Πηγή τάσης αναφοράς διακοπτικής λειτουργίας

• Κύριος συγγραφέας: Μανέτα, Δανάη
• Άλλοι συγγραφείς: Maneta, Danai
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Τάση αναφοράς; Τρανζίστορ; Bandgap reference

Το αντικείμενο της παρούσας Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας, είναι η μελέτη και σχεδίαση κυκλωμάτων τάσης αναφοράς. Τα κυκλώματα τάσης αναφοράς – Bandgap reference αποτελούν βασικό τμήμα σε πλήθος ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, καθώς παρέχουν σταθερή τάση ανεξάρτητη από την τροφοδοσία, τις μεταβολές της θερμοκρασίας και τις αποκλίσεις της τεχνολογίας. Το κύκλωμα Bandgap reference που εφαρμόζεται σε πλήθος εφαρμογών, βασίζεται στην ιδέα του David Hilbiber που δημοσιεύτηκε το 1964. Σύμφωνα με αυτήν, το κύκλωμα Bandgap αποτελείται από δύο ομάδες διοδικά συνδεδεμένων διπολικών τρανζίστορ (BJT), που λειτουργούν με διαφορετικές πυκνότητες ρεύματος εκπομπού. Ο αρνητικός θερμοκρασιακός συντελεστής της μίας ομάδας των τρανζίστορ αναιρείται από το θετικό θερμοκρασιακό συντελεστή ενός κυκλώματος, το οποίο περιλαμβάνει την άλλη ομάδα των τρανζίστορ και είναι ανάλογο της απόλυτης θερμοκρασίας (PTAT). Έτσι παράγεται μια σταθερή DC τάση ανεξάρτητη της θερμοκρασίας με τυπική τιμή στα 1.26V, που είναι η τιμή ζώνης χάσματος του πυριτίου. Στην ιδέα αυτή στηρίζεται η μελέτη και ο σχεδιασμός του κυκλώματος Bandgap που παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 2 όπου επιτεύχθηκε μέση τιμή τάσης αναφοράς στα 644.6mV. Στο κεφάλαιο 5 προτείνεται μια τοπολογία Bandgap reference διακοπτικής λειτουργίας, όπου οι δύο ομάδες διοδικά συνδεδεμένων διπολικών τρανζίστορ λειτουργούν, επίσης, με διαφορετικές πυκνότητες ρεύματος εκπομπού. Η τροφοδοσία της κάθε ομάδας των τρανζίστορ γίνεται μέσω κυκλωμάτων πολλαπλασιαστών τάσης, τα οποία οδηγούνται από ρολόγια με συμπληρωματικές φάσεις. Η λειτουργία των ρολογιών αυτών παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 6. Στην τοπολογία αυτή η αναίρεση του αρνητικού θερμοκρασιακού συντελεστή από το θετικό, επιτυγχάνεται μέσω ενός διακοπτικού δικτύου πυκνωτών και έχει ως αποτέλεσμα η μέση τιμή τάσης αναφοράς να είναι στα 125.4mV. Τέλος, για τη μελέτη της ορθής λειτουργίας των δύο κυκλωμάτων Bandgap reference πραγματοποιήθηκαν εξομοιώσεις με χρήση ιδανικών στοιχείων στα κεφάλαια 3 και 7 και με πραγματικά στοιχεία στα κεφάλαια 4 και 8 για κάθε τοπολογία αντίστοιχα. Για τις εξομοιώσεις αυτές χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Cadence και η τεχνολογία που χρησιμοποιήθηκε ήταν η tsmc 65nm.