طراحی و شبیه سازی منبع جریان مرجع و منبع ولتاژ مرجع برای استفاده در کاربردهای کم توان

مراجع ولتاژ و جریان یکی از اصلی ترین بلوک ها در مدارهای دیجیتال و آنالوگ هستند. عملکرد یک مرجع به وسیله حداکثر تغییرات در شرایط عملیاتی مجاز خود سنجیده می شود. یکی از مهم¬ترین مشخصه های یک مرجع تغییرات دمایی آن است. بنابراین، باید با توجه ویژه¬ای به رفتار حرارتی مرجع ولتاژ و مرجع جریان پرداخته می شود. دیگر مشخصه ایی که کارایی یک مرجع را مشخص می¬کند تغییرات خروجی نسبت به تغییرات ولتاژ تغدیه است. در این پایان نامه، یک مرجع ولتاژ و یک مرجع جریان ارائه شده¬اند که در تکنولوژی 0.18 μm طراحی شده اند. هدف ما طراحی یک مرجع ولتاژ و یک مرجع جریان cmos با پایداری دمایی بیشتری نسبت به مراجع موجود است. ابتدا یک مرجع ولتاژ ارائه می شود که ولتاژ مرجع را می توان با اختلاف ولتاژ آستانه ترانزیستور در دمای اتاق تقریب زد. سپس مرجع جریانی ارائه خواهد شد که در آن از سه تکنیک استفاده شده است. اول: استفاده از تقسیم ضریب دمایی دو المان بجای جمع کردنشان برای خنثی کردن تغییرات دمایی. دوم: استفاده از یک ترانزیستور بجای مقاومت. سوم: بکار بردن یک تقویت کننده عملیاتی برای ثابت کردن خروجی در مقابل تغییرات ولتاژ ورودی. طراحی دقیق ولتاژ آستانه این اجازه را می¬دهد که مدار با ولتاژ تغدیه 0.7 v و توان مصرفی میانگین 5 nw کار کند. ضریب دمایی ولتاژ خروجی این مدار 3.83ppm/℃ است که در محدوده دمایی 0-100℃ محاسبه شده است. تغییرات خروجی نسبت به ولتاژ تغذیه در محدوده 0.7-1.2 ولت 1.6٪ است. در این طرح، عملکرد در ناحیه زیرآستانه برای به حداقل رساندن هم مصرف توان و هم ولتاژ تغذیه مورد استفاده قرار گرفته است. ساختار جدید مرجع ولتاژ ارائه شده بر اساس تکنیک جبران درجه حرارت با عملکرد در ناحیه زیر آستانه طراحی شده است. در این مدار دو ترانزیستور mosfet کانال n که ولتاژ آستانه متفاوتی دارند؛ به کار رفته اند. در واقع ولتاژ مرجع خروجی تقریبی از اختلاف ولتاژ آستانه این دو ترانزیستور است. مرجع جریان ارائه شده از سه تکنیک برای رسیدن به نتایج بهتر استفاده کرده است. تقسیم ولتاژ با ضریب دمایی مشخص بر مقاومت در خروجی، جریانی را ایجاد می کند که تغییرات آن نسبت به دما تقریبا ثابت است. در این طرح به جای استفاده از مقاومت از یک ترانزیستور اتصال دیودی استفاده شده است و تکنیک آخر، به¬کار بردن یک تقویت کننده عملیاتی برای ثابت کردن خروجی در مقابل تغییرات ولتاژ ورودی است. نتایج شبیه سازی ضریب دمایی 18ppm/℃ را در محدوده 0-100℃ نشان می دهد. تغییرات جریان نسبت به تغییرات ولتاژ ورودی در محدوده 1.5-3 v ،0.23% است. تغییرات جریان نسبت به تغییرات ولتاژ خروجی 0.6-2 v ،0.08% است.psrr مدار -70db است. توان خروجی مدار 1.14μw است.