基于CMOS工艺的高精度基准源的研究与设计

摘要

基准参考源作为模拟集成电路的一个标准的基本模块被广泛应用于多种电路和系统中，为整个系统提供精确的电压或由其转换的高精度电流基准。基准源在直流和交流条件下的稳定性对于整个系统的性能起重要的作用，其稳定性包括对系统的环境(电源电压，温度，输出负载等)和工艺不敏感。若基准参考源的稳定性不满足要求，直接限制整体电路或系统的性能，甚至就不能正确地、有效地完成预定功能。因此，详细的分析基准源的基本原理与重要参数，从而设计出满足要求的基准源有着重要的意义。
　　本文首先详细的分析基准源的基本原理与重要参数，并介绍了常见的高阶温度补偿电路。第三章分析并设计了常规一阶温度补偿带隙基准电路和新型一阶温度补偿带隙基准电路进行对比，然后介绍了voltage regulator并应用于一阶温度补偿带隙基准电路，并设计了核心电路、运算放大器和启动电路模块，最后给出了仿真结果。
　　第四章分析IPTAT2电流高阶温度补偿与亚阈值电流高阶温度补偿理论，在此基础上，分别应用于一阶温度补偿带隙基准中，从而提出了低温度系数、高电源抑制比的带隙基准电压源。本文设计使用40nm标准 CMOS工艺，并使用Cadence软件完成电路与版图设计。正常工作电压范围为2.1V～3.5V，典型工作电压为2.5V。在典型电压下，在80kHz时，电源抑制比高于80dB；在高于10MHz时，不低于30dB。当温度范围从-20℃到120℃变化时，IPTAT2电流温度补偿在TT、SS、FF工艺角下的温度系数分别为3.06ppm/℃、4.78ppm/℃、8.15ppm/℃。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 基准电压源的研究背景及意义

1.2 基准源的发展和研究现状

1.3 带隙基准源的历史与研究现状

1.4 论文结构安排

第二章 基准源的理论分析

2.1 基准电压源的分类

2.2 带隙基准源的原理分析

2.3 带隙基准源的非理想因素分析

2.4 温度补偿的方法

2.5 带隙基准的主要性能指标

第三章 带隙基准电压源电路的设计与仿真

3.1 电流镜的设计

3.2 传统型带隙基准设计与仿真

3.3 新型带隙基准电路电路的设计与仿真

第四章 带隙基准电压源高阶温度补偿电路的设计与仿真

4.1 带隙基准高阶温度补偿原理

4.2 高阶温度补偿的设计与仿真

4.3 两种高阶温度补偿的比较与总结

第五章 带隙基准的版图设计

5.1 版图的失配与失调分析

5.2 BJT版图设计

5.3 电阻版图设计

5.4 整体版图设计

5.4 版图仿真结果

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果