Circuitos Geradores de Referências de Tensão e Corrente

1. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
Voltage/Current Reference
Prof. Jader A. De Lima

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3. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• a voltage reference is an esential part in ADC´s, DAC´s, linear regulators, etc

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5. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• series reference:
• provides load current through a pass transistor between
VIN and VREF
• requires less power, as load current is provided as it´s needed
• shunt reference:
• regulates VREF by shunting excess current to ground via a
parallel transistor
• bias current must be equal or greater than load current

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7. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• temperature coefficient (TC or tempco)
curvature of the voltage driftFirst-order (linear) TC

8. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
Voltage Reference
• avalanche is a rather noisy mechanism
• Zener reference: best TC @ high voltages e.g. 6.2V
→ high supply voltage is required to achieve low TC from Zener reference
TC
+ 100ppm/o
C
Best TC @ high voltages
e.g. 6.2V!!
strong TC
-0.3%/o
C
TC > 0
TC < 0
• simple circuits

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10. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• the bandgap reference concept:
• output voltage for zero TC is close to bandgap voltage of Si (~1.2V)
• VCC must be higher than 1.2V → not suitable for sub-1V applications
CTAT
PTAT

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• dependence of VBE on temperature (CTAT voltage)

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( ) 0.002065T 1.265BE1V T = +−no laboratório (Exp 2)

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14. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• PTAT voltage

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17. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• Determinar a referência Vout

18. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
1
3 2 1 2
2
2 2 1
2
3 3 2
ln
ln
BE BE t
BE t
I
R I V V
I
R R I
V V
R R I
φ
φ
= − =
= ∆ =
2 1
3 2 3
3 2
lnref BE BE t
R I
V V V V
R I
φ= + = +
• problem: maintain I1/I2 independent of T

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Since I1 = I2 (assuming R1 = R2)
• bandgap reference with an opamp

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21. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
Projetar o bandgap abaixo para mínima variação a T = 300o
K, admitindo:
R1 = R2
IS1= 0.1pA
IS2 = 0.4pA
I1 = I2 ≈ 1mA
β >> 1
Vout ≈ 1.1V
∆VBE/∆T = -2mV/o
C

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Projetar o bandgap abaixo para mínima variação a T = 300o
K, admitindo:
R1 = R2
IS1= 0.1pA
IS2 = 0.4pA
I1 = I2 = 1mA
β >> 1
∆VBE/∆T = -2mV/o
C

23. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
para T = T0
R1 = R2 = 555.2 Ohms
para T0 = 300o
K

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25. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
current mirror

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31. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2014
• Reference Current Generation
supply dependent!
β >> 1

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Robert J. Widlar
• Widlar current source

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REFERÊNCIAS:
• Fundamentals of Microelectronics, B. Razavi, John Wiley
and Sons, 2006
• Microelectronic Circuits, A. Sedra and K. Smith, Oxford
university Press, 5th Edition, 2003