وانغ Yuqi 1، إلى HE، Zhanggui بو 1، 2 تونغ تشى تشيانغ، وانغ هاو 1، تشانغ شنغ 1، 1 يونيو هوانغ تشى

(1. معهد ووهان للفيزياء والتكنولوجيا جامعة، ووهان 430072، الصين؛ 2. النيران ووهان الاتصالات المحدودة، ووهان 430200)

تستند عملية 0.18 ميكرون SIGE BICMOS، يتم تطبيق تصميم ل"10 جيجابايت في الثانية transimpedance مكبر للصوت (TIA)" فجوة الحزمة الجهد رقاقة إشارة. فجوة الحزمة مرجعا الجهد مع الجهد امدادات الطاقة عند 3.0 V ~ 3.6 V، والجهد المرجعي هو إشارة الناتج 1.2 V، ومعامل درجة الحرارة من 10.0 جزء في المليون / ، عندما انخفاض نسبة الرفض امدادات الطاقة -69 ديسيبل، مع أداء جيد. تطبيق مصدر فجوة إشارة الجهد لاستكمال تصميم دائرة التحيز رقاقة وحدة TIA، بالإضافة إلى دائرة التحيز يوفر التحيز الحالي، ولكن أيضا يتضمن وظيفة التكيف عرض النطاق الترددي، ويمكن أن تتحقق على TIA عرض النطاق الترددي إشارة خرج الجهد 7.9 غيغاهرتز، 8.9 غيغاهرتز و 9.8 غيغاهرتز و 10.1 غيغاهرتز العتاد الرابع ضبط وتحسين تطبيق رقاقة TIA. في الوقت الحاضر، ومصدر الجهد فجوة الحزمة المرجعية مع التحيز رقاقة الدائرة كونها وزارة الأشغال العامة TIA (وزارة الأشغال العامة) تتدفق رقة.

BICMOS، فجوة الحزمة مرجعا الجهد؛ ودائرة التحيز، اختناق عرض النطاق الترددي

TN443

كود الوثيقة: A

10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.11.007

شكل الاقتباس الصيني: وانغ Yuqi، وجين، Zhanggui بو، ومثل، وتصميم وتطبيق BICMOS فجوة مرجعا الجهد التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (11): 33-36.

الإنجليزية شكل الاقتباس: وانغ Yuqi، وجين تشانغ Guibo، وآخرون. تصميم وتطبيق BICMOS مرجعا الفرقة الفجوة .Application من تقنيات الالكترونية، 2016،42 (11): 33-36.

0 مقدمة

وبفضل دراسة متعمقة للتكنولوجيا الدوائر المتكاملة والتطور السريع للأنواع المختلفة على أساس تمثيلي، أصبح معدات الاتصالات الرقمية والتقنيات الاستهلاكية موضوعا ساخنا اليوم. فجوة الحزمة مرجعا الجهد هو وحدة قاعدة الدوائر المتكاملة الحرجة، ويستخدم كمصدر مرجعي الجهد وجود دقة عالية، وخصائص الاستقرار عالية، لا يتأثر امدادات التيار الكهربائي ودرجة الحرارة من التشغيل.

يستخدم على نطاق واسع فجوة الحزمة مرجعا الجهد في المتلقي البصرية transimpedance قبل مكبر للصوت (وTIA)، محول تناظري رقمي (لADC)، الرقمية لتحويل التناظرية (وDAC)، وانخفاض التسرب منظم الخطية (على LDO)، جهاز استشعار درجة الحرارة، والجهد التناظرية والمختلطة متكاملة للكشف، مقارنة عالية الدقة وما شابه ذلك، هي التي لا غنى عنها وحدة قاعدة المفتاح الذي يحدد إلى حد كبير أداء رقاقة متكاملة أداء النظام.

والتكامل عالية لا يمكن أن تتحقق ذات فجوة الحزمة المرجعية القائمة على CMOS، لتحقيق انخفاض استهلاك الطاقة، ذات فجوة الحزمة المرجعية القائمة على التكنولوجيا القطبين، يتم تطبيق الدائرة عالية السرعة على نطاق واسع، وهناك قدرة قوية القيادة الحالية. تكنولوجيا BICMOS وتكنولوجيا CMOS يمكن تنفيذها مع التكنولوجيا القطبين متكاملة على الشريحة نفسها، وبالتالي يكون لها أيضا مزايا كل من وعالية الأداء يتحقق رقاقة المتكامل الذي، نوعان من العمليات الأخرى لا يمكن أن يتحقق. ولذلك، BICMOS عملية تصميم فجوة نطاقها إشارة الجهد دراسة مصدر له دلالة مهمة .

