TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.5, May 2014, pp . 3832 ~ 38 4 0   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i5.5046          3832     Re cei v ed  Jul y  30, 201 3; Revi sed  Jan u a r y 1, 20 14; Accepted  Jan u a ry 1 4 , 2014   A Low-Voltage High PSRR and High Precision CMOS  Bandgap Reference      Zhou Qiann e ng* 1 , Xue Rong 1 , Li Hongjuan 2 , Lin Jinzhao 1 , Li Qi 1 , Pang Yu 1 , Li Guoquan 1   1 Colle ge of Ele c tronic Eng i ne erin g, Chon gq i ng Un iversit y  o f  Posts and T e l e commu nicati o n s,   Cho ngq in g 40 0 065, Ch in a;  2 Colle ge of Co mputer Scie nc e and T e chno l o g y , Cho n g q in g Univ ersit y   of Posts and T e le communic a tio n s Cho ngq in g 40 0 065, Ch in a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : zhouq n@cq u p t.edu.cn       A b st r a ct   By adopti ng t he techn i q ue  of pre-reg u lat o r,  a high PS RR an d low  temper ature co efficient   piec ew ise-li ne ar ban dga p re ference (BGR)  is design ed for anal og a n d  mixe d-sig nal  app licati on in t h is   pap er. T h e  pi e c ew ise-lin ear   BGR w i th pre- regu lator,  w h ic h is  a naly z e d   and  si mu late d  in  SMIC  0.18 μ CMOS proc es s, has si mpl e   circuit arc h itect u re. Si mu lati on  results s how   that pi ecew ise- line a r BGR  w i th  pre-re gul ator a c hiev es pow er  supp ly rej e cti on rati (PSR R) of -10 2 .488 dB an d -99. 73 dB, -82.98 3dB  at   10H z ,   10 0H z   and 1k H z  res p ectively. Piec e w ise-line a BGR w i th pre-reg u lator ac hiev e s  the temper ature   coefficie n t of 2.235 p p m/°C w hen te mp eratu r e is in  the ra n ge fro m  -50°C  to 115°C. W h en pow er su pp ly   voltag e V DD  c han gin g  fro m   1.2V to  10V,  output v o lta g e   devi a tio n  of  piec ew ise-li ne ar BGR w i th  pre- regu lator  is o n ly 0. 276 5 m V, but  o u tput v o ltag e of  piec ew ise-lin ear  B G R w i thout pr e-reg u lator  ha s   a   devi a tion of  38.08 mV.     Ke y w ords   piec ew ise-li ne ar co mpe n sati on, pre-r egu lat o r,  pow er sup p ly rej e ctio n ra tio (PSRR), ba ndg a p   referenc e (BGR)     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Bandga p ref e ren c (BG R ) is a very i m porta nt  blo ck in m o st a nalog a nd mi xed-si gnal  appli c ation s , su ch a s  digit a l-to-anal og (D/A) and  a n a log-to -di g ital (A/D) conve r ters [1, 2].The  BGR voltage  sho u ld be i n depe ndent of  fluctuation s   of power  sup p ly voltage a nd tempe r atu r e,  and al so be  implemente d  without m odificatio n   of fabrication  pro c e ss.  In stand ard CM OS  techn o logy, the ba sic id ea  of BGR voltage is a  weigh t ed summ atio n of the forward - bia s  emitt e r- base voltage  V EB  acro ss para s itic ve rtical PNP  bipolar  tran sist or an d the therm a l voltag e   V t .Traditional  BGR in spi r ed by  Wid l ar [3] and  Brokaw [4 ] is first-ord e r temp erat ure   comp en satio n However, temperature coeffici ent  ( T C )  o f  firs t- or de r  te mp er a t ur e  co mp en sate d   referen c e s  is limited betwe en 10 and 1 0 0ppm/º C over the whol e tempea ra ure range [5], so the   first-o r de te mperature compen sate d BGR  cann ot meet the requireme nts  of high p r e c ision   cir c uit s .   To improve  temperatu r e perfroma n c e of  BG R, many tempera u re co m pen sation  techni que s h a ve been  re p o rted [6 -9]. These re porte d BGRs in [7 -9] have a c hi eved very go od   temperature   cha r a c teri stic, but t h e i r  pow e r   s u pp ly r e je c t io n ra tio   (PSRR) at  10 Hz is le ss th an  - 80dB. Re ce n t ly, demands for low-volta ge BGR  ci rcuits have in crea sed  eno rmously b e ca use   they are  wid e ly use d  in  portabl e ele c tronic  ap plications.  