论文摘要
随着集成电路工艺的发展,在开关电源中采用片内集成带隙基准电压源实现稳定的电压基准的做法已经非常普遍。基准源就是能提供高精度和高稳定度基准量的内部电源。基准参考源的性能和开关电源系统的性能息息相关。开关电源内部的带隙基准模块必须对电源电压的变化有较好的抑制能力,如果带隙基准模块对电源噪声抑制能力不足,这种噪声就会通过基准电压耦合到电源系统的输出电压中。除了电源抑制比之外,输出电压的温度稳定性也是基准电压源一个重要的性能指标。另外许多应用要求电路能和标准CMOS工艺兼容。基于以上思想,本文提出了一种2V电源供电的基于衬底运放的带隙基准。此带隙基准采用自偏置的共源共栅衬底驱动运放,克服了传统晶体管二级运放共模电压过高或过低的缺点；采用增加了负反馈的共源共栅输出级,提高了整体电路的电源抑制比（PSRR, Power Supply Rejection Ratio）;采用受电源电压影响较小的偏置电路结构,降低了电源电压对带隙基准电路的影响；采用电流平方电路实现电路的二阶补偿,有效的降低了带隙基准输出电压的温度系数,并克服了传统二阶补偿电路与标准CMOS工艺不兼容的缺点。电路采用TSMC 0.25um CMOS工艺,正常工作的电源电压为1.8～5V。用HSPICE对电路进行了仿真,结果显示：2V的电源电压和室温下,低频电源抑制比为-92.5dB,整体电路的静态功耗为1.674mW。室温时,当电源电压从1.8V到5V变化时,电源电压调整率为0.406mV/V。2V电源供电的情况下,在-40℃～125℃的温度范围内,带隙基准输出电压的温度系数为6.67ppm/℃。输出电压为1.267V。结果表明,电路性能良好。随着集成电路工艺的特征尺寸不断减低,模拟电路的工作电压也在持续降低,这就对低压带隙基准电路提出了要求。针对这个问题,本文提出了一种亚1V电源供电的CMOS带隙基准电压源。此带隙基准采用衬底驱动运算放大器,使电源电压能低于1V；采用适合低压应用的分段线性补偿电路,有效的降低了温度系数。电路采用TSMC 0.25um CMOS工艺,正常工作的电源电压为0.8～1.8V。用HSPICE对电路进行了仿真,结果显示：0.9V的电源电压和室温下,低频电源抑制比为-45dB,整体电路的静态功耗为61.52uW。室温时,当电源电压从0.8V到1.8V变化时,电源电压调整率为3.71mV/V。0.9V电源供电的情况下,在-15℃～135℃的温度范围内,带隙基准输出电压的温度系数为11.11ppm/℃。结果表明,电路性能良好。