طراحي و شبيه ‌سازي مدار مرجع ولتاژ با PSRR بالا و نويز كم

Design and simulation of Bandgap voltage reference with high PSRR and Low noise

در اين مقاله طراحي و تحليل يك مدار پيشنهادي مرجع ولتاژ Bandgap با استفاده از تكنيك‌هاي مداري براي حذف اثر دمايي و منبع تغذيه بر روي ولتاژ خروجي ارائه شده است. در اين مقاله با اعمال تكنيك‌هاي مداري همانند مدار تأمين‌كننده‌ي جريان بيس براي مستقل شدن ولتاژ خروجي از پروسه‌ي ساخت و همچنين بكارگيري خازن بزرگ و آينه‌هاي جريان كسكود خود باياس با سوئينگ بالا، نسبت رد منبع تغذيه بدون تاثير بر چگالي طيفي توان، بهبود مي‌يابد. نحوه عملكرد مدار پيشنهادي بر اين اساس است كه از آينه‌هاي جريان كسكود خود باياس براي كاهش وابستگي به منبع تغذيه و حذف ولتاژ باياس استفاده شده است. همچنين از دو ولتاژ بيس‌اميتر به صورت سري براي كاهش اثر عدم تطابق ترانزيستورهاي MOSFET، از خازن بزرگ براي حذف اغتشاشات خارجي و بهينه ‌سازي ابعاد ترانزيستورها براي كاهش چگالي طيفي توان نويز خروجي در تحقق آن بكار گرفته شده است. مدار پيشنهادي توسط نرم ‌افزار ADS شبيه ‌سازي شده و ولتاژ خروجي مدار مرجع حدود 1/2 ولت مي‌باشد. همچنين اندازه‌ي قدر مطلق نسبت رد منبع تغذيه و چگالي طيفي توان نويز خروجي مدار در فركانس 100 هرتز به ترتيب برابر dB 109/94 و nv/√Hz 3/072 بدست آمده است. در بازه‌ي دمايي ℃ 40- تا ℃120، تغييرات دمايي ولتاژ خروجي برابر ppm/℃ 28/3 به‌دست آمده‌است.از اين مرجع ولتاژ مي‌توان در دستگاهها و تجهيزات الكترونيكي و مخابراتي استفاده كرد.

In this paper design and analysis of bandgap voltage reference with CMOS transistor for elimination of temperature and source voltage effect is presented. In this paper, by applying techniques such as the base current provider circuit to independent the output voltage from the fabrication process, as well as using a large capacitor and self- bias cascade current mirrors with high swing, the power supply rejection ratio, without affecting the spectral density power, improves. In this design self bias cascade current mirror with high swing is used for decreasing the effect of bias voltage on the output voltage. Two base-emitter voltage with series structure is used for compensation of transistors mismatches, also it used circuits for base current compensation for designing of output voltage independent from the production process, and large capacity for removing external interference. Simulation result of designed bandgap voltage reference with ADS achieves output voltage of 1.236V; PSRR and output power spectral density at frequency of 100HZ obtained -109.94 dB and 3.072 nv/√HZ, respectively. Also, the output voltage temperature coefficient is 28.3 ppm/℃ at -40 ℃ to 120 ℃.