具有温度系数补偿与高环路交越频率的带隙基准电路

摘要

随着便携式应用的不断深入，便携式电子设备的体积越来越小。开关电源作为便携式电子产品的主要供电模块，其所占用空间也必须越来越小。为了在有效的缩小开关电源体积的同时维持其带载能力的不变，我们需要提高开关电源的工作频率，这就对其内部集成的基准电压模块的高频电源抑制比(PSRR)性能提出了更高的要求。 除了电源抑制比之外，输出电压的温度稳定性也是基准电压源一个重要的性能指标。当前很多实现了二阶温度曲率补偿的带隙基准结构非常复杂，这会引入较大的器件失配引起的输出失调电压。这个失调电压会使得基准的输出电压偏离原始设计的中心值，从而使得基准输出电压的温度系数达不到设计目标，甚至是比没有补偿时更差。 针对以上两个问题，本文在分析对比了两种结构的带隙基准之后，结合它们的各自优点，确定了所设计的带隙基准的主体结构。同时本文从器件选型和电路结构优化这两个方面入手，提出以下三个改进方法：第一、采用负温度系数的电阻，进行二阶温度曲率补偿。第二、在Brokaw带隙基准结构的基础上增加了一个电阻和NPN三极管，用于在高温时对基准输出电压的温度系数进行直接的调整。第三、在对Brokaw结构进行深入小信号分析的基础上，提出了一种新的在Brokaw结构中引入零点的方法。通过零点的引入，有效地提高了带隙基准环路的交越频率，从而优化了带隙基准的高频PSRR性能。以上的各个改进都通过仿真验证了其有效性。 在进行了上面的分析设计之后，作者利用Hspice软件对新设计的带隙基准电路进行了整体仿真。从仿真结果可以看出，新设计的带隙基准电压源的输出电压温度系数与电源抑制比性能都得到了优化，达到了预期的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章 带隙基准理论基础研究

2.1对带隙基准温度系数的理论分析

2.2高阶温度补偿

2.2.1理论式的温度补偿方法

2.2.2直观式的温度补偿方法

2.3几种典型的带隙基准结构介绍

2.3.1经典的Widlar带隙基准

2.3.2使用衬底PNP的CMOS工艺的带隙基准

2.3.3 Brokaw结构的带隙基准

2.3.4无电阻带隙基准电路

第三章 高性能带隙基准的设计

3.1基于Brokaw结构的带隙基准电压源

3.2一种通过引入零点来提高交越频率的带隙基准电路

3.3新的带隙基准的设计与分析

3.3.1环路交越频率对PSRR性能的影响

3.3.2 Brokaw结构的小信号分析

3.3.3在Brokaw结构中引入零点补偿的方法

3.3.4高阶温度补偿

3.3.5一种简单的温度补偿电路结构

3.4电路的设计与实现

第四章 电路的仿真验证

4.1仿真工具简介

4.2电路的仿真结果及分析

4.2.1温度特性

4.2.2电源电压调整率

4.2.3负载电流调整率

4.2.4基准环路的稳定性

4.2.5 PSRR

4.2.6峰值电流源的稳定性

4.2.7启动时间

4.2.8静态电流

4.3和同类文章的比较

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文