【正文】 效應(yīng)造成的 高閾 值電壓是限制 工作電壓的主要因素。隨著手提設(shè)備對(duì)低電源需求的不斷增加，設(shè)計(jì)低 壓工作的電壓基準(zhǔn)源成為當(dāng)前基準(zhǔn)源研究的熱點(diǎn)。另外，基準(zhǔn)電壓源是電壓穩(wěn)壓器中的一個(gè)關(guān)鍵電 路 單元，它也是 DCDC 轉(zhuǎn)換器中不可缺少的組成部分 ； 在各種要求較高精確度的電壓表 、歐姆表、 電流表等儀器中都需要電壓基準(zhǔn)源 [l] 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 近年來，國內(nèi)外對(duì) CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)的電壓基準(zhǔn)源作了大量的研究，發(fā)表了大量的學(xué)術(shù)論文，其中的技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。模擬電路使用基準(zhǔn)源 ， 或者是為了得到與電源無關(guān)的偏置，或是為了得到與溫度無關(guān)的偏置，其性能好壞直接影響電路的性能穩(wěn)定，可見基準(zhǔn)源是子電路不可或缺的一部分，因此也可以說性能優(yōu)良的基準(zhǔn)源是一切電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)最基 本 和 最關(guān)鍵的要求之一。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 1. 緒 論 ................................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) .......................................... 1 課題研究的目的意義 ................................................ 2 本文的主要內(nèi)容 .................................................... 2 2. 基準(zhǔn)電壓源的原理與電路 ................................................ 3 基準(zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu) .................................................. 3 直接采用電阻和管分壓的基準(zhǔn)電壓源 ............................. 3 有源器件與電阻串聯(lián)組成的基準(zhǔn)電壓源 ........................... 4 帶隙基準(zhǔn)電壓源 ............................................... 6 帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理 .......................................... 6 與絕對(duì)溫度成正比的電壓 ....................................... 7 負(fù)溫度系數(shù)電壓 VBE............................................ 7 帶隙基準(zhǔn)源的幾種結(jié)構(gòu) .............................................. 8 VBE的溫度特性 .................................................... 11 帶隙基準(zhǔn)源的曲率校正方法 ......................................... 13 線性補(bǔ)償 .................................................... 13 高階補(bǔ)償 .................................................... 13 本章小結(jié) ............................................................. 17 3. 高精度 CMOS 帶隙基準(zhǔn)源的電路設(shè)計(jì)與仿真 ................................ 18 高精度 CMOS 帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)思路 ................................ 18 核心電路 ......................................................... 19 提高電源抑制比電路 ............................................... 20 負(fù)反饋回路 .................................................. 21 RC 濾波器 ................................................... 22 快速啟動(dòng)電路及快速啟動(dòng)電路的控制電路 ............................. 23 快速啟動(dòng)電路的控制電路 ...................................... 23 快速啟動(dòng)電路 ................................................ 24 CMOS 帶隙基準(zhǔn)電壓源的溫度補(bǔ)償原理 ................................ 24 高精度 CMOS 帶隙基準(zhǔn)電壓源的電路仿真 .............................. 27 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 仿真工具的介紹 .............................................. 27 核心電路的仿真結(jié)果 ......................................... 27 電源抑制比電路的仿真結(jié)果 ................................... 28 快速啟動(dòng)電路的仿真結(jié)果 ..................................... 28 整體電路的仿真結(jié)果 ......................................... 29 本章小結(jié) ............................................................. 30 結(jié) 論 ................................................................... 32 致 謝 ................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................................ 34 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1. 緒 論 基準(zhǔn)電壓源 (Reference Voltage)是指在模擬電路或混合信號(hào)電路中用作電壓基 準(zhǔn) 的具有相對(duì)較高精度和穩(wěn)定度的參考電壓源。 temperature coefficient。 模擬和仿真結(jié)果表明，電路實(shí)現(xiàn)了良好 的溫度特性和高電源抑制比， 0℃ ～ 100℃ 溫度范圍內(nèi)，基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)大約為 ℃ ，在 1Hz 到 10MHz 頻率范圍內(nèi)平均電源抑制比 (PSRR)可達(dá)到 80dB，啟動(dòng)時(shí)間為 700 s? 