高精度無電阻帶隙基準電壓源的-分析與設(shè)計

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1、西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作(貢獻)聲明本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或貢獻如下：在對無電阻帶隙基準電源的原理進行詳細分析與研究的基礎(chǔ)上，提出了一種帶高階溫度補償?shù)母呔葻o電阻帶隙基準電壓源：1．針對源極耦合差分對組成的反函數(shù)電壓轉(zhuǎn)換器存在的問題，引入共源共柵電流鏡以及一對額外的電流鏡，鉗制電流鏡比例的失調(diào)；2．為了實現(xiàn)VBE線性化高階溫度補償，設(shè)計了帶有正溫度系數(shù)與零溫度系數(shù)雙輸出的偏置電源；3．利用反函數(shù)電壓轉(zhuǎn)換器及兩種溫度系數(shù)的偏置電流，分離并抵消了VBE中的溫度高階項系數(shù)，實現(xiàn)了無電阻的VBE線性化高階溫度補償。針對傳統(tǒng)帶隙基準中只能依靠電阻實現(xiàn)比例系數(shù)的狀況，無

2、電阻基準采用面積成比例的MOS管作為替代，節(jié)約了芯片面積、簡化了生產(chǎn)工藝、降低功耗并使基準電路可以兼容于數(shù)字工藝。提出的新型VBE線性化高階溫度補償電路為無電阻帶隙基準電路的高階溫度補償提供的新的方法與思路，達到了較好的補償效果，得到了較精確的基準電壓。本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中做了明確說明。本人完全了解違反上述聲明所引起的一切法律責(zé)任將由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：餓日期．"btq>,7、I西南交通

3、大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁摘要帶隙基準(BGR--bandgapreference)電源是一種對于工作溫度不敏感的精準參考電源。將具有負溫度系數(shù)的三極管基．射極電壓VBE與具有正溫度系數(shù)的熱電壓VT以適當(dāng)權(quán)重疊加，就能得到零溫度系數(shù)的電壓輸出。傳統(tǒng)帶隙基準電路中，通過調(diào)整電阻的比例產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臋?quán)重系數(shù)。在標準的CMOS工藝中，電阻模型的精確度不高，需通過激光調(diào)修保證精度，同時電阻占用面積很大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，效率低。而利用反函數(shù)技術(shù)的無電阻帶隙基準電源可以利用MOS管面積比產(chǎn)生不隨工藝與溫度變化的系數(shù)，進行溫度系數(shù)的調(diào)整。該技術(shù)能很好的適應(yīng)數(shù)字電路工藝，簡化生產(chǎn)工藝，在SOC

4、應(yīng)用中有很大的優(yōu)勢。無電阻帶隙基準技術(shù)是一種較為新型的基準技術(shù)，在精度方面仍然有待提高，對基準進行高階溫度補償是目前研究的一個重點。由于沒有電阻的使用，傳統(tǒng)帶隙基準電源的高階補償方案往往不直接適用于無電阻帶隙基準。因此本文基于傳統(tǒng)VBE線性化補償方法，提出一種帶高階溫度補償電路的高精度無電阻帶隙基準電壓源。論文首先介紹了傳統(tǒng)及無電阻帶隙基準電源的原理，并對其高階溫度誤差及其補償進行了詳細的分析；通過采用共源共柵電流鏡，并在源極耦合差分對中引入額外的一對電流鏡，鉗制了反函數(shù)電路中電流鏡比例系數(shù)的漂移并提高了電路的電源抑制能力；設(shè)計了一個能提供正溫度系數(shù)以及零溫度系數(shù)偏置電路的自

5、偏置電路，為電路提供穩(wěn)定的工作電流；利用反函數(shù)電壓轉(zhuǎn)換器及兩種不同溫度系數(shù)的偏置電流，實現(xiàn)對VBE中溫度高階項的分離與消除，最終得到了高性能、低溫度系數(shù)的帶隙基準電壓輸出。電路采用采用0．5¨mBCD工藝設(shè)計，工作電壓范圍4～6．5V。在HSPICE軟件中對電路各方面性能進行了仿真：基準電壓輸出為1．18V，溫度在-40～125℃范圍內(nèi)，基準溫度系數(shù)為9．52ppm／。C，低頻電源抑制比為50dB，工作電壓在4-6．5V范圍內(nèi)時電源調(diào)整率為7．42mvⅣ，電路靜態(tài)功耗為490p．W。電路表現(xiàn)出不亞于較為成熟的傳統(tǒng)型帶隙基準電源的優(yōu)良性能，實現(xiàn)了新型補償理論的論證。關(guān)鍵詞：無電

6、阻帶隙基準電壓源；反函數(shù)技術(shù)；源極耦合差分對；VBE線性化西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第U頁AbstractBandgapreference(BGR)sourceisatemperatureinsensitivepricisereferencesource．Azerotemperaturecoefficient(ZTC)voltagecombinesaweightednegativeTCVBEwithapositiveTCVT．Therelativeweightingofthevoltageaddedisusuallyadjustedbytrimmingtheratioof

7、resistors．ThemodelofresistorsinstandardCMOStechnologymaynotbereliable．Usually，lasertrimmingandmoreareaareneededwithinresistors，thatleadstohighcostandlowefficiency．TheresistorlessbandgapreferenceadjustTCconstantbyinversefunctiontechnologytogetherwithratio