An accurate, trimless, high PSRR, low-voltage, CMOS bandgap reference IC

Bandgap  reference  circuits  are  used  in  a  host  of  analog,  digital,  and  mixed-signal  systems  to  establish  an  accurate  voltage  standard  for  the  entire  IC.  The  accuracy  of  the  bandgap  reference  voltage  under  steady-state  (dc)  and  transient  (ac)  conditions  is  critical  to  obtain  high  system  performance.  In  this  work,  the  impact  of  process,  power-supply,  load,  and  temperature  variations  and  package  stresses  on  the  dc  and  ac  accuracy  of  bandgap  reference  circuits  has  been  analyzed.  Based  on  this  analysis,  the  a  bandgap  reference  that  1.  has  high  dc  accuracy  despite  process  and  temperature  variations  and  package  stresses,  without  resorting  to  expensive  trimming  or  noisy  switching  schemes,  2.  has  high  dc  and  ac  accuracy  despite  power-supply  variations,  without  using  large  off-chip  capacitors  that  increase  bill-of-material  costs,  3.  has  high  dc  and  ac  accuracy  despite  load  variations,  without  resorting  to  error-inducing  buffers,  4.  is  capable  of  producing  a  sub-bandgap  reference  voltage  with  a  low  power-supply,  to  enable  it  to  operate  in  modern,  battery-operated  portable  applications,  5.  utilizes  a  standard  CMOS  process,  to  lower  manufacturing  costs,  and  6.  is  integrated,  to  consume  less  board  space  has  been  proposed.  The  functionality  of  critical  components  of  the  system  has  been  verified  through  prototypes  after  which  the  performance  of  the  complete  system  has  been  evaluated  by  integrating  all  the  individual  components  on  an  IC.  The  proposed  CMOS  bandgap  reference  can  withstand  5mA  of  load  variations  while  generating  a  reference  voltage  of  890mV  that  is  accurate  with  respect  to  temperature  to  the  first  order.  It  exhibits  a  trimless,  dc  3-sigma  accuracy  performance  of  0.84%  over  a  temperature  range  of  -40°C  to  125°C  and  has  a  worst  case  ac  power-supply  ripple  rejection  (PSRR)  performance  of  30dB  up  to  50MHz  using  60pF  of  on-chip  capacitance.  All  the  proposed  techniques  lead  to  the  development  of  a  CMOS  bandgap  reference  that  meets  the  low-cost,  high-accuracy  demands  of  state-of-the-art  System-on-Chip  environments.