【摘 要】
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随着社会对智能产品依赖越来越强,其对产品的功能要求也越来越高。芯片作为产品设备中重要组成部分之一,目前主要面临着两大挑战,工艺技术无法继续往前和芯片无法兼备高性能及低功耗要求。而电压基准源作为芯片中模拟集成电路设计里的基础模块,与各个电路模块乃至电路的整体性能相辅相成,在电路中占据着重要位置。因此,设计一种高性能低功耗的电压基准源电路结构对今后的发展尤其重要。本论文设计了两种基准源电路,分别为全C
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随着社会对智能产品依赖越来越强,其对产品的功能要求也越来越高。芯片作为产品设备中重要组成部分之一,目前主要面临着两大挑战,工艺技术无法继续往前和芯片无法兼备高性能及低功耗要求。而电压基准源作为芯片中模拟集成电路设计里的基础模块,与各个电路模块乃至电路的整体性能相辅相成,在电路中占据着重要位置。因此,设计一种高性能低功耗的电压基准源电路结构对今后的发展尤其重要。本论文设计了两种基准源电路,分别为全CMOS型基准和混合型基准源。其中,从不同器件的应用上设计电路核心部分,通过仿真计算得到电路的基本性能及后续的改善方向。在进行基准电压设计之前,先对MOS管以及BJT管进行了理论说明,包括器件的基本概念、工作原理及器件的温度特性,并对近年提出的电路结构进行了技术总结和分析。通过对传统带隙基准、全CMOS基准电压以及混合型电压基准这三种电路结构的公式推导以及性能分析,得出以下结论:传统的带隙基准电压源拥有较好的兼容工艺且能够达到很好的精度但电源电压和偏置电流大小被限制,不利于低功耗应用;全CMOS电压基准源电路具有低功耗等特点,但其参数阈值电压受工艺影响变化不易控制;混合型具有精度高等特点,但功耗尚未能达到较低水平。通过总结现有电路的缺点,提出了两种电压基准源电路。第一种电路结构为全CMOS电压基准,首先从公式开始推导其工作原理,分析了电路的线性调整率。接着采用仿真软件对电路进行参数扫描仿真并提取数据计算,得到247m V的基准电压,在最好情况下温度系数为17.9ppm/℃。但全CMOS电路结构仍存在缺陷即线性调整率较高且功耗未能降到低水平,故针对部分参数进行优化,设计了第二种电路结构即混合型电压基准源。此电路结构实现了在最好情况下的温度系数为52.9ppm/°C,线性调整率为1.3%/V,功耗仅为6.8n W和在100Hz频率下电源抑制比为-40.6d B的417.9m V的基准电压。该结构实现了全CMOS电路结构部分参数的完善,且线性调整率提升了11倍。此电路结构虽牺牲了部分温度系数,但在功耗性能上降低了1048倍。
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