一种基于斩波调制和二次曲率补偿的带隙基准源的设计

发布时间：2020-08-14 07:38

【摘要】：本文设计了一种基于斩波调制技术以及二次曲率补偿的带隙基准源,使用Hspice仿真工具进行仿真,基于0.55um CMOS工艺流片,并使用高低温设备进行测试验证。文中所采用的二次曲率矫正技术,可以使得基准源在-40℃~125℃的温度范围内,温度系数小于20ppm/℃。经过验证,该带隙基准模块可以适用于电源管理类芯片,DC/DC降压转换器拓扑电路中,作为输出采样反馈的参考电压。本文首先阐述了传统带隙基准源的基本原理,分析了其由于运放结构中输入失调电压引起的输出精度降低的原因,继而引出常用的抑制失调电压的方法和斩波调制技术的原理。其次对包含斩波调制的带隙基准源的各个子模块电路的设计和电路实现进行逐层解析,其中包括偏置电路,启动电路等。接着介绍了传统一阶温度系数补偿的原理,继而提出二次曲率补偿的方法,并通过电路仿真展示了二阶的效果。论文最后介绍了版图设计和验证方案。通过使用高低温,直流电压源等设备,对流片封装后的芯片进行测量,对所设计的模块各参数加以验证,根据实测结果校验设计的准确性从而完成从设计到验证的全过程。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN432
【图文】：

PWM电源,芯片控制,环路

图 1-1 典型 PWM 电源芯片控制环路[41]Fig.1-1 Typical PWM power IC control loop[41]统带隙基准源的架构过下图 1-2 所示的带隙基准一般原理图可知，带隙基准电压源的输由不同温漂特性的两部分电压组成：其中一部分是正温度系数，另则是负温度系数。将不同温度特性的电压乘以合适的比例系数，就系数。通过两个 VBE的差产生的一个热电压 VT(=kT/q)，产生的正温绝对温度成正比，室温下的温度系数为+0.085 mV/°C。负温度系数下温度系数为-2.2mV/°C 的 pn 结二极管产生电压 VBE。将得到的 VT叠加上电压 VBE，可以得到输出电压 Vref的表达式为：Vref= V K × VT式（1-1）对其求导，用 VBE和 VT的温度系数求出理论上零温度系

参考源,带隙,等值电阻,连接电阻

图 1-2 带隙参考源的一般原理[16]Fig.1-2 Schematic of bandgap[16]准的基本结构如图 1-3。R1和 R2是等值电阻，连，R1 的另一端连接 BJT 的发射集，晶体管连接电阻R3。两个等值电阻的另一端也连在运 R1和 R2上的电流 I1和 I2相等, 则有 I1=I2= 温度系数，所以最后的参考电压输出表达式 = V I × R = V K × V 3。通过选取合适的 R1和 R3值, 可以使得到数与电阻的温度系数也无关。

架构图,参考源,带隙,架构

图 1-2 带隙参考源的一般原理[16]Fig.1-2 Schematic of bandgap[16]的基本结构如图 1-3。R1和 R2是等值电阻，R1 的另一端连接 BJT 的发射集，晶体接电阻R3。两个等值电阻的另一端也连在R1和 R2上的电流 I1和 I2相等, 则有 I1=I2度系数，所以最后的参考电压输出表达 = V I × R = V K × V 。通过选取合适的 R1和 R3值, 可以使得与电阻的温度系数也无关。

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