畢業(yè)設(shè)計(jì)最終版高精度cmos帶隙基準(zhǔn)源的設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-08-07 14:45本頁(yè)面
【正文】 準(zhǔn)源的輸出具有溫度補(bǔ)償作用，本電路在沒(méi)有任何電路的情況下實(shí)現(xiàn)很好的溫度特性， 曲率補(bǔ)償原理電阻網(wǎng)絡(luò)中A，B兩點(diǎn)電壓分別是和，與分別是兩個(gè)溫度特性曲線不一樣的帶隙基準(zhǔn)源輸出。和都只是經(jīng)過(guò)一階補(bǔ)償所得的結(jié)果，曲率較陡。通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和（一般選取=），使電阻網(wǎng)絡(luò)中的C點(diǎn)處的電壓為[14]： ()由式()知，與相互補(bǔ)償，可見(jiàn)的溫度特性曲線在大溫度范圍內(nèi)保持平滑。 不同的溫度特性曲線相互補(bǔ)償原理圖在具體電路中實(shí)現(xiàn)如下：是由、、所構(gòu)成的Bandgap1的輸出，是由、、所構(gòu)成的Bandgap2的輸出。 () ()其中電阻比值并不相等。這樣設(shè)計(jì)的目的是要得到兩個(gè)溫度特性不一樣的帶隙基準(zhǔn)電壓源，利用它們相互補(bǔ)償，因?yàn)殡娮璞戎档拇笮≈苯佑绊懙交鶞?zhǔn)電壓源的零溫度系數(shù)和曲率。由前面的分析可知如表達(dá)式如下： 式所示對(duì)溫度求導(dǎo)： ()從式()可知，是隨偏置電流的變化而變化的。當(dāng)偏置電流變小，變大，反之，變大，變小。由于，REF1中的電流小于REF2中的電流，因此。將()和()式對(duì)溫度求導(dǎo)，得 () ()由于，，因此,即REF2的零溫度系數(shù)會(huì)比REF1的零溫度系數(shù)點(diǎn)低?，F(xiàn)在來(lái)估算的零點(diǎn)溫度系數(shù)。假設(shè)不隨溫度變化，并且只利用與（）式中的溫度一階項(xiàng)估算的零溫度系數(shù)時(shí)的溫度，那么（）式可以寫(xiě)成： () ，/℃℃同理可以求出℃由此可知，快速啟動(dòng)電路的控制電路在低溫時(shí)會(huì)有比較好的的溫度特性，它能對(duì)帶隙基準(zhǔn)源核心電路的溫度特性在低溫時(shí)有很好的補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，至少在3℃～94℃溫度范圍內(nèi)，帶隙基準(zhǔn)源的溫度特性曲線會(huì)保持平滑。 高精度CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的電路仿真模擬電路由于其在性能上的復(fù)雜性和電路結(jié)構(gòu)上的多樣性，對(duì)仿真工具的精度、可靠性、收斂性以及速度等都有相當(dāng)高的要求。國(guó)際上公認(rèn)的模擬電路通用仿真工具是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利(Berkeley)分校開(kāi)發(fā)的通用電路模擬程序SPICE( Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)，目前享有盛譽(yù)的EDA公司的模擬電路仿真工具，都是以SPICE為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。其中以美國(guó)原 Meta Software公司的HSPICE和Micro Sim公司的PSPICE最為流行。HSPICE是Meta軟件公司推出的工業(yè)級(jí)電路分析產(chǎn)品，它能提供電路在穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)及頻域狀態(tài)下所進(jìn)行的模擬仿真，包括直流工作點(diǎn)和直流傳輸特性分析、交流小信號(hào)分析、噪聲分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、靈敏度分析、溫度分析、最壞情況分析以及蒙特卡羅分析等等。采用HSPICE可從直流到大于100GHZ的微波范圍內(nèi)對(duì)電路作精確的模擬、分析[15]。 核心電路的仿真結(jié)果℃，電源電壓為5V時(shí)，核心電路的輸出基準(zhǔn)電壓隨電源電壓的變化曲線。：常溫下，核心電路的仿真曲線在3V以后變得平緩，～,但是這個(gè)精確度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的設(shè)計(jì)要求，所以還需要對(duì)電路作更進(jìn)一步的完善。 核心電路的基準(zhǔn)電壓隨輸入電壓的變化 電源抑制比電路的仿真結(jié)果℃，電源電壓為5V時(shí)，帶隙基準(zhǔn)電壓源的電源抑制比特性，掃描范圍是1Hz到10MHz。：常溫下，帶隙基準(zhǔn)電壓在整個(gè)工作帶寬內(nèi)都具有很高的電源抑制比，尤其是高頻區(qū)域有了很明顯的提高。在1MHZ時(shí)，基準(zhǔn)電壓的電源抑制比都在80dB以下。 基準(zhǔn)源的電源抑制比曲線 快速啟動(dòng)電路的仿真結(jié)果，其工作條件是電源電壓為5V，溫度為25℃。：由于采用了快速啟動(dòng)電路，啟動(dòng)時(shí)間大約為700；如果不采用快速啟動(dòng)電路，在同樣的工作條件下，啟動(dòng)時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)到20ms?？