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用于流水线A/D转换器的高精度BiCMOS基准源设计研究

作　者: 孙飞
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: 流水线AD转换器 基准源 亚阈值电路 电流模 器件匹配性
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 71次
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内容摘要


在流水线A/D转换器中,基准源作为其中关键模块之一,不仅需要为整个系统提供偏置电压,还要为流水线每级的比较器提供比较电平。因此,基准源的性能将直接影响到流水线A/D转换器的系统性能,设计应用于流水线A/D转换器的高精度基准源具有重要意义。本文基于SMIC 0.35um BiCMOS工艺,设计了一种输出0.5V的高精度基准电压源。所设计的基准电压源由VDDL模块、正温度系数电流模块、负温度系数电流模块、电阻分压网络和启动电路构成。其中正温度系数电流模块采用了先进的亚阈值运放技术,使其失调电压控制在44uV以内;负温度系数电流模块采用了低压共源共栅电流镜技术,提高了输出电流的精度。采用Cadence Spectre仿真器对整个电路进行仿真,结果表明在-60℃～80℃,温度系数为21ppm/℃;VDD从3.0V～3.6V,电源电压调整率为8.7ppm/V;低频电源电压抑制比为-66.5dB,整个系统的启动时间小于10us。从仿真结果来看,其性能达到流水线A/D转换器的系统要求,具有很高的应用价值。本文最后对基准源核心模块进行了版图设计。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 论文研究的背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  8-10
  1.3 本文的主要工作和组织结构  10-11
第二章 基准电压源概述  11-23
  2.1 基准源性能指标介绍  11
  2.2 几种常见基准源结构  11-15
    2.2.1 电阻分压式基准源  12
    2.2.2 PN结及MOS等效PN结基准源  12-13
    2.2.3 自举基准  13-14
    2.2.4 XFET电压基准源  14-15
  2.3 带隙基准电压源理论基础  15-19
    2.3.1 负温度系数电压VBE  15-17
    2.3.2 正温度系数电压?VBE  17-18
    2.3.3 Robert Widlar带隙基准源  18-19
  2.4 带隙基准源的非线性温度补偿策略  19-21
    2.4.1 利用电阻的温度特性进行高阶温度补偿  19-20
    2.4.2 指数型温度补偿  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第三章 基准源的结构选择  23-33
  3.1 电压求和模式带隙基准源  24-27
    3.1.1 传统电压求和模式带隙基准源  24-25
    3.1.2 输出端采用电阻二次分压的带隙基准源  25-26
    3.1.3 共源共栅带隙基准源  26-27
  3.2 电流求和模式基准源  27-32
    3.2.1 一阶补偿的电流求和模式基准源  27-28
    3.2.2 曲率补偿的电流求和模式基准源  28-30
    3.2.3 基于MOSFET的电流求和模式基准源  30-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章 高精度基准电路设计  33-53
  4.1 设计工具及工艺简介  33
  4.2 设计思路  33-35
  4.3 基准源核心电路局部电压VDDL的设计  35-36
  4.4 PTAT电流模块设计  36-43
    4.4.1 PTAT电流产生电路设计  36-39
    4.4.2 运算放大器的设计  39-43
  4.5 CTAT电流模块设计  43-46
    4.5.1 CTAT电流产生原理  43-44
    4.5.2 CTAT电流产生电路设计  44-46
  4.6 启动和偏置电路  46-48
    4.6.1 引入启动电路的必要性  46
    4.6.2 启动和偏置电路的设计  46-48
  4.7 BiCMOS工艺电阻  48-51
    4.7.1 BiCMOS工艺电阻Spice模型  48-49
    4.7.2 BiCMOS工艺电阻分类  49-51
    4.7.3 电阻的选取  51
  4.8 电路整体架构  51-52
  4.9 本章小结  52-53
第五章 基准源性能仿真及核心模块版图设计  53-61
  5.1 基准源整体仿真及性能分析  53-55
    5.1.1 温度特性  53
    5.1.2 电源电压调整率  53-54
    5.1.3 电源电压抑制比  54-55
    5.1.4 基准源的启动时间  55
  5.2 基准源核心模块版图设计  55-60
    5.2.1 集成电路版图设计考虑因素  55-57
    5.2.2 基准源核心模块版图设计  57-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-69
研究成果  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 半导体集成电路（固体电路） > 场效应型
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