用于流水线A/D转换器的高精度BiCMOS基准源设计研究

摘要

在流水线A/D转换器中，基准源作为其中关键模块之一，不仅需要为整个系统提供偏置电压，还要为流水线每级的比较器提供比较电平。因此，基准源的性能将直接影响到流水线A/D转换器的系统性能，设计应用于流水线A/D转换器的高精度基准源具有重要意义。
　　 本文基于SMIC0.35um BiCMOS工艺，设计了一种输出0.5V的高精度基准电压源。所设计的基准电压源由VDDL模块、正温度系数电流模块、负温度系数电流模块、电阻分压网络和启动电路构成。其中正温度系数电流模块采用了先进的亚阈值运放技术，使其失调电压控制在44uV以内；负温度系数电流模块采用了低压共源共栅电流镜技术，提高了输出电流的精度。采用Cadence Spectre仿真器对整个电路进行仿真，结果表明在-60℃～80℃，温度系数为21ppm/℃；VDD从3.0V～3.6V，电源电压调整率为8.7ppm/V；低频电源电压抑制比为-66.5dB，整个系统的启动时间小于10us。从仿真结果来看，其性能达到流水线A/D转换器的系统要求，具有很高的应用价值。本文最后对基准源核心模块进行了版图设计。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本文的主要工作和组织结构

第二章基准电压源概述

2.1基准源性能指标介绍

2.2几种常见基准源结构

2.2.1电阻分压式基准源

2.2.2 PN结及MOS等效PN结基准源

2.2.3自举基准

2.2.4 XFET电压基准源

2.3带隙基准电压源理论基础

2.3.1负温度系数电压VBE

2.3.2正温度系数电压△VBE

2.3.3 Robert Widlar带隙基准源

2.4带隙基准源的非线性温度补偿策略

2.4.1利用电阻的温度特性进行高阶温度补偿

2.4.2指数型温度补偿

2.5本章小结

第三章基准源的结构选择

3.1电压求和模式带隙基准源

3.1.1传统电压求和模式带隙基准源

3.1.2输出端采用电阻二次分压的带隙基准源

3.1.3共源共栅带隙基准源

3.2电流求和模式基准源

3.2.1一阶补偿的电流求和模式基准源

3.2.2曲率补偿的电流求和模式基准源

3.2.3基于MOSFET的电流求和模式基准源

3.3本章小结

第四章高精度基准电路设计

4.1设计工具及工艺简介

4.2设计思路

4.3基准源核心电路局部电压VDDL的设计

4.4 PTAT电流模块设计

4.4.1 PTAT电流产生电路设计

4.4.2运算放大器的设计

4.5 CTAT电流模块设计

4.5.1 CTAT电流产生原理

4.5.2 CTAT电流产生电路设计

4.6启动和偏置电路

4.6.1引入启动电路的必要性

4.6.2启动和偏置电路的设计

4.7 BiCMOS工艺电阻

4.7.1 BiCMOS工艺电阻Spice模型

4.7.2 BiCMOS工艺电阻分类

4.7.3电阻的选取

4.8电路整体架构

4.9本章小结

第五章基准源性能仿真及核心模块版图设计

5.1基准源整体仿真及性能分析

5.1.1温度特性

5.1.2电源电压调整率

5.1.3电源电压抑制比

5.1.4基准源的启动时间

5.2基准源核心模块版图设计

5.2.1集成电路版图设计考虑因素

5.2.2基准源核心模块版图设计

5.3本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

研究成果