梢?jiàn)，加入啟動(dòng)電路后，帶隙基準(zhǔn)源能夠快速、平穩(wěn)的啟動(dòng)，完全符合設(shè)計(jì)要求。 帶有快速啟動(dòng)電路的啟動(dòng)時(shí)間曲線圖 1）電源電壓穩(wěn)定性℃時(shí)，帶隙基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓Vref隨電源電壓變化的曲線。，～，幾乎保持不變，因此基準(zhǔn)源具有良好的穩(wěn)定性。2)溫度特性，帶隙基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓Vref隨溫度變化的曲線?！妗?00℃的范圍內(nèi),，由公式（ppm/℃）℃，具有良好的溫度特性。本章小結(jié)本章結(jié)合目前各種高精度CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的性能指標(biāo)和不同的電壓源結(jié)構(gòu)，選擇了滿足要求的提高電源抑制比電路、快速啟動(dòng)電路及其控制電路，通過(guò)對(duì)電路的分析計(jì)算確定了電路各部分的性能指標(biāo)，并且實(shí)現(xiàn)了很好的溫度補(bǔ)償，最后通過(guò)對(duì)各部分電路以及整體電路的仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。結(jié) 論基準(zhǔn)電壓源廣泛應(yīng)用于各種集成電路中，其精度和穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，在生活中對(duì)基準(zhǔn)源的功耗、電源抑制比、工作電壓等方面都有較高的要求。本文通過(guò)對(duì)CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行深入的研究，設(shè)計(jì)出了一種精度較高的帶隙基準(zhǔn)源。由電路的仿真結(jié)果可將基準(zhǔn)源的性能概括如下:1）；2）～；3）輸入電壓為5V時(shí)，在0℃～100℃范圍內(nèi)，℃；4）基準(zhǔn)源有較高的電源抑制比，在1HZ到10MHZ范圍內(nèi)，平均電源抑制比（PSRR）已經(jīng)達(dá)到80dB；5）啟動(dòng)時(shí)間為700；以上結(jié)果表明，該帶隙基準(zhǔn)電壓源各項(xiàng)重要的性能指標(biāo)完全合乎要求，是一種高精度的CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源。致 謝首先我要感謝我的導(dǎo)師吳蓉老師，她個(gè)人對(duì)于學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度給了我很大的觸動(dòng)，讓我能夠平靜下浮躁的心情認(rèn)認(rèn)真真完成整個(gè)電路的設(shè)計(jì)流程。在完成論文的過(guò)程中，她給我提供了非常有用的參考資料，并在每個(gè)階段都提出值得我思考的建議，引導(dǎo)我使用更方便、正確的分析方法來(lái)解決問(wèn)題。其次，要感謝百忙之中抽空指導(dǎo)我的師姐張婭妮，她總是很耐心地回答我提出的各種問(wèn)題，盡管有些在她看來(lái)是很簡(jiǎn)單的，這讓我省去了許多無(wú)謂的摸索過(guò)程，直接學(xué)到了一些精髓所在。感謝孫彬彬同學(xué)、刁亞寧同學(xué)以及李超德同學(xué)在論文上給予我的幫助，正是有了他們的幫助我的論文才能順利完成。感謝所有曾經(jīng)幫助過(guò)我的朋友們，他們給了我堅(jiān)強(qiáng)和自信。最后，感謝蘭州交通大學(xué)對(duì)我四年的培養(yǎng)。感謝曾經(jīng)教育和幫助過(guò)我的所有老師。衷心感謝百忙之中抽出時(shí)間參加論文評(píng)閱和論文答辯的各位專家學(xué)者，感謝他們?yōu)閷忛啽疚乃冻龅男燎趧趧?dòng)作為一個(gè)電路設(shè)計(jì)的初學(xué)者，我只是完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的基本模塊的設(shè)計(jì)，還有許多值得探究和思考的方面，所以我還不能以一篇杰出的論文來(lái)感謝那些幫助過(guò)我的人，只能用我的態(tài)度與決心來(lái)表示對(duì)他們真誠(chéng)的謝意。參考文獻(xiàn)[1]. Cheng, Z. W. Wu. Low power lowvoltage reference using peaking current mirror circuit. Electronics [2]:清華大學(xué)出版社，2001年1月[3] 陳貴燦，程軍，:西安交通大學(xué)出版社，2002年8月[4]程軍，[5]孫順根，吳曉波，[6]史侃俊，許維勝，[7]曾健平，田濤，[8]周耀，[9]何樂(lè)年, ，2008年8月[10]劉韜，徐志偉，[11]::高等教育出版社，2006年3月[12]何捷，朱臻，王濤等一種具有溫度補(bǔ)償、[13] 孟波，[14]孫偉鋒，陸生禮，:科學(xué)出版社，2008年1月[15]劉艷艷，、：人民郵電出版社，2008年5月
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