。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用曲率校正、內(nèi)部負(fù)反饋電路、RC 濾波器、快速啟動(dòng)電路 ，設(shè)計(jì)出了具有良好的溫度特性和高電源抑制比的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路。 然后詳細(xì)介紹了帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本結(jié)構(gòu)及基本原理 ，并對(duì)不同的 帶隙基準(zhǔn)源 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。本文的目的便是設(shè)計(jì)一種 高精度 的 CMOS 帶隙基準(zhǔn)電壓源。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 基準(zhǔn)電壓源是模擬電路設(shè) 計(jì)中廣泛采用的一個(gè)關(guān)鍵的基本模塊。所謂基準(zhǔn)電壓源就是能提供 高穩(wěn)定度基準(zhǔn)量的電源，這種基準(zhǔn)源與電源、工藝參數(shù)和溫度的關(guān)系很小，但是它的溫度穩(wěn)定性以及抗噪性能影響著整個(gè)電路系統(tǒng)的精度和性能。 本文首先介紹了基準(zhǔn)電壓源 的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。接著對(duì)如何提高帶隙基準(zhǔn)的電源抑制比以及帶隙基準(zhǔn)電壓源的溫度補(bǔ)償原理進(jìn)行了分析，還總結(jié)了目前提高帶隙基 準(zhǔn)電壓源溫度特性的各種方法。最后應(yīng)用 HSPICE 仿真工具對(duì)本文中設(shè)計(jì)的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路 進(jìn)行了完整模擬仿真并分析了結(jié)果。 關(guān)鍵詞 : 帶隙基準(zhǔn)電壓源 ； 溫度系數(shù) ； 電源抑制比 ； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Voltage reference is the vital basic module which is widely adopted in analog circuits. It can supply a voltage with high stability. The power supply, technics parameter rand temperature has lesser effete to this voltage. Its temperature stability and antinoise capability influence the precision and performance of the whole system. The purpose of this article is to design a high precision CMOS bandgap voltage reference. In this article, the present situation and developmental trend of voltage reference studies both at home and abroad are presented. The structure and principle of voltage reference are analyzed in detail, and then the different structures of bandgap voltage reference are pared. By analyzing the power supply rejection ratio (PSRR) and the principle of temperature pensation, the method of improving the temperature characteristic is summarized. The design of a bandgap voltage reference circuit with high power supply rejection ratio and good temperature characteristic is pleted by applying curvature emendation, inside negative feedback technology, RC filter and fast startup circuit. At last, the circuits have been simulated with HSPICE simulation tools. The simulation results show that， the circuit with good temperature characteristic and high power supply rejection ratio, and at the temperature range of 0℃ to 100℃ , the temperature coefficient(TC) is about ℃ . In the frequency range of 1Hz to 10MHz, the average power supply rejection ratio is more than 80dB and it has a turnon time less than 700 s? . Key Words: bandgap voltage reference。 power supply rejection ratio。它的溫度穩(wěn)定性以及抗噪性能影響著整 個(gè) 電路系統(tǒng)的精度和性能。 隨著電路 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步復(fù)雜化，對(duì)模擬電路基本模塊，如 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器 、濾波器以及鎖相環(huán)等電路提出了更高的精度和速度要求，這樣也就意味著系統(tǒng)對(duì)其中基準(zhǔn)電壓源模塊提出了更高的要求。 1)低電 壓工作的基準(zhǔn)電壓源 SOC(Signal Operation Control)的主流工藝是 CMOS 工藝 ,目前， 5V()、 ()、 ()、 ()、 ()、 ()等 電源電 壓已經(jīng)得到廣泛的使用。由 于傳統(tǒng)帶隙電壓基準(zhǔn)源的帶隙電 壓 為 左右，所以，對(duì)于電源電壓低于 的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)必須采用特殊的電路結(jié)構(gòu)，許多文獻(xiàn) [2]都提出了輸 出基準(zhǔn)電壓低于 的電路結(jié)構(gòu)。 2)低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源 低溫度系數(shù)的基準(zhǔn) 電壓 源對(duì)于要求精度高的應(yīng)用場合比較關(guān)鍵，比如說對(duì)于高精度的 A/D、 D/A 結(jié)構(gòu)，高精度的電流源、電壓源等。目前出現(xiàn)的高階補(bǔ)償技術(shù)包括 BEV 環(huán)路 曲率補(bǔ)償 法 ， β 非線性曲率補(bǔ)償 法 ， 基于電阻比值的溫度系數(shù)的曲線補(bǔ)償方法等。在混合電 路中，電壓基準(zhǔn)源應(yīng)該在較寬的 范圍內(nèi)具有良好的電源抑制比性能， 有些設(shè)計(jì)中 使用運(yùn)放結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn) 技術(shù) ，在直流頻率時(shí)的 PSRR(