Unfo rtunately, po wer supply n o ise   become s  on e  of the bottlenecks un der  low po we su pply voltage, and the p o wer supply n o i s e   injecte d  to the output of th e BGR  circuit  is so metime s the mo st si gnifica nt noise. So, for mixed- sign al and a nalog inte gra t ed circuits  u nder lo w po wer  sup p ly voltage, in order to rej e ct  the  power supply  noise coupl ed from t he high-sp eed d i gital circuit o n  the chip, it is nece s sa ry to  cho o se a BG R structu r e t o  achieve hi gh PSRR  pe rforma nce ov er a b r oa d freque ncy ran ge.  Fortun ately, many techniq ues  have  be en repo rted t o  imp r ove P S RR  of BG R, su ch  as su pply  indep ende nt current so urce tech niq ue [10], pr e-regul ator tech niqu e [11-14], su btracto r   techni que [1 5], pseu do floating voltag e so urce  te chniqu e [16], ca scade te ch nique [17], self- ca scode  current mirro r  te chniqu e [18], l o dro pout  re gulator te chni que [1 9], and   voltage follo wer  techni que  with PMOS as i nput tran si sto r  [ 20]. These  repo rted BG R with en han ceme nt PSRR   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Low-Volta g e  High PSRR and Hig h  Pre c isi on CM OS Bandga p Ref e ren c (Zho u  Qianne ng)  3833 techni que  ha ve achi eved  some  improvement PS RR perfo rman ce , but they ge nerally h a ve  relatively hig h  temp eratu r e coefficie n t. The r ef o r e, BGR archite c ture  with  lo tem peratu r e   coeffici ent an d high PSRR performan ce  must  still be  analyzed an d  discusse d u nder lo w po wer   sup p ly voltage.  A high PSRR and l o w te mperature  co efficent  CM O S  BGR with  less than 1V  output  voltage is d e s ign ed by ad opting pie c e w ise-lin ear   te mperature co mpen sation a nd  pre-reg u la tor  techni que in t h is pa per. E m ploying a pi ece w i s e-li nea r temperature  compe n satio n  techni que, the   desi gne d BG R ci rcuit a c hi eves ve ry go od temp eratu r cha r a c teri stic ove r  a  wide temp erat ure   rang e. And,  the p r e-reg u l a tor  archite c ture i s  used  to improve P S RR of BG R over a  bro a d   freque cny ran ge.  This pa per i s  o r g ani zed   as foll ows. I n   sectio 2, analy s is of  piecewi s e - lin ear BGR  without p r e - regulato r   will  be di scusse d .  Secti on 3   will di scuss t he imp r oved  piecewi s e - li near  BGR with pre-regulator. Simulation results will be  shown in Section 4. Fi nally, conclusions  will   be given in Section 5.       2. Analy s is o f  Piece w i se -l inear BG w i thout Pre - re gulator   Figure 1 sho w s pi ecewi s e - linea r BG R without  p r e-regulato r , whi c h con s ist s   of MOS  trans is tors M 1 ~M 11 , b i p o l ar  tr an s i s t or Q 1 ~Q 2 ,  re sist ors  R 1 ~R 4  and amplifiers A 1 ~A 2 . In t h is   pape r, all M O S tran sisto r s ad opt the  long  cha nnel  comp one nt so that the  cha nnel -len gth   modulatio n effect is negligi b ly small. For  convenie n ce  analysis, it is assu med tha t  I j  is the drai c u rrent of trans is tor M j , he re j=1, 2 , 11.      