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应用于高精度电源芯片的偏置系统设计

作　者: 胡志明
导　师: 李泽宏
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 基准源同步降压变换器 Brokaw基准线性稳压电路LDO 高精度偏置电路
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要

参考基准源(Reference)是集成电路中的一个重要模块,广泛应用于各种模拟集成电路,数模混合信号集成电路和片上系统芯片(SOC)中。随着集成电路产业扩张以及电子产品对于性能要求的进一步提升,高性能高精度的系统成为设计者的主要目标。而作为影响集成电路性能甚至功能的最重要的模块之一的参考基准源,设计指标要求越来越高。因此本论文从基准源设计的基础理论入手,深入学习基准设计要领,并基于0.3μm的BiCMOS工艺,采用经典的Brokaw单元设计一款高精度高可靠的偏置电路模块,主要应用于一款应用于笔记本内部供电的5.5V工作电压,3A电流工作频率为1MHz的同步降压变换器。本文首先对基准源的基本背景知识进行阐述,从应用场合出发,分析了影响基准性能的最重要指标,并分析当前学术界与产业界基准源研究的最新技术进展;其次对基准设计的一些考虑做出深入细致的研究:包括理论推导,基准架构对比,影响基准精度的指标的定量分析,噪声,启动电路以及修调技术的讨论;接下来对基于BiCMOS工艺的经典基准架构进行研究,力求从架构上选择最优的基准单元进行实际电路的设计;最后以Brokaw基准单元为基准,设计出一款包括启动电路,使能功能,BG_OK信号产生电路,基准电压源,基准电流源以及内部稳压线性电路的偏置系统,并给出理论分析与仿真验证结果。仿真结果表明:在2.8V/3.3V/5.5V输入电压情况下,TEMP=-40~150°C条件下,基准电压输出精度在1%以内,启动,BG_OK,使能功能正常,内部线性稳压电路在启动,关断过程中工作正常,其的输出电流能力达到1mA。偏置电路整体性能满足系统的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 基准源的分类与其适用环境  9-12
  1.2 基准源的关键指标与研究现状  12-16
  1.3 本文的研究意义与主要内容  16-17
第二章基准源设计的主要考虑  17-34
  2.1 基准源的一些理论推导  18-23
  2.2 基本的基准源的架构分析  23-24
  2.3 研究影响一阶基准源精度的误差因素  24-29
    2.3.1 电阻失配误差  25-26
    2.3.2 电流镜失配误差  26-27
    2.3.3 三极管失配误差  27-29
  2.4 噪声分析  29
  2.5 启动电路  29-32
  2.6 修调技术  32-34
第三章基于 BICMOS 的经典带隙基准的研究  34-49
  3.1 工作原理  37-39
  3.2 Widlar 基准  39-41
  3.3 Brokaw 基准源  41-49
    3.3.1 一些基于Brokaw 基准源的高性能基准  43-45
    3.3.2 Brokaw 基准源的修调  45-47
    3.3.3 Brokaw 基准源版图设计的一些考虑  47-49
第四章高性能偏置电路的电路设计与仿真  49-73
  4.1 系统简介与设计指标  49-51
  4.2 带隙基准源设计  51-57
    4.2.1 使能与启动电路设计  51-53
    4.2.2 电压基准源设计  53-56
    4.2.3 电流基准源设计  56-57
  4.3 内部线性稳压模块设计  57-62
  4.4 仿真结果与分析  62-73
    4.4.1 电压基准源设计  63-68
    4.4.2 内部线性稳压电路设计  68-73
第五章结论及展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-77
攻读硕士学位期间取得的研究成果  77-78

应用于高精度电源芯片的偏置系统设计

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