والمراجع ذات فجوة الحزمة الجهد

الهدف فجوة الحزمة مرجعا الجهد لتوليد الجهد إشارة - امدادات الطاقة والعلاقات العملية غير موجودة، في حين وجود يتم تحديد سمة درجة حرارة طفيفة. يفترض أن V1 الجهد يتناقص مع زيادة درجة الحرارة، ويتم زيادة V2 الجهد مع زيادة درجة الحرارة، واختيار المناسب معامل ألفا] ل ألفا] (2) بحيث 1 (V1 / T) + 2 (V2 / T) = 0. وهكذا، فإن الجهد فجوة الحزمة المرجعية يمكن الحصول عليها، وهي VREF = 1V1 + 2V2.

1.1 بروكاو فجوة الحزمة هيكل إشارة مصدر الجهد

بروكاو فجوة الحزمة مرجعا الجهد من التكوين الدائرة هو مبين في الشكل (1).

ومن الواضح من الشكل 1:

عندما الجهد عند نقطة التوازن VREF، التي تتدفق من خلال الترانزستورات Q1 و Q2 من IC1 الحالي = IC2، من خلال مكبر للصوت التشغيلي ردود الفعل السلبية، على حلبة انتاج التيار الكهربائي في الجهد إشارة VREF. بروكاو فجوة الحزمة مرجعا الجهد انتاج التيار الكهربائي في حالة توازن على النحو التالي:

1.2 Kujik فجوة الحزمة هيكل إشارة مصدر الجهد

Kujik فجوة الحزمة مرجعا الجهد التكوين الدائرة هو مبين في الشكل 2.

تكوين الدائرة بروكاو فجوة الحزمة الجهد هيكل الدائرة إشارة مماثلة، من خلال مكبر للصوت التشغيلي ردود الفعل السلبية، مستقرة ذات فجوة الحزمة المرجعية الجهد VREF.

FIG PNP الترانزستور Q1 و Q2 هو الترانزستور المتصلة الصمام الثنائي القطبين، ومكبر للصوت التنفيذية وفقا ل "باختصار الظاهري"، "قبالة كاذبة" الميزة، والجهد الناتج حصلت VREF هو:

2 BICMOS التصميم المرجعي فجوة مصدر التيار الكهربائي

2.1 تحليل الدائرة

بعد مزيج من الاثنين تحسين فجوة الحزمة المرجعية بنية مصدر الجهد المقابلة، يظهر الدائرة كلها ذات فجوة الحزمة هنا مرجعا الجهد في الشكل.

من أجل تحسين استقرار النظام الدائرة، وذلك باستخدام "تأثير ميلر"، إضافة كبيرة ميلر تعويض مكثف بين مكبرات الصوت التنفيذية اثنين، للحصول على القطب التردد المنخفض. وهي مقسمة إلى عدة مكثفات متصلة على التوازي واستخدام الترانزستورات MOS كما المكثفات و المقاومات أيضا أن تستخدم متصلة منفصلة في سلسلة، وتؤخذ في الاعتبار احتياجات تصميم وتخطيط من المباريات.

في الهيكل التقليدي للالدوائر الأساسية، ويعمل ترانزستور MOS لتوفير التيار التحيز للدائرة الأساسية، والتصميم الحالي يستخدم الترانزستور NPN لتوفير التحيز الحالي. بواسطة التحليل الوارد أعلاه، والتي يمكن استخدامها لتوفير التحيز MOS الحالي، سيكون هناك "نقطة المنحطة" نقل الظاهرة الحالية هو صفر، فمن الضروري أن تبدأ الدائرة الإثارة، والترانزستور NPN وهي ليست "نقطة المنحطة" موجودا، وهكذا، فإن التصميم الحالي لا يتطلب دائرة البدء لوالسعادة الدائرة الأساسية. وعلاوة على ذلك، مكبر للصوت التشغيلية مع Q3 الترانزستورات وQ4 و المقاومات R3 وR4 معا تشكل حلقة مفرغة. منذ الجهد الناتج من هدف التصميم هو 1.2 V، وقاعدة الترانزستور ثنائي القطب - باعث الجهد VBE حوالي 0.8 V، امدادات التيار الكهربائي 3.3 V، فمن الضروري استخدام المقاوم للتقسيم، وإلا فإنه من الصعب الحصول على انتاج 1.2 V الجهد.

