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CMOS集成基准电压源设计

作　者: 舒梅
导　师: 丁召；庄宜松
学　校: 贵州大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 带隙基准衬底PNP双极型晶体管曲线补偿 PTAT电流电源电压抑制比低功耗温度系数
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基准电压源是模拟集成电路中的基本单元,它在SOC、ADC、DAC、传感器和通信电路以及存储器等领域有广泛应用。基准源的目的是向后续电路提供稳定的、不随外界因素(主要是电源电压和环境温度)影响的电压,它的输出是直流值。在基准电压源的设计中,如何实现高精度、低温度系数是一大难点。对于基准电压源来说,目前公认的性能比较好的是带隙基准电压源,所谓的带隙基准电压源是指其输出电压在1.25V左右,这个值和硅的能带隙相当,故称其为带隙基准源。本文概述了基准电压源的发展历史,现状和趋势,指出了本课题的研究意义。阐述了设计中相关的器件理论与工艺模型,对CMOS工艺下的两种有源器件,即亚阈值工作状态下的金属场效应晶体管(MOSFET)及衬底PNP双极型晶体管(BJT)的温度模型及其影响因素进行了分析和比较,指明衬底PNP双极型晶体管更适合作为基准电压源的温度补偿元件。分析了带隙基准电压源的基本原理,在比较了几种常用的带隙基准电压源结构的基础上,对集成稳压器件中基准电压源的一些具体要求,提出了相应的设计指标。基于csmc 0.5μm工艺模型设计了一种高精度、低温度系数、带负载能力强的CMOS带隙基准电压源,并在Tanner集成电路设计平台下进行了仿真,得到比较理想的结果。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-7
第一章绪论  7-13
  1.1 研究的背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 基准电压源的分类特点及应用  10-11
  1.4 研究内容及研究方法  11-13
    1.4.1 研究内容  11
    1.4.2 研究方法  11-13
第二章器件的工艺与模型  13-27
  2.1 CMOS工艺  13-19
    2.1.1 有源器件  13-14
    2.1.2 无源器件  14-19
  2.2 CMOS器件模型  19-23
    2.2.1 大信号模型  19-22
    2.2.2 小信号模型  22-23
  2.3 双极型器件模型  23-25
  2.4 影响双极型器件模型的因素  25-27
第三章基准电压源的基本原理  27-46
  3.1 带隙基准电压源的基本原理  27-36
    3.1.1 基准电压源的温度特性  27-31
    3.1.2 基准电压源的性能参数  31-32
    3.1.3 与温度无关的基准  32-36
  3.2 传统的两种结构  36-41
    3.2.1 基于双极型工艺的带隙基准电压源  36-39
    3.2.2 基于CMOS工艺的带隙基准源电路  39-41
  3.3 基准电压源的分类性能比较  41-46
    3.3.1 隐埋齐纳二极管基准电压源  41-43
    3.3.2 带隙基准电压源  43-44
    3.3.3 XFET基准电压源  44-46
第四章带隙基准电压源的电路设计  46-62
  4.1 设计思路  46-47
  4.2 子电路的设计  47-55
    4.2.1 基准核心产生电路  47-51
    4.2.2 启动隔离电路  51-52
    4.2.3 电压箝位电路  52-54
    4.2.4 输出缓冲级  54-55
  4.3 整体电路装配、仿真结果及分析  55-62
    4.3.1 整体电路图组装  55-57
    4.3.2 各参数指标仿真结果及分析  57-62
第五章版图设计  62-65
第六章结论  65-66
  6.1 本设计的情况  65
  6.2 对芯片最终性能的预测  65-66
致谢  66-67
主要参考文献  67-69
附录  69-73

CMOS集成基准电压源设计

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