【正文】 參考文獻[1]. Cheng, Z. W. Wu. Low power lowvoltage reference using peaking current mirror circuit. Electronics [2]:清華大學出版社，2001年1月[3] 陳貴燦，程軍，:西安交通大學出版社，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償、[13] 孟波，[14]孫偉鋒，陸生禮，:科學出版社，2008年1月[15]劉艷艷，、：人民郵電出版社，2008年5月。感謝曾經教育和幫助過我的所有老師。感謝所有曾經幫助過我的朋友們，他們給了我堅強和自信。其次，要感謝百忙之中抽空指導我的師姐張婭妮，她總是很耐心地回答我提出的各種問題，盡管有些在她看來是很簡單的，這讓我省去了許多無謂的摸索過程，直接學到了一些精髓所在。致 謝首先我要感謝我的導師吳蓉老師，她個人對于學術嚴謹的態(tài)度給了我很大的觸動，讓我能夠平靜下浮躁的心情認認真真完成整個電路的設計流程。本文通過對CMOS帶隙基準電壓源進行深入的研究，設計出了一種精度較高的帶隙基準源。本章小結本章結合目前各種高精度CMOS帶隙基準電壓源的性能指標和不同的電壓源結構，選擇了滿足要求的提高電源抑制比電路、快速啟動電路及其控制電路，通過對電路的分析計算確定了電路各部分的性能指標，并且實現(xiàn)了很好的溫度補償，最后通過對各部分電路以及整體電路的仿真，驗證了設計的合理性。2)溫度特性，帶隙基準電壓源的輸出電壓Vref隨溫度變化的曲線。 帶有快速啟動電路的啟動時間曲線圖 1）電源電壓穩(wěn)定性℃時，帶隙基準電壓源的輸出電壓Vref隨電源電壓變化的曲線。：由于采用了快速啟動電路，啟動時間大約為700；如果不采用快速啟動電路，在同樣的工作條件下，啟動時間將會延長到20ms。在1MHZ時，基準電壓的電源抑制比都在80dB以下。 核心電路的基準電壓隨輸入電壓的變化 電源抑制比電路的仿真結果℃，電源電壓為5V時，帶隙基準電壓源的電源抑制比特性，掃描范圍是1Hz到10MHz。 核心電路的仿真結果℃，電源電壓為5V時，核心電路的輸出基準電壓隨電源電壓的變化曲線。HSPICE是Meta軟件公司推出的工業(yè)級電路分析產品，它能提供電路在穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)及頻域狀態(tài)下所進行的模擬仿真，包括直流工作點和直流傳輸特性分析、交流小信號分析、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。國際上公認的模擬電路通用仿真工具是美國加利福尼亞大學伯克利(Berkeley)分校開發(fā)的通用電路模擬程序SPICE( Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)，目前享有盛譽的EDA公司的模擬電路仿真工具，都是以SPICE為基礎實現(xiàn)的。假設不隨溫度變化，并且只利用與（）式中的溫度一階項估算的零溫度系數時的溫度，那么（）式可以寫成： () ，/℃℃同理可以求出℃由此可知，快速啟動電路的控制電路在低溫時會有比較好的的溫度特性，它能對帶隙基準源核心電路的溫度特性在低溫時有很好的補償，經過補償后，至少在3℃～94℃溫度范圍內，帶隙基準源的溫度特性曲線會保持平滑。將()和()式對溫度求導，得 () ()由于，因此,即REF2的零溫度系數會比REF1的零溫度系數點低。當偏置電流變小，變大，反之，變大，變小。這樣設計的目的是要得到兩個溫度特性不一樣的帶隙基準電壓源，利用它們相互補償，因為電阻比值的大小直接影響到基準電壓源的零溫度系數和曲率。 不同的溫度特性曲線相互補償原理圖在具體電路中實現(xiàn)如下：是由、所構成的Bandgap1的輸出，是由、所構成的Bandgap2的輸出。和都只是經過一階補償所得的結果，曲率較陡。，當控制電路檢測到基準源的輸出未達到預定值時，輸出為高電平，柵電壓為高電平，導通，導致柵電壓降低，導通，開始對電容充電；當快速啟動電路的控制電路檢測到電容上的壓降達到預定值時，輸出為低電平，從而關斷快速啟動電路，切斷充電電流。同理，當時，反相器輸出高電平 ，開啟電路給電容充電。 快速啟動電路的控制電路、組成電流鏡，、 、和組成了比較器的核心電路，即兩管式的帶隙基準源電路，是與電源無關的偏置電流。如果采用一般的比較器來充當比較電路，這種電路的門限電壓將隨電源電壓、溫度等因素有很大的變化，而且在基準未建立起來時，電路中找不到用來充當門限的基準電壓，從而使快速啟動電路出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。如果電路處于不正常工作狀態(tài)，快速啟動電路的控制電路就會輸出低電平，開啟快速啟動電路給充電，一旦電路正常工作之后，控制電路就會關斷部分快速啟動電路。電路中，、構成啟動電路，、構成了快速啟動電路的控制電路[13]。 快速啟動電路及快速啟動電路的控制電路由于帶隙基準電壓源從三極管的基極輸出基準電壓，引入RC濾波器后，基極輸出電流很小，導致電容C的充電時間很長，電路的開啟時間增加，結果，達到它的穩(wěn)定值（）需要更多的時間。當工作在高頻時，基準電壓的噪聲主要是溫度噪聲，因為引入了一個在處的極點，頻率等于或大于的噪聲會被有效的濾去。對應于零點的頻率表示為： ()是帶隙基準的輸出阻抗。 基準電壓輸出端加RC濾波器由和引入一個在頻率處的繼電。如前面所提的， VREF升高。產生差分電流的工作原理如下[12]:對B點運用KCL， ()對于正偏置的三極管： ()QN7的發(fā)射極面積是QN6的N倍： ()假定：，VREF是平衡電壓，是VP和平衡電壓之間的差。具體的工作原理是這樣的：當兩管式的帶隙基準電壓源輸出電壓偏離平衡值VREF時，和兩條支路產生差分電流。另外在電路輸出端增加了一個RC濾波器，用來提高VREF在高頻時的電源抑制比[11]。并且當電源電壓有頻率較高的交流信號干擾時，放大器的輸出會與電源電壓有很明顯的相位差，導致VREF高頻時電源抑制比很低。 ()顯然式()第一項具有負溫漂，第二項具有正溫漂，它們之和存在著零溫漂的條件。但因QNQN7的發(fā)射極面積不同所以兩管的實際電流密度JN6和JN7也就不相等[10]。，QNQN7 兩管的發(fā)射極面積不等，QN7比QN6的大，其比值為8：1，它們的基極連在一起。在該電路中，快速啟動電路的控制電路是一個檢測基準源輸出端電壓是否達到穩(wěn)定值的判斷電路，同時還起到溫度補償的作用，在沒有增加電路復雜的情況下使基準源的輸出具有很好的溫度特性。這就要求帶隙基準電壓源不僅要求精度高，而且要求功耗小，本文針對這一問題對一種高精度的CMOS帶隙基準電壓源進行了詳細的分析和設計 高精度CMOS帶隙基準電壓源設計思路電源抑制和溫度獨立性是帶隙基準源的重要性能指標，高精度的帶隙基準源必須要在這兩個方面表現(xiàn)出很好的性能。 3. 高精度CMOS帶隙基準源的電路設計與仿真隨