الترانزستورات Q1 و Q2 اتصال الصمام الثنائي، والمناطق باعث غير متكافئة، ونسبة مساحة ن: 1. باعث نسبة المساحة اثنين من الترانزستورات 16 من هذا القانون: 2، أي ن = 8، يتم أخذ قيمة واحدة للحد من تأثير الإزاحة، والثاني هو لتحسين جهاز التصفح، حتى أن اثنين من الترانزستورات للقاعدة - VBE الجهد باعث ليس على قدم المساواة.

VB1 = VB2 يمكن الحصول عليها من:

قد يكون الترانزستور Q1 و Q2 قاعدة - باعث الجهد VBE هو الفرق VBE:

وهكذا، وتعديل نسبة المقاومة في الصيغة أعلاه، يمكنك الحصول على مقربة من معامل درجة الحرارة المثالية للإشارة الجهد فجوة الحزمة.

مكبر للصوت تكوين FIG 3، يسمح الأنبوب PMOS M1، M2 و M3 نقل الصفر الحالية، ومكبر للصوت التنفيذية لا تعمل فى مثل هذا الوقت، بسبب نزيف الترانزستور NMOS تتحول M3 نقطة الصفر. لتقويض هذه الحاجة "نقطة المنحطة" لتشجيع دائرة بدء التشغيل. الترانزستورات Q7، Q8، التكوين انتقال الحالي Q9، والمقاوم R8 فرع، حيث يتم توصيل الترانزستورات الثلاثة لتشكيل الصمام الثنائي، كل الترانزستور وقاعدة - باعث الجهد VBE هو 0.8 V، ثم Q10 بين نزيف الترانزستور MOS M5 و M3، والجهد قاعدة VBE 3، أي 2.4 V، لذلك يتم تشغيل الترانزستور على وجه السرعة، وانتقال الحالي الذي يتصل باعث للدائرة مكبر للصوت التشغيلية، وQ10 يتم حقن باعث الحالية بسرعة اثنين من الترانزستورات MOS، ومواصلة رفع إمكانات العقدة، يتم تشغيل الإثارة MOS الترانزستور، بحيث مكبر للصوت التشغيلي للوصول إلى حالة التشغيل العادية. عندما الدائرة ذات فجوة الحزمة المرجعية كلها لتكون في حالة التشغيل ثابتة، سوف يتم سحبها القدرة باعث من Q10 إلى الجهد فجوة الحزمة المرجعية VREF وقاعدة - باعث الجهد VBE من المبلغ، أي 2.0 V، قاعدة Q10 في هذا الوقت، القطبين الخروج سيتم تخفيض هبوط الضغط إلى ما بين 0.4 V، Q10 حالا، أي وفورات انتقال السلطة الحالية.

2.2 تخطيط وظيفة المحاكاة

4 هو وجود فجوة الفرقة مرجعا الجهد والتخطيط الشامل لل. حول محيط كامل من تخطيط الدوائر والحاجة لحماية الجهاز تضاف حلقة واقية، ومنطقة تخطيط من 115 ميكرون 220 ميكرون.

بعد الإشارة فجوة الحزمة هو محاكاة مصدر الجهد مع النتائج التالية:

(1) معامل درجة الحرارة

، فرق الطاقة مرجعا الجهد في 3.3 V امدادات التيار الكهربائي وزوايا عملية نموذجية TT نموذج عند درجة حرارة -40 ~ 100 المسح الضوئي، والمحاكاة نتيجة معامل درجة الحرارة، كما هو مبين في الشكل. الناتج الجهد نحو 1.2 V، ومعامل درجة حرارة حوالي 10.0 جزء في المليون / .

