Record Details

The simulation of influence of main components’ parameters of reference voltage sources on output voltage

Наукові журнали Національного Авіаційного Університету

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title The simulation of influence of main components’ parameters of reference voltage sources on output voltage
Моделирование влияния параметров основных компонентов источников опорного напряжения на выходное напряжение
Моделювання впливу параметрів основних компонентів джерел опорної напруги на вихідну напругу
 
Creator Цимбал, О. В.
Корнєв, В. П.
 
Subject Voltage reference; bandgap; CMOS technology; temperature dependence; temperature coefficient
621.3.027.212
Источник опорного напряжения; КМОП технология; температурная зависимость; температурный коэффициент
621.3.027.212
Джерело опорної напруги; КМОН технологія; температурна залежність; температурний коефіцієнт
621.3.027.212
 
Description The aim of the research is to develop a model of the reference voltage source that can be modeled the influence of the main structural components’ parameters of reference voltage source on the accuracy and temperature stability of the output voltage. The article analyzes the current state of reference voltage sources in integrated circuits. It was established that reference voltage sources are one of the main blocks of each integrated chip. It was found that requirements are for these sources are the next: they must have low sensitivity to changes in supply voltage, temperature, and deviations of the parameters of the technology process. In this case, the reference voltage sources must operate at a supply voltage equal to or less than 1V to meet modern aspects of the application. A possible approach to the construction of a reference voltage source having a temperature-independent output voltage and capable of operating at a supply voltage equal to or less than 1V is proposed in this article. This solution has the ability to implement in the standard CMOS technology for integrated circuits. An analysis of possible sources of error that degrade the accuracy of the output voltage of the reference voltage source is provided. It was established that the bias voltage of the operational amplifiers has the strongest effect on the accuracy of the output voltage. An idealized model is proposed, which contains ideal resistors and operational amplifiers – the components that most strongly affect the accuracy and stability of the output voltage of the voltage references. An operational amplifier model has been developed that is able to model the input bias current, input bias voltage, input resistance, differential gain, output resistance and frequency response of the operational amplifier. The influence of voltage gain, bandwidth, output resistance of the operational amplifier, input bias voltage on the nominal output voltage and the temperature coefficient are investigated. A regression analysis was performed to display in a polynomial of the 4th order form like , temperature dependence of the currents generated in the circuit. This allows you to choose the correct values of current transfer coefficients in the current mirrors to reduce the temperature dependence of the output voltage.
Целью исследования является разработка модели источника опорного напряжения, которая способна промоделировать влияние параметров основных структурных составляющих ИОН на точность и температурную стабильность выходного напряжения. В статье проведен анализ современного состояния источников опорного напряжения в интегральных микросхемах. Установлено, что это является одним из основных блоков каждой микросхемы. Выяснено, что к ИОН выдвигают ряд требований: они должны обладать низкой чувствительностью к изменению напряжения питания, температуры, и к отклонениям параметров технологического процесса изготовления. При этом ИОН должны работать при напряжении питания равном или меньше 1 В, чтобы соответствовать современным аспектам применения. Предложено возможный подход к построению источника опорного напряжения, имеющего температурно независимое выходное напряжение и которое способно работать при напряжении питания равном или меньше 1 В. Данное решение имеет возможность реализации в стандартной КМОП технологии изготовления интегральных схем. Проведен анализ возможных источников погрешности, что ухудшают точность выходного напряжения источника опорного напряжения. Установлено, что наиболее сильно на точность выходного напряжения влияет напряжение смещения операционных усилителей. Предложено идеализированную модель, которая содержит идеальные резисторы и операционные усилители – компоненты, которые наиболее сильно влияют на точность и стабильность выходного напряжения ДОН. Разработана модель операционного усилителя, которая способна моделировать входной ток смещения, входное напряжение смещения, входное сопротивление, дифференциальный коэффициент усиления, выходное сопротивление, частотную зависимость операционного усилителя. Исследовано влияние коэффициента усиления по напряжению, частотной полосы пропускания, выходного сопротивления операционного усилителя, входного напряжения смещения на номинальное выходное напряжение и на температурный коэффициент. Проведен регрессионный анализ для отображения в виде полинома 4-го порядка вида температурной зависимости генерируемых в схеме токов. Что позволяет выбрать корректные значения коэффициентов передачи тока в токовых зеркалах для уменьшения температурной зависимости выходного напряжения.
Метою дослідження є розробка моделі джерела опорної напруги, що здатна промоделювати вплив параметрів основних структурних складових ДОН на точність і температурну стабільність вихідної напруги.В статті проведено аналіз сучасного стану джерел опорної напруги в інтегральних мікросхемах. Встановлено, що це є одним із основних блоків кожної мікросхеми. З’ясовано, що до ДОН висувають ряд вимог: вони повинні володіти низькою чутливістю до зміни напруги живлення, температури, та до відхилень параметрів технологічного процесу виготовлення. При цьому ДОН повинні працювати при напрузі живлення рівній або меншій 1 В,  щоб відповідати сучасним аспектам застосування. Запропоновано можливий підхід до побудови джерела опорної напруги, що має температуро незалежну вихідну напругу і здатне працювати при напрузі живлення рівній або меншій 1 В. Дане рішення має можливість реалізації в стандартній КМОН технології виготовлення інтегральних схем. Проведено аналіз можливих джерел похибки, що погіршують точність вихідної напруги джерела опорної напруги. Встановлено, що найбільш сильно на точність вихідної напруги впливає напруга зміщення операційних підсилювачів. Запропоновано ідеалізовану модель, що містить ідеальні резистори і операційні підсилювачі – компоненти, що найбільш сильно впливають на точність і стабільність вихідної напруги ДОН. Розроблено модель операційного підсилювача, що здатна моделювати вхідний струм зміщення, вхідну напругу зміщення, вхідний опір, диференційний коефіцієнт підсилення, вихідний опір, частотну залежність операційного підсилювача. Досліджено вплив коефіцієнту підсилення по напрузі, частотної смуги пропускання, вихідного опору операційного підсилювача, вхідної напруги зміщення на номінальну вихідну напругу і на температурний коефіцієнт. Проведено регресійний аналіз для відображення у вигляді поліному 4-го порядку вигляду  температурну залежність генерованих в схемі струмів. Що дозволяє вибрати коректні значення коефіцієнтів передачі струму у струмових дзеркалах для зменшення температурної залежності вихідної напруги.
 
Publisher National Aviation University
 
Contributor —
—
—
 
Date 2020-11-28
 
Type —
 
Format application/pdf
 
Identifier http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/PIU/article/view/15002
10.18372/2073-4751.63.15002
 
Source Problems of Informatization and Management; Том 1, № 63 (2020); 83-94
Проблемы информатизации и управления; Том 1, № 63 (2020); 83-94
Проблеми iнформатизацiї та управлiння; Том 1, № 63 (2020); 83-94
 
Language uk
 
Rights Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
 

Технічна підтримка: НДІІТТ НАУ