M 1 M 2 A 1 A 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9 M 10 M 11 Q 1 Q 2 R 1 R 2 R 3 R 4 A B C V RE F I PTA T I CT A T I PTA T I CT A T I NL V DD     Figure 1. Piece w ise-lin ear  BGR witho u t Pre-reg u lator      As  sho w n i n   Figure 1,  bip o lar t r an si sto r  Q 2   ha s a n   emitter a r ea  that is m time s that  of  Q 1 . Amplifiers A 1  and A 2  are entirely the  same, a nd th eir d c  gain A d  has that A d >>1. Amplifier  A 1   force s  voltag e V A  of n ode   A and  voltag e V B  of n ode   B be  equal,  a nd am plifier  A 2  force s  voltage   V B  of node B and voltage  V C  of node C  be equ al, i.e. V A =V B =V C =V EB1 . Here, V EB1  is the emitte r– base voltag of bipol ar tra n si stor Q 1 . Trans is tors M 1  and M 2  ar e   en tir e ly th same, so the drain   cur r e n t  I PT AT  of  M 2  can be  obtaine d as:     1 1 ln PTA T kT Im qR                                                                                                                               (1)    Whe r e,  k is  Boltzman n’s  con s tant, q i s  ele c tr onic  cha r ge, a nd  T is a b solut e  tempe r ature.  Equation  (1 ) sh ows th at  I PT AT  i s   pro p o rtional  to a b sol u te temp eratu r T. Similarly, the  d r ain   cur r e n t  I CT AT  of  M 3  can also be obtain e d  as:  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3832 – 38 40   3834 1 2 E B CTA T V I R                                                                                                                                           (2)    In Equation  (2), V EB1  has  a neg ative te mperature  co efficient, so  I CT AT  i s  a  current with  negative tem peratu r coef ficient. M 3  and M 9  are enti r ely the sa m e , so drain current I 9  of M 9  is  equal to  drai n current I 3  of M 3 , i.e. I 9 =I 3 =I CT A T . M 2  an d M 6  a r e al so entirely the  sam e , an d it is  con c lu ded th at I 6 =I 2 =I PT AT . M 7  and M 8  form cu rre nt mirror  pair, a nd t he chan nel  width-len g th ratio   of M 8  is   α  ti mes that of   M 7 . For the  drain   current  I 8  of M 8 , it i s   con c lu ded   that I 8 = α ×I PT A T . By  optimizin g the param eter  α , it is concl u ded that I 8 = α ×I PT A T =I 9 =I CT A T  und er the room tempe r a t ure  T r . Therefo r e,  the following  expre ssi on can be obtai ne d as:     1 89 12 1 89 12 1 89 12 ln , ln , ln , EB r EB r EB r V kT Im I w h e n T T Rq R V kT Im I w h e n T T Rq R V kT Im I w h e n T T Rq R                                                                   (3)    Acco rdi ng to  the ci rcuit sh own  in Fi gure 1, d r ain  cu rrents of M 8 , M 9  and  M 10  h a ve that  I 10 =I 8 -I 9 . M 10  and  M 11  are e n tirely the sa me, so the drain cu rrent I NL  of M 11  can be obtaine d as:    1 13 0, 1 ln , NL r EB NL r Iw h e n T T V kT Im w h e n T T qR R                                                                      (4)    M 3  and M 4 , M 5  and M 2   are,  respe c tively, entirely the  same, so the  o u tput voltage  V REF  of  BGR can be  written a s :     1 34 4 12 1 () ( l n ) EB R E F NL PT AT C T AT N L V kT VR R m R I V V V qR R                        (5)    Whe r e,     34 1 1 () l n PT AT kT VR R m qR                                                                                                           (6)    1 34 2 () E B CT A T V VR R R                                                                                                                     (7)    4 NL NL VR I                                                                                                                                            (8)    Acco rdi ng to the above analysi s , V PTAT  and V CT A T  are a voltage with po sitive- and  negative- tem peratu r co efficient respe c tively, and V NL  is a volta g e  with pi ecewi s e tem peratu r cha r a c teri stic. So, by choo sing  ap pro p ri ate value s   of R 1 ~R 4  and  m,  the  tem p e r ature coeffici ent   of bandg ap voltage V REF   will become  negligibly sm all in theory. Figure 2 sho w s the relatio n  of  V REF , V PT AT , V CT AT  and  V NL . However, t he op eration  su pply volta ge of pi ecewise-li nea r BG without pre-regulato r  is p o we r su pply voltage V DD whi c h cann ot achieve hi g h  PSRR ove r  a  broa d fre que ncy rang e. To imp r ove  PSRR of  th e BGR  sh o w n in  Figu re  1, an im proved   piecewi s e - lin ear BG R is a nalyze d  and  desi gne d by  adoptin g a pre-regul ator in  the next sect ion.