低压低功耗CMOS基准源补偿策略及电路设计

论文摘要

基准源包括基准电压源和基准电流源,它们是模拟电路的基本单元和重要模块。近年来,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,并且对基准源的精度要求不断提高。温度补偿是保证基准源精度的最关键环节,因此研究低压低功耗基准源的补偿策略是非常有意义的。本文研究了基准输出非线性的来源,分析对比了常见的温度补偿策略,并进行了性能对比。在此基础上,设计了一个低压低功耗电流模结构带隙基准电压源,首先按一阶补偿进行初步设计,并分别采用两种方式进行了二阶补偿。由于采用电流模结构,输出电压不受1.25V限制,本项目中输出电压为600mV,并可根据需要继续降低。基于SMIC 0.18um CMOS工艺进行了电路模拟,仿真结果表明,电路实现了良好的温度特性、高电源抑制比和较好的电压调整率,低频电源抑制比为75dB。未采用高阶补偿时,基准电压温度系数约为13ppm/℃;采用不同电阻的温度特性法进行二阶补偿后,温度系数为1.1ppm/℃;采用VBE线性化法进行高阶补偿后,温度系数为1.6ppm/℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 基准源电路的研究意义和价值
• 1.2 基准源发展历史、现状与趋势
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 基准源电路的工作原理及性能分析
• 2.1 带隙基准源的工作原理
• 2.1.1 VBE的负温度系数特性
• 2.1.2 ?VBE的正温度系数特性
• 2.1.3 带隙基准电压的产生
• 2.2 传统带隙基准源的电路结构
• 2.2.1 Widlar带隙基准源
• 2.2.2 Kujik带隙基准源
• 2.2.3 Brokaw带隙基准源
• 2.2.4 CMOS带隙基准源
• 2.3 低压低功耗带隙基准源的电路结构
• 2.3.1 电流求和带隙基准源
• 2.3.2 使用DTMOS（动态阈值电压MOS管）的带隙基准
• 2.4 基准源的主要性能参数
• 第三章 基准源高阶补偿策略
• 3.1 VBE的高阶温度特性
• 3.2 常见高阶温度补偿策略
• 3.2.1 VBE线性化法
• 3.2.2 利用电阻的温度特性法
• 3.2.3 指数曲率法
• 3.2.4 分段线性补偿法
• 3.2.5 性能比较
• 第四章 高阶温度补偿低压基准电压源设计
• 4.1 电路结构设计
• 4.2 核心电路参数设计
• 4.3 运算放大器设计
• 4.3.1 运放对带隙基准性能的影响
• 4.3.2 运放结构的选择与设计
• 4.4 启动电路设计
• 4.5 整体电路仿真
• 4.6 高阶温度补偿改进
• 4.6.1 利用电阻的温度特性法
• 4.6.2 VBE线性化法
• 第五章 版图设计与误差分析
• 5.1 版图设计的基本考虑
• 5.1.1 匹配性设计
• 5.1.2 耦合的影响
• 5.1.3 寄生参数
• 5.2 版图设计与误差分析误差分析
• 5.2.1 电流镜版图的设计
• 5.2.2 三极管版图的设计
• 5.2.3 电阻版图的设计
• 5.2.4 带隙整体电路的版图
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果