论文摘要
全球数字化视频信号处理与便携式通信技术的迅猛发展促使模数转换器不断向高速与高精度方向发展。基准源作为其中关键模块之一，不仅需要为系统提供精准的偏置电压和偏置电流，差分基准源还将为其提供比较电平和残差电压，它的性能将直接影响到系统指标。因此开发出满足系统要求的基准源成为当务之急。本文首先基于带隙基准电路结构，在考虑运放失调电压、基准噪声等非理想因素制约情况下，设计了一个高精度单端基准电压源。仿真结果表明在-40-85℃温度范围内温度系数为4．18ppm／C，在3．0-3．6V电压波动范围内电源电压调整率为85ppm／V。其次利用已经产生的基准电压源和正温度系数电阻实现负温系数电流获取方法，和发展令PMOSFET源栅电压与阈值电压的电源电压变化率相消从而优化电源电压调整率的新概念，提出了一种CMOS基准电流源新方案。模拟验证结果表明，在-40-85℃温度范围内温度系数为6．9ppm／’C，于3．0-3．6V电压区间电源电压调整率系10．6ppm／V。同时为了避免基准输出端恶化基准源性能，本文对直流基准缓冲器进行了建模，并对接电阻和开关电容混合负载的直流缓冲器进行了重点分析，最后得出了ADC（模数转换器）系统速度和精度与缓冲器单位增益带宽和跨导的关系。再其次基于带隙基准电压源电阻分压和电流镜失配消除技术，提出了一种新型高性能差分基准电压源。另外，通过在输出端加入大电容和阻抗变化电阻抑制了开关电容和输出端高频噪声的影响。该差分电压源的温度系数和电源电压调整率分别为4．6ppm／C和1581．5ppm／V，温度特性很好地跟随了带隙基准电压源。最后采用SMIC 0．35m双层多晶硅、四层金属的CMOS工艺完成了对所开发电路单元的版图设计并通过了DRC和LVS验证。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 基准源指标介绍1.2 国内外研究状况1.3 本文的选题意义1.4 本文的主要内容第二章 Pipelined ADC系统中基准源的作用与意义2.1 Pipelined ADC系统中基准源的作用2.2 差分基准电压误差对 ADC系统的影响第三章 高精度带隙基准电压源的分析与设计3.1 带隙基准电压的原理BE的负温度系数特性'>3.1.1 VBE的负温度系数特性BE的正温度系数特性'>3.1.2 △VBE的正温度系数特性3.1.3 带隙基准电压的产生3.2 带隙基准电压源电路设计3.3 带隙基准电压源核心运放设计3.4 带隙基准电压源误差分析3.4.1 运放失调电压分析与解决方法3.4.2 基准电压源噪声分析3.5 带隙基准电压源启动电路设计3.6 基准电压源电路仿真与结果分析第四章 高精度基准电流源的分析与设计4.1 基准电流源低温漂特性获取方案4.2 电源电压调整率优化方式与实现4.3 仿真验证和结果分析第五章 直流基准缓冲器的分析与设计5.1 基准缓冲器的分类5.2 基准缓冲器的建模与设计5.2.1 ADC系统对基准缓冲器的限制5.2.2 单位增益缓冲器带负载能力分析5.3 ADC系统指标对基准缓冲器的要求第六章 高精度差分基准电压源的设计与实现6.1 传统差分基准电压源结构分析6.2 新型差分基准电压源设计方案6.3 差分基准接电阻和开关电容混合负载研究6.4 电路仿真和结果分析第七章 基准源单元版图研究与设计7.1 版图设计总体流程7.2 版图布局中金属线的考虑7.3 版图布局中无源器件的选择和使用7.3.1 电阻的类型选择和使用7.3.2 电容的类型选择和使用7.4 基准单元版图布局中的关键性考虑7.4.1 PNP管在 MOS工艺中的实现7.4.2 版图匹配性考虑7.4.3 dummy器件使用7.5 电路单元版图第八章 结论致谢参考文献攻读硕士期间取得的研究成果
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