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高精度BiCMOS基准源温度补偿策略及电路实现

作　者: 高榕
导　师: 杨银堂
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高精度基准源温度补偿高阶 BiCMOS
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

基准是电路中的标尺,基准源的精度和性能决定着整个系统的功能和性能的实现。近年来,随着集成电路的特征尺寸不断减小,芯片的供电电压和功耗不断降低,对基准源的性能要求也越来越高。对于一个合格的高性能基准源,低温度系数是最基础也是最重要的技术指标。本文介绍了基准源设计的发展过程和基本的基准源电路结构,研究了基准源设计中所要求的达到的基本性能,其中着重讨论了基准源的温度补偿原理和方法,分析对比了几种常见的高阶补偿策略。论文设计了一个高精度 BiCMOS带隙基准电压源,并基于ASMC 0.35um BiCMOS工艺进行电路仿真。采用一阶温度补偿的电流求和模式时,基准源温度系数为35ppm/℃,低频时的电源电压抑制比为98.8dB,并且具有较好的电源电压调整率。采用高阶温度补偿模式时,利用电阻的温度特性法进行高阶补偿后,温度系数达到14ppm/℃,低频时的电源电压抑制比为245dB,基准源的温度性能得到了很大的提高。论文所设计的基准源版图有效面积为824~*322um~2,适用于各种混合信号集成系统。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 基准源电路的研究背景和意义  7
  1.2 国内外研究的历史、现状与趋势  7-11
  1.3 本文的主要内容  11-13
第二章基准源电路的工作原理及结构分析  13-23
  2.1 基准源的主要性能参数  13-14
  2.2 带隙基准源的工作原理  14-17
    2.2.1 V_(BE)的负温度系数特性  14-15
    2.2.2 △V_(BE)的正温度系数特性  15-16
    2.2.3 带隙基准电压的产生  16-17
  2.3 传统带隙基准源的电路结构  17-21
    2.3.1 Widlar带隙基准源  18-19
    2.3.2 Brokaw带隙基准源  19-20
    2.3.3 CMOS带隙基准源  20-21
  2.4 本章小结  21-23
第三章基准源高阶补偿策略  23-31
  3.1 V_(BE)的高阶温度特性  23-24
  3.2 常见高阶温度补偿策略  24-30
    3.2.1 二阶曲率补偿法  24-25
    3.2.2 指数曲率补偿法  25-26
    3.2.3 利用电阻的温度特性法  26-27
    3.2.4 V_(BE)线性化法  27-28
    3.2.5 分段线性补偿法  28-30
  3.3 本章小结  30-31
第四章温度补偿高精度基准电压源设计  31-61
  4.1 基准源的模式选择  31-36
    4.1.1 电压求和模式带隙基准源  32-35
    4.1.2 电流求和模式带隙基准源  35-36
  4.2 基准源的总体设计  36-54
    4.2.1 工作电压VDDL的设计  37-38
    4.2.2 亚阈值运放的设计  38-42
    4.2.3 PTAT电流模块的设计  42-44
    4.2.4 CTAT电流模块的设计  44-46
    4.2.5 启动和偏置电路的设计  46-48
    4.2.6 基准源整体电路结构  48-54
  4.3 基准源的高阶温度补偿  54-59
    4.3.1 利用电阻的温度特性法  54-57
    4.3.2 V_(BE)线性化法  57-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章版图设计  61-71
  5.1 版图设计的基本考虑  61-66
    5.1.1 匹配性设计  61-64
    5.1.2 消除耦合的设计  64-65
    5.1.3 减小寄生参数的设计  65-66
  5.2 基准源的版图设计  66-68
    5.2.1 电流镜版图的设计  66-67
    5.2.2 运放输入对管版图的设计  67-68
    5.2.3 三极管版图的设计  68
    5.2.4 带隙整体电路的版图设计  68
  5.3 本章小结  68-71
第六章总结与展望  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-79
研究成果  79-80

高精度BiCMOS基准源温度补偿策略及电路实现

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