仍然是准确的电压。

此外,考虑掺杂浓度梯度的影响,虽然R0和蓝色框里的电阻在不同区域,但最好朝向一致,比如都是纵向放置或者横向放置。蓝色框里的电阻之间最好也考虑版匹配,甚至可以放置DUMMY器件降低掺杂浓度的影响。