高精度无电阻带隙基准电压源的-分析与设计

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1、西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：在对无电阻带隙基准电源的原理进行详细分析与研究的基础上，提出了一种带高阶温度补偿的高精度无电阻带隙基准电压源：1．针对源极耦合差分对组成的反函数电压转换器存在的问题，引入共源共栅电流镜以及一对额外的电流镜，钳制电流镜比例的失调；2．为了实现VBE线性化高阶温度补偿，设计了带有正温度系数与零温度系数双输出的偏置电源；3．利用反函数电压转换器及两种温度系数的偏置电流，分离并抵消了VBE中的温度高阶项系数，实现了无电阻的VBE线性化高阶温度补偿。针对传统带隙基准中只能依靠电阻实现比例系数的状况，无

2、电阻基准采用面积成比例的MOS管作为替代，节约了芯片面积、简化了生产工艺、降低功耗并使基准电路可以兼容于数字工艺。提出的新型VBE线性化高阶温度补偿电路为无电阻带隙基准电路的高阶温度补偿提供的新的方法与思路，达到了较好的补偿效果，得到了较精确的基准电压。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中做了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：饿日期．"btq>,7、I西南交通

3、大学硕士研究生学位论文第1页摘要带隙基准(BGR--bandgapreference)电源是一种对于工作温度不敏感的精准参考电源。将具有负温度系数的三极管基．射极电压VBE与具有正温度系数的热电压VT以适当权重叠加，就能得到零温度系数的电压输出。传统带隙基准电路中，通过调整电阻的比例产生适当的权重系数。在标准的CMOS工艺中，电阻模型的精确度不高，需通过激光调修保证精度，同时电阻占用面积很大，导致生产成本高，效率低。而利用反函数技术的无电阻带隙基准电源可以利用MOS管面积比产生不随工艺与温度变化的系数，进行温度系数的调整。该技术能很好的适应数字电路工艺，简化生产工艺，在SOC

4、应用中有很大的优势。无电阻带隙基准技术是一种较为新型的基准技术，在精度方面仍然有待提高，对基准进行高阶温度补偿是目前研究的一个重点。由于没有电阻的使用，传统带隙基准电源的高阶补偿方案往往不直接适用于无电阻带隙基准。因此本文基于传统VBE线性化补偿方法，提出一种带高阶温度补偿电路的高精度无电阻带隙基准电压源。论文首先介绍了传统及无电阻带隙基准电源的原理，并对其高阶温度误差及其补偿进行了详细的分析；通过采用共源共栅电流镜，并在源极耦合差分对中引入额外的一对电流镜，钳制了反函数电路中电流镜比例系数的漂移并提高了电路的电源抑制能力；设计了一个能提供正温度系数以及零温度系数偏置电路的自

5、偏置电路，为电路提供稳定的工作电流；利用反函数电压转换器及两种不同温度系数的偏置电流，实现对VBE中温度高阶项的分离与消除，最终得到了高性能、低温度系数的带隙基准电压输出。电路采用采用0．5¨mBCD工艺设计，工作电压范围4～6．5V。在HSPICE软件中对电路各方面性能进行了仿真：基准电压输出为1．18V，温度在-40～125℃范围内，基准温度系数为9．52ppm／。C，低频电源抑制比为50dB，工作电压在4-6．5V范围内时电源调整率为7．42mvⅣ，电路静态功耗为490p．W。电路表现出不亚于较为成熟的传统型带隙基准电源的优良性能，实现了新型补偿理论的论证。关键词：无电

6、阻带隙基准电压源；反函数技术；源极耦合差分对；VBE线性化西南交通大学硕士研究生学位论文第U页AbstractBandgapreference(BGR)sourceisatemperatureinsensitivepricisereferencesource．Azerotemperaturecoefficient(ZTC)voltagecombinesaweightednegativeTCVBEwithapositiveTCVT．Therelativeweightingofthevoltageaddedisusuallyadjustedbytrimmingtheratioof

7、resistors．ThemodelofresistorsinstandardCMOStechnologymaynotbereliable．Usually，lasertrimmingandmoreareaareneededwithinresistors，thatleadstohighcostandlowefficiency．TheresistorlessbandgapreferenceadjustTCconstantbyinversefunctiontechnologytogetherwithratio