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Low-Volta g e  High PSRR and Hig h  Pre c isi on CM OS Bandga p Ref e ren c (Zho u  Qianne ng)  3835 Te m p e r a t u r e Volt ag e T r V PT A T V CTA T V RE F V NL   Figure 2. Rel a tion of V PT AT , V CT AT  and V NL       3. Analy s is a nd Design o f  Impro v ed Piece w i s e -line a r BG w i th  Pre-reg u lato To improve t he PSRR pe rforman c e of BGR  sh own in Figure 1, a  high PSRR pi ece w i s e- linear B G R i s  de sig ned  by adoptin g pre -re gulat o r  techni que,  as  sho w n in  Figure 3. T h e   improve d  BG R with  pre - regulato r  con s ist s  of  start-u p  ci rcuit, pre -re gulato r  and B G co re   circuit. The B G R core circuit is simila r as that  re port ed in Sectio n  2, but the operatin g su p p ly  voltage of BGR core  circuit is the output voltage V REG  of pre-re gulator in stea d of powe r  supply   voltage V DD . There are two possi ble equ ilibri um poi nts in the B G co re  circuit, so a  start-up  cir c uit  is ne ce ss ary .  M s1 ~M s6  form the start-u p  circuit,  as sho w n in  Figure 3(c).       V DD M 1 M 2 A 1 A 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9 M 10 M 11 M 12 M 15 M 13 M 14 M 16 M 17 M 18 M 19 Q 1 Q 2 R 1 R 2 R 3 R 4 3 1 A B C (a ) (b ) (c ) VR E G V RE F I PT A T I CT A T I PT AT I CT AT I NL 4 V RE G M s1 M s2 M s3 M s6 M s4 M s5   Figure 3. Improved BG R (a ) BGR core ci rcui t; (b ) pre-regulato r ; (c)st a rt-u p circuit       As sho w i n  Figure  3 ( b ) , pre -re gulato r  is  ma de up o f   tran sisto r s M 12 ~M 19,  and  wh ose  function will  provide a reg u lated su pply  voltage V REG  which i s  the operatio n su pply voltage of  BGR core  c i rc uit. V REG  is  adju s ted by a negative fe edba ck l oop  so that the variation of po we sup p ly voltage V DD  is rejected at node VREG. Assum ed an in cre m ental voltage  variation v reg  at  node  VREG,  nod e 1  an d no de B  will a c hieve  increm ental  voltage va riation v 1  an d v b   respe c tively. And, node  achi eves a n   am plified in cremental volta ge variatio n v 3 , which fe ed s a  curre n t into the output of p r e-regul ator a nd forc e s  the  voltage at no de VREG to t he rig h t voltage.  So, the PSRR of piecewi s e-linear B G with pre- regul a tor  will be i m proved and be quantitatively  analyzed a s  follows.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3832 – 38 40   3836 For  conveni e n ce, it is a ssumed that g mj  and i j  are,  resp ectively, the tran scon d u ctan ce   and  small - si g nal d r ain  cu rrent of M j , he re j=1, 2, 3…,  19. Assum e d that the r e i s  a n  in creme n tal  voltage variat ion v reg  at node VREG, th ere a r e in cre m ental voltag e variation v a  and v b  at nod and no de B resp ectively.Then, v a  and v b  can be obtai ned a s   11 (- ) r am r e g a vg v v                                                                                                                                   (9)    21 (v - ) r bm r e g b vg v                                                                                                                               (10)    Whe r e, r a  an d r b   are  the  resi stan ce  se en from n ode  A an d n ode   B to groun resp ectively.  