【正文】 的偏置電流是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。 亞閾值 MOSFET 柵源電壓的溫度特性 根據(jù)上一節(jié)式 (33)可以 推導(dǎo)出 亞閾值 MOS 管的柵源電壓 (Vgs)的 表達(dá)式： ])/)((ln [ 200 TOXmDSTTHGS WVCTTTn LInVVV ??? ? (34) 為了簡(jiǎn)化分析，在這里我們假設(shè)電流是恒定的，并且把經(jīng)驗(yàn)參數(shù) m 定為 2， 令 柵源電壓對(duì)溫度求導(dǎo) 可 得： ])(ln[ 2020TOXDSTTHGS WVCTn LTIVTVTV ??????? (35) 式 (35)中 ,2020)( TOXDS WVCTn LTI?項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1，所以 表達(dá)式中 第二項(xiàng)為負(fù)值。導(dǎo)致了位于柵極下方的硅表面實(shí)現(xiàn)反型所需的電荷量越來(lái)越小，閾值電壓也變得越來(lái)越小，這種效應(yīng)被稱作短溝道效應(yīng)(Shortchannel effects)。 3. 工作在亞閾值區(qū)的傳統(tǒng) MOSFET 模型 15 圖 P 襯 N 阱工藝 CMOS 器件 MOSFET 的閾值電壓 MOSFET 的 閾值電壓 VTH的定義為： 剛好形成載流子溝道時(shí)的柵電壓值。源端和漏端之間有兩個(gè) PN 結(jié)，在經(jīng)典的 MOSFET 的電路設(shè)計(jì)中， MOS 器件所有 PN 結(jié)一定要反偏。尤其對(duì)于一些人體醫(yī)療植入設(shè)備以及各種各樣的易攜帶電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，電池的待機(jī)時(shí)間和老化速度是至關(guān)重要的。 %1 0 0%1 0 0// ???????? ddREFREFdddddd REFREFVV VVVVVV VVS REFdd （ 223） 精度（ Accuracy） 精度是許多電路最重要的性能參數(shù)，基準(zhǔn)電壓源電路也不例外。 1/f 噪聲也叫做閃爍噪聲，是由于有源器件中載波密度的隨機(jī)波動(dòng)而產(chǎn)生，屬于固有噪聲，無(wú)法被濾除，一般可以在 Hz 到 10 Hz 范圍內(nèi)進(jìn)行定義。電源抑制比 (PSRR)的單位為分貝 (dB)， 在設(shè)計(jì)中，我們期望 PSRR 值盡可能大，因?yàn)镻SRR 值 越大，輸出 基準(zhǔn)源 受到電源的影響 就 越小 。 帶隙基準(zhǔn)電壓基本結(jié)構(gòu) 從上面的 推導(dǎo) 可知，我們 可以結(jié)合呈現(xiàn)正溫度系數(shù)的流過(guò)電流不相等的兩雙極型晶體管的基極 發(fā)射極電壓之差 (ΔVBE )與呈現(xiàn)負(fù) 溫度系數(shù)的電壓 (VBE )就可以設(shè)計(jì)出一 款理論上與外界溫度無(wú)關(guān) 的基準(zhǔn)電壓 VREF，結(jié)合式 (211)可 以 表示為 )l n (mnbVVV TBER E F ?? ? （ 213） （ 1）一種基準(zhǔn)電壓源的 基本結(jié)構(gòu)為： 圖 簡(jiǎn)易帶隙基準(zhǔn)參考源電路 1 由放大器的輸入端電壓“虛斷”的原理可得： VX=VY。值得一提的是，集電極電流 IC 大小也同樣與溫度有關(guān)，然而為了令理解和分析簡(jiǎn)化，在這 里暫時(shí)假設(shè) IC 是不隨溫度發(fā)生改變的恒定值。 經(jīng)典帶隙基準(zhǔn)源的結(jié)構(gòu)和原理 經(jīng)典帶隙基準(zhǔn)源核心部分由兩部分電路疊加而成，即擁有 正溫度系數(shù)的電壓 產(chǎn)生電路(PTAT ， proportionaltoabsolutetemperature)和擁有 負(fù)溫度系數(shù)的 電壓產(chǎn)生電路 (CTAT ，plementarytoabsolutetemperature)。這項(xiàng)技術(shù)已被證明適用于太空作業(yè)以及核能系統(tǒng)中。下面進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹： 掩埋型齊納二極管基準(zhǔn)源 利用齊納二極管 (穩(wěn)壓二極管 )制作基準(zhǔn)電壓源的歷史可以追溯到上世紀(jì)中期，起初人們的方法是將一個(gè)工作在反向狀態(tài) 的齊納二極管與一個(gè)工作在正向?qū)顟B(tài)的二極管串聯(lián)，搭建簡(jiǎn)單的基準(zhǔn)源。 本文主要內(nèi)容如下安排： 第一章是前言，通過(guò)查閱相關(guān)資料，介紹了本文的選題背景，總結(jié)概括了基準(zhǔn)源的發(fā)展史、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了本文的主要工作和結(jié)構(gòu)。最后，浮柵MOS 器件加入電路設(shè)計(jì)可以獲得高性能的超低功耗電路，然而其工藝復(fù)雜，成本過(guò)高，不適用于大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。 20xx 年， Luis enrique de 等人設(shè)計(jì)的電路中沒(méi)有使用雙極性晶體管，只有電阻和工作在亞閾值區(qū)的 MOS 管。 高電源抑制比基準(zhǔn)源（ High PSRR bandgap reference circuit） 在一些特殊的工作環(huán)境，尤其是在數(shù)?；旌霞呻娐分?，由于供電電源存在較大的噪聲，噪聲會(huì)對(duì)模擬電路性能產(chǎn)生一定程度上的干擾，選取能在各級(jí)頻率下穩(wěn)定工作的基準(zhǔn)源就顯得十分重要。目前高階補(bǔ)償技術(shù)包括二階曲率補(bǔ)償技術(shù) [9]、指數(shù)曲線補(bǔ)償技術(shù) [10]、電流相減補(bǔ)償法 [11]、電壓疊加補(bǔ)償法 [12]、VBE 線性化技術(shù) [13]、基于電阻比值的曲線補(bǔ)償法 [14]、基于 ΔVgs 加權(quán)補(bǔ)償技術(shù) [15]等。 20xx 年， Ken Ueno 等人基于 μm 的標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝 成功搭建無(wú)電阻的低壓、低功耗基準(zhǔn)電壓參考源電路，利用工作在亞閾值狀態(tài)的 MOS 管實(shí)現(xiàn) [5]。這是早期工作在亞閾值區(qū)的 CMOS 基準(zhǔn)源一次成功的嘗試 [3]。齊納管的功耗大、溫度特性、噪聲特性和穩(wěn)定性也較差。對(duì)于 90 nm 工藝，器件最高可以承受約 1V 左右的電壓，然而，工作在低于 1V（ sub1V）的電路才能迎合日新月異的技術(shù)和產(chǎn)品更迭。 Intel 公司今年即將推出另一款基于 14 nm 工藝的處理器── Skylake， Intel 公司雖然緊跟摩爾定律，然而多數(shù)工程師預(yù)見(jiàn)集成電路產(chǎn)業(yè)將在 7 nm 時(shí)達(dá)到極限，稱之為“ 7 nm 鴻溝”。 