低温度系数高电源抑制的基准源设计与应用

【摘要】： 基准源作为电压输出电路,其主要作用是给集成电路提供电压基准与偏置;降低集成电路的温漂效应;提高电路的电源电压抑制性能等。随着电路精度的提高,对于基准源的要求也日益提高。为了能达到现代系统的要求,本文设计了低温度系数,高电源电压抑制的基准源。在此基础上,讨论了基准源的三种应用电路,并给出了电路的设计。 为了达到较低的温度系数和较大的电源电压抑制比,本文首先基于普遍使用的经典带隙基准源结构,详细分析了电路的各个指标原理,得出了电路的各个指标与电路结构,以及器件参数的关系表达式,为电路设计提供了基础。同时,为了抑制电路中非理想因素对电路的影响,分析了这些因素对电路的作用,并提出了抑制非理想因素的器件设计与电路参数设计方案。 在对电路详细分析的基础上,基于经典带隙基准源结构,本文随后设计了低温度系数,高电源电压抑制的基准源。为了得到低温度系数,对于双极型晶体管的发射结电压的非线性温度项进行了曲率补偿,消除了改非线性项对于电路性能的影响,使得基准源温度系数降低至0.68ppm/℃。通过预电压调整器,在电路面积增加较少的情况下将电路的电源电压抑制比提高了60dB,达到130dB。同时,通过偏置自举的运算放大器的设计,减小了运放输入失调对于电路的影响。为了抑制电路的噪声以及电源的高频噪声的影响,在基准源输出端接入一个较大的旁路电容,使得电路的输出噪声RMS值减至10μVRMS。 本文还设计了三个基准源的应用电路:低压降电压调整器,温度传感器以及输出缓冲器。在电源调整器中,使用缓冲级降低了调整器的输出瞬时过冲,使其低于40mV。温度传感器中应用了反向的Wilder电流镜,其线性度提高到0.47‰FS。在输出缓冲器中应用了多级电路结构,有效提高了跨导,使其达到应用要求。 本文电路基于BiCMOS工艺,通过流片测试得到了电路的实际性能接近于设计指标,同时反映了一些设计版图时存在的问题,并提出了改进方案。