论文部分内容阅读
带隙基准电压源是模拟集成电路中一个重要的单元,广泛应用于工程实际应用中。BiCMOS工艺是一种结合了Bipolar工艺和CMOS工艺各自优点的工艺,采用BiCMOS工艺设计出一个高性能的带隙基准电压源是本文的主要研究目的。本文首先介绍了带隙基准电压源的发展动态,然后介绍了本次设计采用的BiCMOS制造工艺以及影响双极型晶体管模型的因素。低温度系数、高电源抑制比是带隙基准电压源高性能的体现,也是本次带隙基准电压源设计的主要挑战。本文比较了各种常用的高阶带隙基准电压源的温度补偿原理,在对一种现有的一阶温度补偿带隙基准电压源的改进的过程中提出了一种新的温度补偿方法,并且增加了预稳压电路改进了原电路的电源抑制比。最终运用标准的BiCMOS工艺实现了高性能的带隙基准电压源。本文的主要工作在于:⒈实现了一种基于BiCMOS工艺的一阶温度补偿带隙基准电压源。这种结构采用NPN管作为产生温度补偿的带隙基准电压源的核心。比其他使用CMOS工艺中寄生PNP管的结构具有更好的性能。同时这种结构相比较其他一阶温度补偿结构具有更低的温度系数和更好的驱动负载的能力。⒉针对低温度系数问题,本文提出了一种新颖的高阶温度补偿方法。这种方法使用差分放大器失调电压抵消双极型晶体管中基射结电压(VBE)中的温度非线性,实现了带隙基准电压源的高阶温度补偿。⒊针对设计的带隙基准电压源电路的低电源抑制比的问题。采用了预稳压电路(Preregulator)设计,为带隙基准电压源提供伪电源电压。这种预稳压电路结构简单,能够提供一个不受电源电压变化影响同时具有较好负载能力的输出电压。通过仿真显示,这个预稳压电路提高了带隙基准电压源电源抑制比。⒋设计出了用于电压放大和电压缓冲的运算放大器,通过运算放大器了产生100mV、1.5V、2.5V基准电压。这些基准电压同样具有较好的温度系数,并且具有很好的驱动能力。通过流片及测试,相比较仿真结果,本文设计的基准电压源均能产生比较准确的基准电压,在5V的电压,30p电容负载条件下,各种基准电压的偏差均在2%左右。在(27℃-75℃)温度范围内,测得2.5V输出电压的温度系数约为40ppm/℃。为当电源电压从4.5V变化到5.5V时,测试出的电源调整率为15.2mV/V。