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无线通信技术的迅猛发展对模数转换器的精度和速度有了更高的要求,而基准源作为模数转换器中的重要模块,其输出特性直接决定了模数转换器的整体性能。因此,针对当前模数转换器精度和速度的不断提高,以及低压低功耗的发展要求,高电源抑制比,低压,低温漂的基准电压源成为研究的重点。 根据课题要求,本文设计出两种不同的基准电压源。其中针对时间交织结构8bits1.6Gsps超高速模数转换器,基于0.35μm标准CMOS工艺3.3V电源电压条件下设计出一种高电源抑制比高精度的带隙基准电压源电路;针对流水线结构14bits100Msps高速高精度模数转换器,基于0.18μm标准CMOS工艺1.8V电源电压条件下设计出一种低压低温漂的带隙基准电压源电路。 本文首先对基准源的指标,分类以及工作原理进行了介绍,并对传统的一阶补偿的带隙基准源电路的工作原理和局限性进行了分析,采用了两种带隙基准源的高阶补偿技术:高阶项消除技术和曲线平坦化技术。采用高阶项消除技术,同时在基准电路中引入共源共栅技术和电源抑制比提高电路,设计出适用于时间交织结构超高速模数转换器的高电源抑制比高精度带隙基准源电路;采用曲线平坦化技术,同时采用低压高增益的运放和电路结构,设计出适用于流水线结构高速高精度模数转换器的低压低温漂带隙基准电压源电路。 同时分析和推导了基准源误差对模数转换器性能的影响以及模数转换器对基准输出缓冲器的要求,并建立了缓冲器的负载模型,通过MATLAB仿真分析得到模数转换器对输出缓冲器的具体要求。 基于0.35μm标准CMOS工艺3.3V电源电压,对高电源抑制比高精度带隙基准电压源电路进行仿真的结果表明,在-40℃~120℃范围内,温度系数为2.84ppm/℃,室温25℃下电源抑制比为97dB,电源电压在3.0~3.6V范围内电源电压调整率为0.35mV/V,建立时间为57ns,满足8bits1.6Gsps超高速模数转换器的要求;基于0.18μm标准CMOS工艺1.8V电源电压,对低压低温漂带隙基准电压源电路进行仿真的结果表明,在-40℃~120℃范围内,温度系数为1.91ppm/℃,室温25℃下电源抑制比为65dB,电源电压在1.5~2.1V范围内电源电压调整率为0.75 mV/V,建立时间为62ns,满足14bits100Msps高速高精度模数转换器的要求。