بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک رگولاتور ولتاژ با افت کم - LDO - طراحی و شبیه سازی شده است. در رگولاتور ولتاژ مذکور از یک مرجع ولتاژ بندگپ زیر یک ولت برای کاهش حساسیت ولتاژ خروجی نسبت به تغییرات دما، پروسه و منبع تغذیه بهره گرفته شده است. مرجع ولتاژ طراحی شده دارای خروجی 800 میلی ولت و حساسیت دمایی 4.4 ppm/œc می باشد. برای پایدارسازی حلقه کنترلی رگولاتور، در خروجی آن از یک خازن برای ایجاد قطب غالب و یک مقاومت سری با آن برای ایجاد یک صفر و افزایش حاشیه فاز و پایداری سیستم استفاده شده است . رگولاتور و مرجع ولتاژ ارائه شده در تکنولوژی 0.18um CMOS طراحی و با نرم افزار ADS شبیه سازی گردید و ولتاژ تثبیت شده 1.2 ولتی به ازای تغییرات ولتاژ ورودی 1.4 تا 2 ولت و تغییرات جریان بار 0 تا 100 میلی آمپر در خروجی رگولاتور مشاهده گردید. همچنین برای بررسی عملکرد مدار در برابر تغییرات پروسه از شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردید.
کلمات کلیدی: رگولاتور ولتاژ LDO ، مرجع ولتاژ بندگپ ، مونت کارلو ، مدار راه انداز.
.1 مقدمه
با پیشرفت تکنولوژی و کوچکتر شدن قطعات، مدارهای الکترونیکی مبتنی بر این افزاره ها نیاز به منابع ولتاژ نسبتا کوچک و مستقل از دما، پروسه و منبع تغذیه دارند. مراجع ولتاژ بندگپ و رگولاتورهایLDO از جمله مدارهای مدیریت توان هستند که در بسیاری از سیستم های آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند. مراجع ولتاژ دارای سه ویژگی می باشند.[1] در برابر تغییر ولتاژ ورودی ولتاژ خروجی ثابتی دارند، ولتاژ خروجی با تغییرات دما ثابت است، با تغییرات پروسه خروجی ثابت است. در مراجع ولتاژ ما نیاز داریم اثر تغییرات نسبت به دما را کاهش دهیم. هم چنین باید به ازای ورودی کم به خوبی کار کنند.
اکثر مراجع ولتاژ بر اساس خاصیت دمایی ترانزیستور های دوقطبی کار می کنند .[2-3] در اینگونه از مراجع ولتاژ از دو ترانزیستور دو قطبی استفاده می شود.کاهش حساسیت ولتاژ خروجی نسبت به دما معمولا با استفاده از تکنیک جمع دو ولتاژ PTAT و CTAT حاصل می شود. از اختلاف ولتاژ بیس-امیتر دو ترانزیستور سیگنال PTAT ساخته می شود،که دارای ضریب حرارتی مثبت است. و سیگنال CTAT با ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور دو قطبی ساخته می شود.[1]جمع ضریبی خاصی از این دو ولتاژ می تواند اثر تغییرات دما را تقریبا خنثی می کند.
با استفاده از مراجع ولتاژ بندگپ می توانیم ولتاژ های دقیقی درست کنیم، اما این مراجع از قابلیت جریان دهی بسیار کمی برخوردارند. بنابراین برای افزایش قابلیت جریان دهی نیاز به مداراهیی داریم که ولتاژ خروجی آنها نسبت به تغییرات جریان بار ثابت باشد که آن ها را رگولاتور های ولتاژ LDO می نامند. این رگولاتور ها می توانند ولتاژهای ثابتی را برای بارهای مختلف فراهم کنند. در بسیاری از سیستم های قابل حمل LDO استفاده می شود. چون این رگولاتو ها می توانند ولتاژ ثابت و پایداری را که مستقل از امپدانس بار و تغییرات ولتاژ ورودی است، فراهم کنند. ساختار این رگولاتور در شکل 1 نشان داده شده است.
.2 مدار طراحی شده مرجع ولتاژ - bandgap -
ساختار بندگپ طراحی شده در شکل2 نشان داده شده است. مدار مورد طراحی از سه قسمت آپ آمپ- بندگپ-مدار راه انداز تشکیل شده است. در این ساختار از یک آپ آمپ تفاضلی که وظیفهی هم پتانسیل کردن دو گره ی ورودی برای ساخت ضریب حرارتی مثبت استفاده شده است.
.1.2 طراحی بندگپ
با استفاده از اختلاف ولتاژ بیس- امیتر ترانزیستورهای دو قطبی Q1 و Q2 در شکل 2 و ایجاد پتانسیل یکسان در پایه ی امیتر ترانزیستورهای دو قطبی توسط آپ آمپ تفاضلی تک طبقه، جریان PTAT ایجاد و با عبور این جریان از مقاومت R3 ولتاژ مرجع ساخته می شود.در این بندگپ با استفاده از روابط زیر ولتاژ مرجع زیر یک ایجاد می شود.
