|
Abstract:
|
Tarkka jännitereferenssi on oleellinen osa monia elektroniikan laitteita. Erityisesti tarkoissa analogia-digitaali tai digitaali-analogia muunnoksissa tarkka ja lämpötilan suhteen stabiili referenssijännite on kriittinen. Elektroniikan pienentyessä ja integrointitason kasvaessa jännitereferenssi integroidaan suoraan piille muiden piirien yhteyteen. Työssä suunniteltiin ja valmistettiin mahdollisimman tarkka jännitereferenssipiiri, jonka referenssijännite pysyy vakiona lämpötilan muutoksista huolimatta. Työssä suunniteltiin neljä erillistä bandgap jännitereferenssiä, joiden suorituskykyä simuloitiin, mitattiin ja vertailtiin. Kaikki neljä piiriä perustuvat diodiksi kytketyn PNP transistorin kanta-emitteri jännitteen laskun lämpötilan funktiona kompensoimiseen vastuksen läpi kulkevan virran arvoa nostamalla. Kun pn-liitoksen jännite ja vastuksen yli oleva jännite summataan, saadaan lämpötila-alueen jokaisessa lämpötilassa sama jännite. Käyttöjännitteenä käytettiin 3 volttia ja lämpötila-alueena oli -40°C-+100°C. Piirit suunniteltiin käyttäen Cadence-piirisuunnitteluohjelmaa. Ensin kaikki neljä piiriä suunniteltiin ja simuloitiin piirikaaviotasolla, jonka jälkeen fyysinen layout piirrettiin. Kahdessa piirissä on vain pn-liitoksen jännitteen lineaarisen laskun kompensointi, mutta muissa piireissä on lisää rakenteita lämpötilakäyttäytymisen parantamiseksi. Komponenttien kokojen optimointi suoritettiin simuloimalla fyysistä rakennetta. Piireille suoritettiin joukko perussimulaatioita. Tärkeimmän, referenssijännitteen lämpötilakäyttäytymisen lisäksi, myös käyttöjännitteen vaimennussuhdetta, kohinaa, kuormakäyttäytymistä, piirin käynnistymistä ja käyttöjännitealuetta simuloitiin. Suunnitellut solut koottiin ja koottu layout-tiedosto lähetettiin valmistukseen.Piirille suoritettiin erilaisia perusmittauksia. Tärkeimmän ominaisuuden, lämpötilavakion, lisäksi mitattiin käyttöjännitteen vaimennussuhdetta, kohinaa, kuormituskäyttäytymistä, käyttöjännitealuetta ja piirin käynnistymistä. |