基于双极型工艺的带隙基准电路的研究与设计

发布时间：2017-08-10 09:15

  本文关键词：基于双极型工艺的带隙基准电路的研究与设计

  更多相关文章： 双极型工艺 带隙基准电压源 PTAT电压 电阻补偿 温度系数

【摘要】：带隙基准电压源是模拟集成电路中的基本模块,在各类电路中均有广泛应用。本文首先概述了带隙基准的发展历史和发展方向,阐述了基于双极工艺设计带隙基准的优势和特点,指出了本课题的研究意义。接着介绍了本设计中相关的器件理论与工艺模型。阐述了带隙基准的基本原理,详细介绍了几种带隙基准的经典结构及基准主要性能指标,分析了影响基准性能的误差因素。然后基于充电管理系统的应用需求,分别确定了所要设计的两种带隙基准电压源电路,并比较了这两款基准在结构与性能上的差异。对几种典型的带隙基准温度系数补偿方法作了详细介绍,分析了这些方法在本文应用环境和电路结构中的适用性,最终选择利用两种不同类型电阻的温度系数差异,产生可以补偿三极管基极发射极电压高阶项的PTAT2和PTAT3电压,对所设计带隙基准的温度系数指标进行了优化。采用CSMC 2um36V双极工艺,利用Cadence Spectre仿真工具对整个电路进行前仿真。分析了采用电阻补偿法在实现温度系数补偿过程中的误差问题,并提出解决办法。利用Cadence Virtuoso工具绘制了所设计基准电路的版图,分析了双极型工艺版图验证过程中的模型匹配问题,并提出解决办法。最后,利用Hspice对电路进行了后仿,其中开关电源芯片中的带隙基准温度系数为3.18ppm/℃,在0～71.3Hz频率范围内电源抑制比大于98.8dB,线性调整率为0.01mV/V,启动时间约为15.2us,欠压锁定的开启电压为14.7V,关断电压为8.85V;充电控制芯片中的的带隙基准电路温度系数为2.17ppm/℃,在0～10.56Hz频率范围内电源抑制比大于105dB,线性调整率为0.0044mV/V,启动时间约为215us。仿真结果表明符合应用需求。
【关键词】：双极型工艺 带隙基准电压源 PTAT电压 电阻补偿 温度系数
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN431.1
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 研究背景及意义15
• 1.2 基准电压源发展历程15-17
• 1.3 带隙基准发展现状17-18
• 1.4 本文主要内容及本文结构18-19
• 第二章 双极器件原理与模型19-26
• 2.1 双极型管结构及其工作状态19
• 2.2 影响双极器件性能的因素19-23
• 2.2.1 基区宽度调变效应19-20
• 2.2.2 噪声效应20-22
• 2.2.3 寄生电阻效应22-23
• 2.2.4 寄生电容效应23
• 2.3 器件模型23-26
• 第三章 带隙基准理论基础26-37
• 3.1 带隙基准原理26-28
• 3.2 带隙基准主要性能指标28-29
• 3.3 典型的带隙基准电压源结构29-32
• 3.3.1 三管带隙基准源29-30
• 3.3.2 复合式带隙基准源30-31
• 3.3.3 两管带隙基准源31-32
• 3.4 带隙基准电压源的误差分析32-37
• 第四章 应用于充电管理系统的带隙基准设计和仿真37-65
• 4.1 电动车电池充电管理系统简介37-38
• 4.1.1 带隙基准在充电管理系统中的作用37-38
• 4.2 应用于开关电源芯片的带隙基准设计和仿真38-47
• 4.2.1 欠压锁定电路设计39-41
• 4.2.2 启动电路设计41-42
• 4.2.3 偏置电路设计42-45
• 4.2.4 带隙基准核心电路设计45-46
• 4.2.5 过流保护电路设计46-47
• 4.3 应用于充电控制芯片的带隙基准设计和仿真47-51
• 4.3.1 启动及偏置电路设计48
• 4.3.2 核心电路设计48-49
• 4.3.3 运放电路设计49-51
• 4.4 两种电路结构总结和比较51-52
• 4.5 针对基准温度系数指标的优化设计52-58
• 4.6 仿真验证58-65
• 4.6.1 应用于开关电源芯片中的基准仿真58-61
• 4.6.2 应用于充电控制芯片中的基准仿真61-64
• 4.6.3 仿真结果总结64-65
• 第五章 版图设计与后仿验证65-80
• 5.1 双极工艺流程65-66
• 5.2 版图设计66-72
• 5.2.1 版图设计工具简介67
• 5.2.2 双极工艺版图设计准则67-68
• 5.2.3 双极工艺版图设计规则68-69
• 5.2.4 基本器件版图设计69-71
• 5.2.5 整体版图的布局布线与设计71-72
• 5.3 版图验证72-74
• 5.3.1 版图验证主要内容72-73
• 5.3.2 版图验证过程73-74
• 5.4 后仿验证74-80
• 5.4.1 后仿工具简介74
• 5.4.2 后仿验证流程与仿真结果74-80
• 第六章 总结与展望80-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况84

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本文编号：649887