電源抑制比（ PSRR） 在電路工作在直流下為 dB， 低頻 下可達(dá)到 dB， 在 1KHz 的時(shí)候降到 dB，在 1MHz 的時(shí)候也能保持 dB。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 目錄 摘要 .....................................................................................................................1 1. 前言 ..................................................................................................................1 選題背景 .........................................................................................................1 基準(zhǔn)源發(fā)展史 .................................................................................................1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) .................................................................................3 低溫漂系數(shù)基準(zhǔn)源 ................................................................................3 低電壓基準(zhǔn)源 ....................................................................................3 高電源抑制比基準(zhǔn)源 ............................................................................3 低功耗基準(zhǔn)源 .....................................................................................4 本文主要工作和論文結(jié)構(gòu) .............................................................................4 2. 基準(zhǔn)源的理論分析 ..................................................................................6 基準(zhǔn)源的分類 .............................................................................................6 掩埋型齊納二極管基準(zhǔn)源 ....................................................................6 XFET 基準(zhǔn)源 ........................................................................................6 帶隙基準(zhǔn)源 ...................................................................................7 經(jīng)典帶隙基準(zhǔn)源的結(jié)構(gòu)和原理 .............................................................7 負(fù)溫度系數(shù)電壓的實(shí)現(xiàn) ........................................................................8 正溫度系數(shù)電壓的實(shí)現(xiàn) ......................................................................9 帶隙基準(zhǔn)電壓源基本結(jié)構(gòu) ..................................................................10 基準(zhǔn)源的幾個(gè)重要參數(shù) ...............................................................................11 溫漂系數(shù) ..............................................................................................12 電源抑制比 ..........................................................................................12 噪聲 ......................................................................................................12 功耗 ......................................................................................................12 靈敏度 ..................................................................................................13 精度 ..................................................................................................13 啟動(dòng)時(shí)間 ..............................................................................................13 負(fù)載調(diào)整率 ..................................................................................13 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 .......................................................................