高性能分段曲率补偿带隙基准电压源的设计

发布时间：2017-10-21 19:22

  本文关键词：高性能分段曲率补偿带隙基准电压源的设计

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【摘要】：基准源是DC/DC转换器、AC/DC转换器、充电保护芯片、LED驱动、线性稳压器、PWM调制器等常见的电源管理芯片中不可缺少的模块。它为电源管理芯片中的其他模块提供参考电压,基准源的精度、稳定性等性能将会直接影响到芯片的性能,因此设计高性能的基准源显得尤为重要。低电源电压、低温漂、高电源抑制比、低功耗是目前基准源研究的热点。带隙基准源是各种基准源架构中研究成熟使用广泛的一种基准拓扑结构。鉴于此,本文将对低温漂、高性能的带隙基准进行研究设计。本文从双极型晶体管入手介绍了带隙基准电压的产生原理,分析了Kuijk、Widlar、 Brokaw、Banba等几种传统的带隙基准结构。并研究了带隙电压的高阶温度特性,分析了几种常见的高阶温度补偿策略。在此基础上,设计了一种基于传统Kuijk带隙基准结构的高性能带隙基准。推导分析了电源抑制比与高性能运放之间的关系,设计了ˉ种具有高增益和高电源抑制比的两级运放。给出了一种分段曲率补偿方案,通过利用CTAT电压和PTAT电压的温度特性以及MOS的亚阂值特性,在低温和高温时产生曲率补偿电压对基准电压进行了分段曲率补偿。使用HSPICE仿真软件对带隙基准电路进行了仿真验证,所采用的工艺模型为UMC 0.25μm BCD。仿真结果表明温度在-40℃-125℃的范围内,补偿前的基准温度系数为13.7ppm/℃,补偿后的温度系数为2.8ppm/℃;低频时的电源抑制比为ˉ91.2dB；线性调整率为24.57μV／V；基准环路的低频开环增益为64.6dB，，,相位裕度为83°；静态功耗电流为9.2μA。从仿真结果看出,分段曲率补偿后的基准电压温度系数明显降低。此外,在电源抑制比、线性调整率、功耗等方面,本文所提出的带隙基准电路都具有一定的优势。
【关键词】：带隙基准 分段曲率补偿 温度系数 电源抑制比
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402;TN86
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 基准电路的现状和发展趋势12-14
• 1.3 本文的主要工作14-16
• 第2章 带隙基准的理论研究16-39
• 2.1 带隙基准的理论基础16-20
• 2.1.1 BJT和负温度电压16-18
• 2.1.2 正温度系数电压的产生18-19
• 2.1.3 带隙基准电压的产生19-20
• 2.2 带隙基准的结构20-24
• 2.2.1 Kuijk带隙基准源20-21
• 2.2.2 Widlar带隙基准源21-22
• 2.2.3 Brokaw带隙基准源22-23
• 2.2.4 Banba带隙基准23-24
• 2.3 带隙基准的性能指标24-26
• 2.4 带隙基准的性能研究26-38
• 2.4.1 带隙基准中运放失调的分析26-28
• 2.4.2 带隙基准温度补偿的分析28-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 高性能带隙基准设计39-64
• 3.1 启动和偏置电路的设计40-41
• 3.2 核心电路的设计41-45
• 3.2.1 基准电压的产生42-43
• 3.2.2 带隙基准PSRR分析43-45
• 3.3 运放电路的设计45-57
• 3.3.1 开环频率特性分析46-49
• 3.3.2 电源抑制比分析49-55
• 3.3.3 运放仿真结果55-57
• 3.4 补偿电路的设计57-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第4章 高性能带隙基准的仿真和分析64-70
• 4.1 带隙基准的瞬态响应64-65
• 4.2 带隙基准电压的温度特性65-66
• 4.3 电源抑制比66-67
• 4.4 线性调整率67
• 4.5 环路稳定性67-69
• 4.6 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

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本文编号：1074893