1帶隙基準模塊

    在帶隙基準模塊中，由于實際情況下運算放大器不完全對稱，因此存在失調電壓和低頻噪聲;同時，晶體管失配引起的隨機誤差對基準源的精度影響也較大。因此，針對帶隙基準模塊的溫度穩定性、抗噪性能和精度，本文設計了帶隙基準模塊結構，由啟動與偏置電路、帶隙基準電壓源主體電路、振蕩器、RC低通濾波器和電流鏡等電路組成。啟動電路在模塊剛上電時，幫助電路離開零點;偏置電路主要為振蕩器和運算放大器提供適當的穩定偏置。這里，采用與電源無關的偏置技術設計啟動和偏置電路，以提高電源抑制比及電壓調整率，改善帶隙基準模塊的精度。帶隙基準電壓源主體電路由運算放大器、斬波調制電路和解調電路組成，需要指出，本文通過采用斬波調制技術，消除了運放的輸入失調電壓，并有效地抑制了器件噪聲。振蕩器產生互補方波信號，用于斬波調制與解調電路中MOS開關管的通斷控制，這里采用由反相器構成的環形振蕩器，并通過反相器對方波進行整形，保證了信號的輸出質量，同時減少了芯片面積。運算放大器輸出端連接RC低通濾波器，以進一步消除噪聲影響。電流鏡為其他電路模塊提供偏置電流，采用由帶隙基準電壓源輸出電壓直接偏置MOS管電流源方法，提高了溫度穩定性，并減小了傳輸偏置電壓的走線受干擾程度。采用Hspice仿真器對上述設計的帶隙基準模塊從-40℃~80℃進行溫度掃描。結果表明，當電源電壓VDD=5.0V，在5種不同工藝角變化時，基準電壓隨溫度變化的最大偏移為2.2mV，溫度系數達到14.7PPM/℃。

    2恒流基準模塊

    本設計中恒流基準模塊采用外掛精確電阻和運算放大器負反饋方式，為高精度電流放大器提供恒定電流基準。考慮到高精度電流放大器工作在開關狀態，因此在設計中添加了改進型電流鏡、箝位電流鏡和跟隨器。其中，運算放大器采用兩級結構并經過密勒補償，以保證系統的穩定性，同時通過插入電阻方法消除零點造成的影響;改進型電流鏡用于減少溝道長度調制效應引起的失配，并提高輸出阻抗和輸出驅動電流的匹配精度;箝位電流鏡可提高電流鏡速度，支持25MHz的數據移位頻率和高速電流響應;跟隨器則隔離了高精度電流放大器對恒流基準模塊的干擾。仿真結果表明，在VDD=5.0V和各種工藝角下，-40℃~80℃時恒流基準模塊產生的基準電流與外掛電阻REXT成反比，大小為1.25V/REXT，偏差在0.1%范圍之內。

    3高精度電流放大器

    高精度電流放大器和LED直接連接，并通過邏輯控制模塊控制其輸出驅動電流的開關。當邏輯控制模塊輸入從有效變為無效時，采用上拉網絡和下拉網絡對運放和輸出進行關斷，達到快速關閉LED的目的。此外，考慮到高壓管電容的影響，采用了放電電路以消除輸出驅動電流中的雜波。運放電路的AC特性采用Hspice仿真器進行掃描，結果表明，OP的開環增益為99dB～103dB，單位增益帶寬為1.7MHz～2MHz，相位裕度為62°～70°。

    4邏輯控制模塊

    邏輯控制模塊用于對外部顯示數據的接收、鎖存、串并轉換以及使能控制，并結合脈沖寬度調制，輸出16位LED邏輯控制信號，實現對LED顯示屏的開關控制和灰度控制。在本文的邏輯控制模塊中，專門設計了SDO腳和OE腳，使外部顯示數據可通過SDO腳串行輸入，以支持高至25MHz的數據移位時鐘頻率，在彩色LED顯示屏上實現圖像的快速刷新;采用脈沖寬度調制方式對使能OE腳進行控制，達到動態控制彩色LED顯示屏的灰度和亮度;在每個輸入腳加入施密特觸發器進行整形，以消除由于存在對地電容和較長傳輸線而對波形上升沿和下降沿產生的影響。