高精度带隙基准电压源的设计

发布时间：2017-04-02 20:02

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【摘要】：基准源作为模拟集成电路中的重要模块,向其它电路模块提供高精度的电压基准或电流基准,其输出电压或电流不随温度、电源电压、工艺、负载变化。近些年来,随着半导体技术的飞速发展,以及电路系统性能不断提升,基准源作为核心模块,其性能好坏将直接影响整个电路系统的稳定。因此,研究高性能基准源显得尤为重要。为了满足未来高性能系统对基准源的要求,本文对基准源的精度、温漂、电源抑制比等参数进行了优化,设计了一款可修调的高精度、低温漂带隙基准电压源。在传统Brokaw型带隙基准源电路结构的基础上,采用多晶硅电阻负温度系数补偿技术,可实现二阶曲率温度补偿效果,在不增加过多器件的同时降低了基准电压的温漂;引入电压负反馈环路,电源电压抑制能力得到较大提高;设计电阻修调网络,保证了基准电压的精度。电路基于双极工艺设计和制造,测试结果表明:在-55℃~125℃温度范围内,15V电源电压下,基准源稳定输出电压为2.5V±6mV,温度系数为12ppm/℃,低频时电源抑制比为-105dB,静态电流不超过1.5mA,重载时输出电流能力达到10mA。
【关键词】：带隙基准 温度补偿 电压负反馈 电阻修调
【学位授予单位】：西安微电子技术研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN431.1
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景和意义7-8
• 1.2 国内外研究的历史、现状与趋势8-10
• 1.2.1 基准源的历史8-9
• 1.2.2 国内外研究现状及趋势9-10
• 1.3 论文的主要工作及论文结构10-12
• 1.3.1 论文的主要工作10-11
• 1.3.2 论文结构11-12
• 第二章 带隙基准电压源12-36
• 2.1 基准源的性能参数12-14
• 2.1.1 精度（Accuracy）12
• 2.1.2 温度系数(Temperature Coefficient，TC)12
• 2.1.3 电源电压抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）12-13
• 2.1.4 负载调整率（Load Regulation）13
• 2.1.5 线性调整率（Line Regulation）13
• 2.1.6 静态电流（Quiescent Current）13
• 2.1.7 启动时间13
• 2.1.8 噪声13-14
• 2.2 基准源的基本类型14-18
• 2.2.1 零阶基准电压源14-15
• 2.2.2 一阶基准电压源15-17
• 2.2.3 二阶基准电压源17-18
• 2.3 带隙基准电压源理论分析18-21
• 2.3.1 PN结电压温度特性18-19
• 2.3.2 VBE公式的非理想因素19
• 2.3.3 ΔVBE的正温度特性19-20
• 2.3.4 带隙基准电压的产生20-21
• 2.4 传统带隙基准电压源结构21-23
• 2.4.1 Widlar型带隙基准电压源21
• 2.4.2 Brokaw型带隙基准电压源21-22
• 2.4.3 CMOS带隙基准电压源22-23
• 2.5 带隙基准电压源关键技术23-35
• 2.5.1 高阶温度补偿技术23-30
• 2.5.2 电源抑制比增强技术30-33
• 2.5.3 提高精度修调技术33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 高精度带隙基准电压源的设计36-57
• 3.1 设计指标36
• 3.2 设计思想36-37
• 3.3 整体电路设计37-46
• 3.3.1 启动电路38-39
• 3.3.2 带隙基准核心电路39-40
• 3.3.3 A、B点钳位电路40-43
• 3.3.4 输出级43
• 3.3.5 电阻修调网络43-46
• 3.4 仿真结果与分析46-56
• 3.4.1 直流（DC）特性仿真分析46-53
• 3.4.2 交流（AC）特性仿真分析53-55
• 3.4.3 瞬态（TRAN） 特性分析55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 版图设计与验证57-68
• 4.1 工艺器件模型57-61
• 4.1.1 NPN晶体管57-58
• 4.1.2 PNP晶体管58
• 4.1.3 电阻58-60
• 4.1.4 电容60-61
• 4.2 版图设计规则及匹配性设计61-65
• 4.2.1 设计规则61-62
• 4.2.2 匹配性设计62-65
• 4.3 基准电压源的版图设计65-66
• 4.3.1 三极管的版图设计65
• 4.3.2 电阻修调网络版图设计65-66
• 4.3.3 带隙基准源整体版图66
• 4.4 版图验证66-67
• 4.4.1 DRC验证66-67
• 4.4.2 LVS验证67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 测试结果与分析68-76
• 5.1 基准源实际芯片68
• 5.2 测试环境68-69
• 5.3 芯片测试结果69-73
• 5.3.1 基准初始电压69
• 5.3.2 温度特性69-70
• 5.3.3 线性调整率70-71
• 5.3.4 负载调整率71
• 5.3.5 静态电流71-72
• 5.3.6 设计指标实测值72
• 5.3.7 其他实验72-73
• 5.4 优化性能参数73-75
• 5.4.1 影响温度系数的因素73-75
• 5.4.2 优化措施75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间参加的工作及取得的研究成果83-84

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本文编号：283049