MOS  trans is tors  M 1 , M 2 , M 5 , M 6  and M 12  are  entirely the same, so it is  con c lu ded th at g m1 =g m2 =g m5 g m6 =g m12 . Amplifier A 1  and A 2  are entirely the sa me, and thei r dc gai n A d  has that A d >> 1.  Acco rdi ng to  the ci rcuit sh own i n   Fig u re  3, the voltag e variatio n v 1  at node  1 h a s that v 1 =A d ×( v b - v a ). So, v 1  can be written a s   1r e g 1 1 1+ dm dm A gv v Ag                                                                                                                                 (11)    Whe r e,   ba rr                                                                                                                                                 (12)    So, the following expre s sio n  can b e  obta i ned a s   1 1 1 () 1+ 1 ~ 2, 5 ~ 6,1 2 mj mj r e g m j r e g dm ig v v g v Ag j                                                                                (13)    Acco rdi ng to   Equation  (1 3) and  the  circu i t sh o w n  in Fi gure  3, the  d r ain  curre n t va riation  i 15  of M 15  can be obtain ed a s   2 15 1 5 1 (1 ) 1+ mb mm r e g dm gr ig v Ag                                                                                                        (14)    M 13  and M 14  are e n tirely  the sam e , so it is co ncl uded that i 14 =i 13 =i 12 . So, the drain  curre n t variation i 16  of M 16  c an be obtai ne d as:     2 16 16 3 1 5 1 6 3 12 11 1 (1 ) 1+ 1+ mb mm m r e g m m r e g dm dm gr i g rg v g rg v Ag A g                                (15)    Whe r e, r 3  is the resi stan ce  of no de  3. v 4  ha s al so  that  v 4 =A d ×(v c -v b ), and v c =g m3 ×( v reg -v 4 ). So, the  voltage variat ion v 4  at node 4 can be o b tained a s :     42 1 4 reg 42 1 4 2 (1 ) ( 1 + ) ( 1 ) dm r e g dm b dm d m dm Ag R v Ag r vv Ag R A g A g R                                                       (16)    M 3 , M 4  and  M 9  are  entire l y the same,  so  it is con c lud ed th at g m3 =g m4 =g m9 .Then, the   followin g  expression  can b e  obtaine d as:    11 re g 14 2 1+ (1 + ) (1 ) 3, 4 , 9 dm dm b mj mj dm dm Ag A g r ig v Ag A g R j                                                                               (17)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Low-Volta g e  High PSRR and Hig h  Pre c isi on CM OS Bandga p Ref e ren c (Zho u  Qianne ng)  3837 Tran si st or s M 10  and M 11  are entirely the  same, a nd th e aspe ct ratio  of M 8  is  α  times  that   of M 7 . So, it is co ncl ude d that i 10 =i 11 =i 8 -i 9 = α ×i 6 -i 9 .  Tra n si st or s M 13  and M 19  are  entirely the same,   and it is co ncl uded that g m19 =g m13 Acco rdi ng to  the Kirchhoff  curre n t law  (KCL)  at nod e  VREG, the f o llowin g  e q u a tion can  be obtain ed a s   19 17 12 1 2 5 6 3 4 9 1 0 11 12 15 1 6 1 7 13 18 dd r e g mm om m vv gg i i i i i i i i ii iii rg g                 (18)    Whe r e, v dd  is the increm e n tal voltage v a riation  of po wer supply v o ltage V DD , r o17  is the sou r ce- drain resi stan ce of M 17 . It is assum ed that A d β >>r b , A d g m15 β >>1 a nd A d g m1 β >>1. Acco rding  to  Equation (9)~Equation (18), the followi ng  expressio n  can be obtai ne d as:     1 6 31 5 1 51 7 1 7 2 1 1( + ) re g b dd mm m o o d v r v g rg g r r AR                                                                          (19)    In the similar ways, the re lation of v reg   and output voltage variati on v ref  of  BGR ca n be   written a s :     43 3 reg 2 (1 ) ref b dd v rR R R vA R A                                                                                                   (20)    So, PSRR of piecewi s e - lin ear BG R with  pre-reg u lato r can be exp r e s sed a s   2 0 lg 2 0 lg 2 0 lg re f r e f re g dB dd re g d d vv v PS R R vv v                                                                          (21)    Acco rdi ng to  Equation (1 9)~E quatio n (21 ) , it  is co nclu ded that  piecewi s e - lin ear BG with pre - regul ator achieve s  an impr ove d  PSRR by ado pting pre - reg u lator.       