宽输入、高电源电压抑制的带隙基准电压源设计

摘要

智能功率芯片(Smart Power Chip，SPC)作为一种集成了逻辑控制、故障保护、高压驱动及功率开关器件的数模混合集成电路，具有广阔的应用领域和良好的发展前景，目前在国内的研究尚有所欠缺。作为智能功率芯片的重要组成部分，带隙基准电压源需要具有宽输入和高电源电压抑制性能，以提升智能功率芯片整体的可靠性和精确性，应对智能功率芯片复杂多变的工作环境。本文重点突出带隙基准电压源的温度系数、线性调整率和电源电压抑制比，同时兼顾与静态功耗、最小工作电源电压等其它关键参数之间的平衡。
　　本文首先详细分析了智能功率芯片的实现原理和工作机制，然后深入研究了基准电压源特别是带隙基准电压源的实现理论，并且着重分析论证了带隙基准电压源的温度特性和电源电压特性，最后基于基准电压源的输入特性和电源抑制特性的折衷关系，设计出了一种新颖的宽输入、高电源电压抑制性能的带隙基准电压源。本文设计的带隙基准电压源采用了一种新型的电压预调节电路，可以有效提升电源电压抑制性能，并且可以抑制较宽频率范围内的电源噪声，同时保持较低的净空限制（最小稳定工作电源电压），使电路可以工作在较宽范围的电源电压下;本带隙基准电压源电路采用了一种新型的温度补偿方法，即利用载流子迁移率生成了非线性温度项来抵消掉二极管电压(VBE)中的非线性温度项，有效降低了输出基准电压的温度系数，并且在很宽的温度范围内依然保持低温度系数。
　　本文采用了0.5μm600V绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)工艺进行带隙基准电压源的电路设计和版图设计，并且进行了仿真验证及优化设计，最后通过了流片和测试，该基准电压源输出基准电压的温度系数达到了3ppm/℃左右，线性调整率约为0.9μV/V，低频下的电源电压抑制比低于-120dB，整体基准电压源电路的静态功耗低于150μA左右，基本达到了设计目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 智能功率芯片简介

1．1．2 带隙基准源研究意义

1．2 带隙基准源国内外研究现状

1．2．1 宽温度范围和低温度系数

1．2．2 线性调整与电源电压抑制性能

1．2．3 低压低功耗

1．2．4 高初始精度

1．3 论文设计指标

1．4 论文组织

第二章 基准电压源理论基础

2．1 基准电压源概述

2．1．1 基于齐纳二极管的基准电压源

2．1．2 基于正向偏置二极管的基准电压源

2．1．3 基于MOSFET的基准电压源

2．2 带隙基准电压源

2．2．1 电压模带隙基准电压源

2．2．2 电流模带隙基准电压源

2．3 基准电压源的主要参数

2．3．1 温度系数和温度范围

2．3．2 线性调整率

2．3．3 电源电压抑制比

2．3．4 工作电压和静态功耗

2．3．5 初始精度

2．4 本章小结

第三章 带隙基准电压源的温度和电源抑制特性分析

3．1．1 带隙基准电压源的温度特性分析方法

3．1．2 电阻对带隙基准电压源的影响分析

3．1．3 带隙基准电压源的高阶温度补偿技术

3．2 带隙基准电压源的电源抑制特性分析

3．2．1 带隙基准电压源电源分析方法

3．2．2 提升基准的电源电压抑制技术

3．3 本章小结

第四章 宽输入高电源抑制的带隙基准电压源设计

4．1 带隙基准电压源的低温度系数设计

4．1．1 新型带隙基准电压源高阶温度补偿技术研究

4．1．2 新型高阶温度补偿带隙基准电压源电路结构

4．2 带隙基准电压源的高电源抑制性能设计

4．2．1 提高电源电压抑制性能的技术研究

4．2．2 新型电压预调节电路结构

4．3 放大器设计

4．4 整体电路结构及仿真验证

4．4．1 整体电路结构

4．4．2 仿真结果

4．5 本章小结

第五章 版图设计及测试分析

5．1 版图设计

5．1．1 版图设计流程

5．1．2 版图设计考虑因素

5．1．3 整体版图

5．2 测试及分析

5．2．1 测试条件

5．2．2 测试结果

5．2．3 结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得成果