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基准电压源和比较器的设计与实现

作　者: 张昊
导　师: 毛志刚；邓玉良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 带隙基准电压源比较器温度系数失调消除时钟馈通
分类号: TM933.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 1059次
引　用: 3次
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内容摘要

基准电压源和比较器是模拟集成电路极为重要的组成部分,在很多高精度的模拟电路中有着广泛的应用,是决定着模拟电路性能的主要因素。设计高性能的基准电压源和比较器是模拟电路工程师一直努力的目标。本文针对这两类电路进行了分析和设计。本文从理论上分析了构成带隙基准电压源、比较器的基本电路单元的工作原理,分析了各种非理想因素对它们性能的影响,并且提出了相应的解决方案。本文分析了温度补偿、零温度系数的实现方法。运用米勒补偿原理完成运算放大器的设计,利用正、负温度系数电路叠加实现温度补偿,完成了两个高精度带隙基准电压源的设计。利用HSPICE作为仿真、验证工具,对电路性能指标进行仿真验证和优化。以上两个带隙基准电压源在电源切换管理芯片以及USB协议转换芯片中应用,经过投片测试,结果表明其性能指标完全满足具体应用环境,达到了设计要求。本文分析了直流失调电压以及时钟馈通现象产生的原因,并且结合具体的应用条件提出有针对性的解决方案。本文完成了两个两级比较器的设计,并且在电源切换管理芯片中成功应用。同时,利用开关电容理论实现高速比较器直流失调电压的消除和时钟馈通效应的消除,利用内建迟滞的方法提高高速比较器对噪声的抑制,完成了两个高速比较器的设计。利用HSPICE进行仿真验证和参数优化,并且在两个嵌入式八位模数转换器中应用。其中一个已经成功流片验证,并且完成了测试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景、目的及意义  9-10
  1.2 国内外发展现状分析  10-13
    1.2.1 基准电压源的研究现状以及发展趋势  10-12
    1.2.2 比较器的研究现状分析  12-13
  1.3 本文的主要工作内容和结构安排  13-15
第2章基准电压源和比较器的工作原理  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 基准电压源的工作原理  15-22
    2.2.1 与温度无关的基准电压产生电路  15-19
    2.2.2 与电源无关的偏置电路  19-21
    2.2.3 带隙基准电路的原理  21-22
  2.3 比较器的工作原理  22-30
    2.3.1 差分放大器的工作原理  22-24
    2.3.2 输出放大器  24-25
    2.3.3 高速比较器的工作原理  25-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章基准电压源的设计与实现  31-52
  3.1 引言  31
  3.2 基于0.6 微米CMOS工艺带隙基准电压源的设计  31-38
  3.3 基于0.5 微米CMOS工艺带隙基准电压源的设计  38-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章比较器的设计与实现  52-78
  4.1 引言  52
  4.2 基于0.6 微米CMOS工艺的两级比较器的设计  52-64
  4.3 高速比较器的设计  64-77
    4.3.1 基于0.5 微米CMOS工艺高速比较器的设计  64-70
    4.3.2 基于0.35 微米CMOS工艺的高速比较器的设计  70-77
  4.4 本章小结  77-78
第5章验证及测试结果  78-81
  5.1 引言  78
  5.2 验证及测试结果分析  78-80
  5.3 本章小结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-86
附录1 电源切换管理芯片测试原理图及实物照片  86-87
附录2 USB协议转换芯片测试原理图及实物照片  87-88
附录3 模数转换器测试原理图及实物照片  88-89
攻读学位期间发表的学术论文  89-91
致谢  91

基准电压源和比较器的设计与实现

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