(2) امدادات الطاقة نسبة الرفض

فجوة الحزمة مرجعا الجهد امدادات الطاقة نسبة الرفض PSRR من نتائج المحاكاة هو مبين في الشكل (6)، والبيئة التحقق: 3.3 V امدادات التيار الكهربائي، وعنصر إشارة AC زائد 1 V، نموذجية زوايا عملية TT نموذج، تعمل درجة الحرارة 27 ، نطاق الترددات الاجتياح 1 هرتز ~ 10 غيغاهيرتز. وكما يتبين من هذا الرقم، في الترددات المنخفضة، فإن الفجوة الفرقة إشارة الجهد مصدر محاكاة PSRR حوالي -69 ديسيبل، وعندما 10 كيلو هرتز، PSRR حوالي -53 ديسيبل، مع رفض جيدة امدادات الطاقة.

تصميم من دائرة التحيز

تكوين دائرة التحيز 3.1

فجوة الحزمة الجهد إشارة رقاقة الرئيسي هنا حدات أخرى لتوفير مكبر للصوت مستقرة transimpedance (TIA) هي إشارة الجهد المرجعية، يتم تطبيق ذات فجوة الحزمة مرجعا الجهد، لاستكمال تصميم وحدة دائرة التحيز. في FIG 7، والفرقة الفجوة إشارة الجهد VREF يخرج من القطب مدخلات مجموعة الترانزستور Q1 NPN، والترانزستور PMOS M2 و M3 تشكل مصدر منخفضة الجهد cascode الحالي، M3، ويوفر الجهد التحيز VB1. تشكل PMOS الترانزستور M5 والمقاوم R3 مصدر في الوقت الراهن الأساسي الصمام الثنائي متصلا، وM5 يولد آخر تعويض الجهد VB2. عن طريق تغيير مقاومة من المقاومات R2 و R3، وضبط حجم التحيز الفولتية VB1 وVB2، كلها MOS تعمل في المنطقة المشبعة.

التحيز الفولتية VB1 وVB2 هي مساهمة في PMOS الترانزستورات M16، M18، M20 وبوابة M17، M19، M21 تشكل مرآة الحالية، ويتم إنشاء التحيز الحالي. عرض النطاق الترددي اختناق في المقام الأول عن طريق تغيير itemp القيمة الحالية، مما يؤثر على إخراج إشارة الحالية، وبالتالي فإن نسبة من التغييرات، عرض النطاق الترددي يتغير بحيث إشارة الناتج النهائي. يتكون Itemp الحالية من جزأين، والتحيز الحالي الأساسية التي تم إنشاؤها بواسطة مرآة الحالية، الجزء الثاني هو التيار تدريجيا، وهذا جزء من التيار يمكن أن يسيطر عليها وحدة التحكم، وحدة قد تؤدي الزيادة من PMOS الحالي مع أنابيب (أو إيقاف تشغيله) يتم التحكم.

عرض النطاق الترددي الدائرة اختناق التحيز 3.2

7، وهناك نوعان السيطرة ctl1 محطة وCTL2، حيث سيطرة ctl1 PMOS الترانزستورات M6 وM8، وضوابط ctl2 PMOS الترانزستورات M7 وM9. ctl2 وctl1 فقط عالية (1)، وانخفاض (0) في اثنين من إمكانات. Ctl1 ومستوى المنطق من إجمالي تكوين ctl211،10،01 والأنواع 004، وأربع مجموعات مختلفة، من خلال بوابة المنطق البسيط MOS الترانزستور شكلت من قبل البوابات المنطقية مثل NAND، NOR البوابات المنطقية وغير منطقي باب لتحقيقه.

إذا كان ctl2 السيطرة وتكوين ctl1 هو 11 أو 00، ويمكن أن ينظر إلى مزيج من اثنين من الزيادات لم يكن لها تأثير على التيارات ولدت، حتى يؤثر على الاستقرار في الدائرة. ولذلك، لا 11 و 00 مجموعات السيطرة.

عندما ctl2 تكوين السيطرة وctl1 إلى 10، ctl1 تسيطر PMOS الترانزستور M6 وM8 في خارج الدولة، يتم تشغيل الضوابط ctl2 PMOS الترانزستورات M7 وM9 جرا. وهو يوفر (VB2-VDS) الجهد التحيز إلى أبواب M11 و M13، بحيث يتم تشغيله، وخصائص وقائية، وعلاوة على ذلك، هناك يتم توفير (VB2-VDS) الجهد التحيز إلى أبواب M10 و M12، بحيث يتم تشغيل الترانزستورات اثنين PMOS على والتحيز الحالي المتزايد.

