CMOS带隙基准电压源的研究与设计

发布时间：2020-04-19 00:34

【摘要】：信息产业革命的深入发展推动了半导体产业的蓬勃发展,也使集成电路应用领域不断扩展和延伸。与此同时,对集成电路中各个模块的性能要求也越来越高。基准电压源作为能够为其他电路或系统提供稳定精确的基准电压的集成电路模块,其性能会直接影响集成电路系统的整体性能。带隙基准源以其良好的工艺兼容性、优良的性能成为应用最为广泛的基准源。因此,本文重点对带隙基准电压源进行深入研究与设计。本文首先对带隙基准电压源的工作原理进行了深入的探讨,分析和比较了几种经典结构的带隙基准电压源,深入分析了影响带隙基准电压源性能的误差因素,分析了带隙基准电压源高阶温度补偿的方法。然后,在对带隙基准电压源理论分析的基础之上,针对不同的应用需求,本文设计了两款带隙基准电压源。(1)针对传统一阶温度补偿带隙基准源的不足,本文采用SMIC 0.18?m工艺设计了一款低温度系数高电源抑制比的带隙基准电压源。在常规一阶温度补偿的基础上,采用动态阈值MOS管产生温度补偿电流,修正基准源输出的温度曲线,降低了输出电压的温度系数;运用MOS管构成的低通滤波器,滤除高频噪声,提高了基准源的电源抑制比。经理论分析和仿真验证,该带隙基准电压源在-40℃~130℃温度范围内,温度系数为1.54 ppm/℃,电源抑制比在10 Hz频率处为-76 dB,在100 kHz频率处为-85dB,在15 MHz频率处为-63 dB。(2)为满足低电压应用的需求,采用SMIC 0.18?m工艺设计了一款低压带隙基准电压源。用负反馈箝位电路代替传统基准源中的运放,以减小运放失调带来的误差;采用分段温度补偿技术降低了输出电压的温度系数,利用电流模技术实现了低压输出。仿真结果显示,在-40℃~125℃温度范围内,温度系数为11.2 ppm/℃,电源抑制比为-74 dB。最后,根据集成电路版图设计规则,对本文设计的带隙基准电压源进行了版图设计。综上所述,本文设计的两款带隙基准电压源都具有较好的综合性能,可为数据转换电路、电源管理芯片等提供高精度的基准电压,具有较大的应用价值。
【图文】：

图 4-25 加入低通滤波器后带隙基准源电源抑制比 4-24 和图 4-25 中电源抑制比曲线的对比，，可以看出，由100101102103104105106107108f [Hz]-120-100-80-60-40-20

列出了仿真结果和相关研究的性能参数的对比，可以看出对比文献，电源抑制比在低频时低于部分文献，而在高频有一定的优势。表 4-2 仿真结果和相关文献对比文献[5] 文献[16] 文献[29] 文献[电压/V 0.489 0.474 1.25 0.89艺/μm 0.18 0.18 0.5 0.18范围/℃ -30-110 -40-90 -40-100 -30-8数/ppm/℃ 6.5 24.5 17 19制比/dB10Hz-75 -40 -80 -75制比/dB00Hz-61 -25 -50 -58制比/dB5MHz-59 N/A N/A -60
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN432

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 张长春;吕超群;郭宇锋;方玉明;陈德媛;李卫;;低温度系数高电源抑制比带隙基准源的设计[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2013年02期

相关硕士学位论文 前6条

1 曹应伟;高电源抑制比带隙基准电压源设计[D];哈尔滨理工大学;2017年

2 支知渊;高精度带隙基准电压源的设计[D];西安微电子技术研究所;2016年

3 王剑;CMOS带隙基准源研究以及应用[D];南京邮电大学;2015年

4 温威;CMOS Pipeline ADC/带隙基准电压源的设计[D];湖南大学;2014年

5 薛婷;用于高速A/D转换器的高精度基准源设计研究[D];西安电子科技大学;2014年

6 张静;CMOS带隙基准源高阶温度补偿的设计与仿真[D];西南交通大学;2013年

本文编号：2632717