4. Simulation Resul t s   To verify the  archite c ture  of the  de si gned  pie c e w i s e-li nea r BG R in  this pa per, it i s   desi gne d a n d  sim u lated  by  Ca den ce  Sp ectre  tool s i n  SMIC  0.18 μ m CM OS te chnolo g y with  a   1.35-V po we r supply voltag e.  Figure 4 sh o w s the  simul a ted output v o ltage V REF  of piece w ise-li near BG with- and   without-  pre - regulato r  a s  a func tion  of temperatu r e .  Simulation results  sho w  that the outpu t   voltage temp eratu r e coefficient of pie c e w ise-lin ear B G R with out p r e-reg u lato r is 3.313  ppm/ ° whe n  tempe r ature rangin g  from -50° to 115° C. And, the outp u t voltage V REF  temperature   coeffici ent of the improve d  piecewi s e - lin ear  BG R with  pre-reg u lato r is only 2.235  ppm/°C.   Figure 5  give s the  PSRR  simulatio n   re sults of  pi ece w ise-lin ear B G with- an d  witho u t-   pre -re gulato r .  Piecewi s e - li near BG R without  pre -re gulator a c hi e v es PSRR o f  -75.354dB,  - 75.308 dB, -72.2dB, -55. 181dB, -35. 23dB at  10Hz, 100 Hz, 1kHz, 10kHz an d 10 0kHz  respe c tively, and  pie c e w ise-line a r BGR with  pre - reg u lator  achiev es PS RR of  -10 2 .488 dB, - 99.73dB, -8 2 . 983dB, -63. 036dB a nd -42.962 dB at  10Hz, 100 Hz, 1kHz, 10kHz a nd 1 0 0 k Hz  respe c tively. Simulation  re sults sho w  th at the PSRR is i n crea se d  by ab out 36 % at 10 Hz b y   adoptin g the tech niqu e of pre-reg u lato r.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3832 – 38 40   3838       Figure 4. Simulated Outp ut Voltage of  Piece w ise-lin ear BG R with - and with out- pre- regul ator a s  a  Function of T e mpe r ature   Figure 5.  Simulated PSRR of Piece w ise- Linea r BGR  with- an d with out- pre-reg u l a tor      Figure 6. Simulated Lin e  Regulatio n of Piece w i s e-li ne ar  BGR with- and  with out- pre -re gulato r       Simulated lin e reg u lation s of piece w i s e - linea r BG R with- a nd wit hout- p r e -re g u lator i s   sho w n in Fi g u re 6. When  power  sup p ly voltage V DD   cha nge s fro m  1.2V to 10V, output voltag e   variation of pi ece w i s e-li nea r BGR with ou t pre-r egul ato r  is 38.08mV,  but output voltage variati on  of piece w i s e-linear BG with pre-regu lator is  o n ly 0.2765mV. S i mulation results sh ows t hat  piecewi s e - lin ear B G R with  pre - regul ator achiev e s  we ll  line reg u lati on  p e rfo r man c e by  ad optin the techni que  of pre-regul a t or.  Finally, perfo rman ce s of piecewi s e - lin ear  BG R wit h - and  witho u t- pre - regul ator are  summ ari z ed  i n  Tabl e 1.  From this table ,  co mp ari ng  with the  tem peratu r e  dep ende nci e of the   BGRs, whi c have be en re ported i n  [8]  and [20], it ca n be fou nd th at they are i n  comm en sura te   level. But, by adopting th e  techni que of  pre -re gulato r  in this  pap er, the imp r o v ed piecewi s e- linear BGR with pre - regul a t or a c hieve s   better  PSRR  and lin regu lation pe rformance tha n  t hat   repo rted in [8 ] and [20].          