عندما ctl2 تكوين السيطرة وctl1 إلى 01، PMOS ctl1 تسيطر الترانزستور تشغيل M6 وM8 على وM7 وM9 السيطرة ctl2 PMOS الترانزستور في خارج الدولة، ثم تولي دور العزلة الفولتية VB1 وVB2 من M7 وM9. ثم، المصدر ونزيف M8، M9 هو إمكانية بين القطب، بحيث M10 و M12 هو في حالة قبالة؛ وبالإضافة إلى ذلك، M6 M7 للهجرة ومصدر الطاقات بين الأقطاب 1، بحيث M11 و M13 هي أيضا في خارج الدولة، يتم إنشاء أي التحيز الحالي المتزايد.

دائرة الفعلية، وعدد وافر من هذه الوحدات في التيار السيطرة مواز، من خلال توفير مجموعات مختلفة من وحدات التحكم المختلفة يتم التحكم الحالي إلى فرضه على التحيز الحالي يمكن السيطرة عليها لتحقيق رقم مختلف. منطق السيطرة العالمية المطلوبة للسيطرة عليها، كما هو مبين في الشكل 8، وإدخال الإشارات منطق bwh_ctl bwl_ctl، مجموع من تركيبات مستوى 4 منطق: 11،10،01 و00. 4 لا يمكن أن يتحقق لضبط سرعة إشارة الخرج عرض النطاق الترددي TIA، بعد عدة التحقق، 4 احتياجات تعديل الملف.

3.3 تخطيط وظيفة المحاكاة

ويبين الشكل (9) والتخطيط الشامل للتعويض. وبالمثل، حول محيط كامل من تخطيط الدوائر والحاجة لحماية الجهاز حلقة واقية وأضاف، في منطقة تخطيط 154 ميكرومتر 94 ميكرون.

بعد التحيز محاكاة الدوائر، تحقق من اختناق عرض النطاق الترددي. بعد الجهد امدادات الطاقة من 3.3 V، عندما نموذج زوايا عملية TT، كامل الدوائر TIA الصرف المحاكاة، ونطاق الترددات المسح من 1 هرتز إلى 100 غيغاهرتز، وعرض النطاق الترددي للنتائج المحاكاة التي تم الحصول عليها بعد وظيفة التكيف هو مبين في الشكل (10). وكما يتبين من هذا الرقم، وكسب إشارة خرج من TIA حوالي 73 ديسيبل، مزيج 11،10،01 و00، وعرض النطاق الترددي للإشارة خرج من TIA هم 7.9 غيغاهرتز، 8.9 غيغاهرتز، 9.8 غيغاهرتز و 10.1 غيغاهرتز، تعديل عرض النطاق الترددي لتحقيق مجموعة من نحو 2.2 غيغاهرتز كافية لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة.

4 موجز

في هذه الورقة، وهما التقليدية ذات فجوة الحزمة المرجعية بنية مصدر التيار الكهربائي، تطبيق شريحة TIA فجوة الحزمة مرجعا الجهد، والهيكل الأمثل لتحقيق الأداء الجيد. في دائرة التحيز تصميمها وتنفيذها مع وظيفة التكيف عرض النطاق الترددي، بحيث إشارة خرج TIA يمكن تعديلها لتحقيق عرض النطاق الترددي 7.9 غيغاهيرتز الى 10.1 مجموعة غيغاهرتز، وزيادة نطاق رقاقة التطبيقات TIA. تخطيط وتصميم والمستمر الشريط وزارة الأشغال العامة. بعد ذلك، ورقة تدفق وفقا لنتيجة الاختبار، وزيادة تحسين التكوين الدائرة.

مراجع

الحالة وو Wenlan والجنائية لي الأوسط واتجاهاته فجوة الحزمة مصدر مرجعي المعلومات الحواسيب الصغيرة، 2010،26 (17): 186-188.

وانغ تشن يو، التي أنشئت، كاو بانج، الخ .BiCMOS الأجهزة والتطبيقات والاتجاهات هندسة الاتصالات السلكية واللاسلكية، 2003،43 (4): 9-14.

بروكاو A P.A بسيطة ثلاثة محطة IC إشارة ذات فجوة الحزمة .IEEE مجلة الدوائر الحالة الصلبة، 1974،9 (6): 188-189.

KUIJK K E.A الدقة مرجعا الجهد .IEEE مجلة الدوائر الحالة الصلبة، 1973،8 (3): 222-226.

مزايا العضوية في نهاية العام بعد التمديد!