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Low-Volta g e  High PSRR and Hig h  Pre c isi on CM OS Bandga p Ref e ren c (Zho u  Qianne ng)  3839 Table 1. Perf orma nce Summary of BGR    Ref. [8]   Ref. [20]   BGR w i thout    pre- regulator   BG R w i th   pre-r egulator   Process 0.18 μ CMOS   0.09 μ CMOS   0.18 μ CMOS   0.18 μ m CMOS   Suppl y  voltage ( V 1.8  2.7  1.35  1.35  Output voltage  ( m V)  646.4   213.982   680.25   681.29   Temper ature coe fficient (ppm/°C)   1.7  6.071   3.313   2.235   Temper ature  ran ge  (°C )   -40~125  -20~120   -50~115  -50~115   PSRR  @25ºC (dB )   10Hz -75   -82.7   -75.354   -102.488   100Hz -  -75.308   -99.73   1kHz -  -72.2   -82.983   10kHz -  -55.181   -63.036   100kHz -  -35.23   -42.962       5. Conclusio n   A pie c e w ise - linear CMOS  BGR with  p r e-reg u lato r,  who s e  a r chit ecture i s   si mple, i s   desi gne d an d analyzed in this pap er.  By adopting  the techniq u e  of pre-reg u lator, piecewi s e- linear BG with pre-re gula t or achieve s   highe r PSRR perfo rman ce  than pie c e w i s e-li nea r BG R   without p r e - regulato r . Simulation  results sho w   th at piecewi s e - linear B G with pre-reg u l ator  achi eves a n  output voltage with exce llent stab ility, a low-tem p eratu r e coefficient, and hi gh  PSRR pe rformance. It is well suit ed for  high preci s io n circuits.       Ackn o w l e dg ements   Proje c t supp orted  by Natural S c ie nce  Foun dation  Proje c of CQ  CST C  (G rant  No.  cst cjjA400 11 ),  Scientific and Technol ogical Re se arch P r og ra m of  Cho n gqing  Muni ci pal  Educatio Commissio n (Grant  No. K J 12 050 3, KJ1205 07, an d  KJ12 053 3),  Nation al Sci ence  Found ation  of Chi na  (G rant  No.  611 020 7 5 , and  61 301 124), S p e c ial  Proje c t of Int e rnet  of Thi n gs  from Minist ry of Industry and Inform ation Technol o g y 2013 Progra m  for Innovation Tea m   Building  at Institutions of  High er Ed uca t ion  in Cho n g q ing,  an d Ch ongqi ng Dev e lopme n Pla n   of  Innovative Young Tale nts (Grant  No. cstc20 13 kjrc-qnrc01 26).       Referen ces   [1]    Su SJ, Z han g  HL. T he Stud and  Achi evi ng of  Hig h-pr e c ision  Data- a c quisiti on  Base d on   ∆Σ ADC.   T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2013; 1 1 (8): 4 453- 446 0.   [2]    Yu F ,  Yang  HJ , Li G. A Hig Performanc e S i gma-d e lta A D C for Aud i De coder  Chi p TELKOMNIKA  Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2013; 1 1 (11):  657 0-65 76.   [3]    W i dlar  RJ. N e w   d e vel opm en ts in IC  vo ltag e re gul ators.  I EEE Jour nal of Solid-State  Circuits . 1 971;   SSC-6(1): 2-7.   [4]    Broka w   AP. A  Simpl e  T h ree - terminal  IC B and ga p R e fere nce.  IEEE Journal  of Solid-S tate Circ u its 197 4; SSC-9 (6): 388-3 93.   [5]    Lam YH, Ki W H . CMOS Band ga p Refer ences  w i t h  Se lf-bias ed S y m m etricall y Mat c hed C u rrent- voltag e Mirror  and E x te nsi o n  of Sub-1-V  D e sig n IEEE Transcation  on  Very Lar ge Sc ale Integration  System s . 20 10 ; 18(6): 857-8 6 5 [6]    Ker MD, Che n   JS. Ne w  Curv a t ure-comp ensa t ion T e chniq u e  for CMOS Bandg ap R e fere n c w i th Su b- 1-V Operatio n.  IEEE Transaction on Circuits  and System s-II: Express Briefs . 2006; 53( 8): 667- 676.   [7]    Z hou Z K , Shi  Y, Huan g Z ,  Zhu PS, Ma YQ, W ang YC, Chen Z ,  Ming  X,  Z hang B. A 1. 6-V 25- μ A 5- ppm/°C C u rvat ure-com pens ated Ba nd gap  R e ferenc e.  IEEE Transaction  on Circuits and System s-I:  Reg u lar Pa per s . 2012; 59( 4): 677- 684.   [8]    Hun ag HY, W ang RJ, Hsu SC Piecew ise Lin ear Curvat ure- compe n sate d CMOS Bandg a p  Refere nce Procee din g s of  the 1 5 th Inter natio nal  Co nfe r ence  on E l ect r onics, C i rcuits  and  S y stems. Malta. 2 008;   1: 308-3 11.   [9]    Song Y, Ji a S, Z hao BY.  A Precise C u rvatur e Co mp ens ate d  CM OS Ban d gap V o ltag e R e ferenc e w i th   Sub 1V  Su pply . Procee din g of the 8t h Inter natio nal  Co nfer ence  on  Sol i d- State an d Inter g rated  Circ u it   T e chnolog y. S han gh ai. 200 6;  4: 1754-1 7 5 6 [10]   Mechrma nesh  S,  Vahidfar  M B , Aslanza d e h  HA, Atarodi  M.  A 1-volt, Hi gh PSR R, CM OS Bandg a p   Voltag e R e fer ence . Pr ocee d i ngs  of the  20 03 Inter natio n a l S y mp osi u m on  Circu its a nd S y stems.   Bangk ok. 200 3 ;  1: I-381-I-384 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3832 – 38 40   3840 [11]    Hu Y, Sae an  M.  A 900 mV  25 μ W  Hi gh P S RR CMOS V o ltag e Ref e ren c e De dicate d t o  Impla n tab l e   Micro-dev ices . Procee din g s of  the 20 03  Int e r natio nal   S y mp osium  on  Circ u its an d S y stem s. Bangk ok.   200 3; 1: I-373-I-376.   [12]    Xi ao  D, Li W M ,  Z hu  XF , F u   XD.  A Curvat ure - compe n sated   Band ga p Ref e r ence w i th I m pr oved P S RR Procee din g s of  the 6th Interna t iona l Conf er en ce on ASIC. Shan gh ai. 200 5;  2: 548-55 1.   [13]    Ning Z H , He  LN, W ang Y ,  Shao YL.  A Novel H i gh  PSR Voltag Refere nce w i th Secon dar y   T e mp eratur e Co mp ensati o n .  Procee din g of the 1st Internat i ona l Co nferenc e on  Electrical  an d   Contro l Engi ne erin g. W uhan. 201 0; 4: 3200- 320 3.  [14]    Knan XZ , T ang Z W A Nov e l H i g h  PSR Band ga p ov er  a W i de  F r eq ue ncy Ra ng e . Pr ocee din g of  the 1 0 th Inter n ation a Conf ere n ce  on S o li d-S t ate  an d Inter g rated C i rcuit T e chn o lo g y . Sh ang hai.  20 10:  418- 420.   [15]    Yu J, Z hao YF , W ang Z M , Z h ang T L A Curvature-co mpen sated Ba ndg ap  Referenc e w i th Hig h PSR Procee din g s of  the 200 8 Internatio nal C onfer ence  Gran ul ar Comp uting. Ha ngzh ou. 20 08; 2: 752-7 55.   [16]    Z hang HY, C h an PK, T an MT A High PSR Voltage R e fer ence for DC-to -DC Conv erter  Applic atio ns Procee din g s of  the 200 9 Internatio nal S y mp osium o n  Circu its and S y stem s.  T a ipei. 200 9 ;  2: 816-81 9.  [17]    De y A, Bhattac har yya T K CMOS Bandg a p  Refere nce w i t h High PS RR  and I m prov ed  T e mp eratur Stabil i ty for System-o n-ch ip  Appl icatio ns .  Procee din g s  of the 2 011   Internatio na l Confer ence   of   Electron D e vic e s and So li d-State  Circu its.  T i anji n . 20 11: 1- 2.  [18]    Cao T L , Han Y, Liu  XP, Lu o H, Z hang H.   A 0.9-V hig h - PSRR Ban d g a p  w i th Self-cas code C u rre nt  Mirror . Proce e d in gs of t he  2 012  Intern ation a l C onf er enc on  Circu its an d S y stems. M a la ysi a . 2 0 1 2 :   267- 271.   [19]    Lei  L,  Lukas  L ,  A y tac  A,  Se b s tian S,  Ra lf  W ,  Stefan H.  A Low  P o w e Band ga p V o lta ge  Refer enc e   Circuit w i th PS RR En ha nce m ent . Proce edi n g s of the  8th In ternatio nal  Co n f erence  on  Ph. D . Rese arch   in Microe lectro nics an d Electr onics. Aach en.  2012: 2 13-2 1 6 .   [20]    F r ancisco KP,  Hora JA.  Very  Low  Band ga Voltag e Ref e re nce w i th Hi gh  PSRR En hanc ement Stag e   Impl e m e n ted i n  90n m CM OS Process T e chno logy fo r LDO Applic ation . Proce e d in gs of the  Internatio na l C onfere n ce o n  Electron ics Desi gn,  S y stems a nd App licati ons . Mala y s ia. 20 1 2 : 216-2 20.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.