基于VBE线性化与分段补偿技术的带隙基准电压源

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带隙基准电压源PPT课件

∑
VREF a1VBE a2VT
VREF T

a1
VBE T
a2
VT T
0
利用上面的正、负温度系数电压，我们可以设计出一个令人满意的零温度系数带隙基准电压源：
因此令 a1 1
VREF VBE a2 (VT ln n)
原理
室温附近：
VBE / T 1.5mV / K VBE k ln n 0.087 ln n(mV / K )
而目前产业界用得最多的电压基准源就是带隙基准电压源，几乎在绝大多数的芯片都能看到带隙基准电压源的身影！在模拟集成电路设计的三大教材中也专门对此进行了讲解说明：
原理
半导体工艺中具有正温度系数和负温度系数的两种电压： • 负温度系数的PN结电压VBE • 正温系数的热电压VT
为了产生零温度系数电压基准信号可将负温度系数的PN结电压 VBE和正温度系数的热电压VT进行组合即可实现，这样就会得到零温度系数（ZTC：Zero Temperature Coefficient）带隙电压基准源。
17.2 -17.1455
100 % 0.32%
误差很小，说明实验效果很好。 17.2
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廖方云 4031431807
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2019/7/26
那么我们首先来回顾一下上面提到的两种随温度变化的电压：
• PN结结电压 • 热电压
原理
将与绝对温度呈正比例变化的电压VT 和与绝对温度呈反比例变化的电压VBE进行线性组合从而产生带隙电压基准源。
与绝对温度呈反比电压
VBE VCTAT
a1
与绝对温度呈正比电压
VT VPTAT

《带隙基准电压源》课件

带隙基准电压源的发展趋势与展望
技术创新方向探讨
提高精度和稳定性：通过改进电路设计和材料选择，提高基准电压源的精度和稳定性。
降低功耗：通过优化电路设计和采用低功耗器件，降低基准电压源的功耗。
集成化：将基准电压源与其他电路模块集成，提高系统的集成度和可靠性。
智能化：通过引入智能控制算法，提高基准电压源的自适应能力和抗干扰能力。
测试设备：包括电压源、电流源、示波器、万用表等
测试步骤：按照测试标准进行，包括设置参数、测量数据、分析结果等
评估标准及流程详解
评估标准：精度、稳定性、温度特性、电源抑制比等
评估流程：测试准备、测试实施、数据分析、结果评估等
测试准备：选择合适的测试设备、设置测试条件等
感谢您的观看
汇报人：PPT
案例一：用于ADC/DAC转换器的基准电压源设计
应用背景：ADC/DAC转换器需要稳定的基准电压源设计要求：高精度、低噪声、低功耗带隙基准电压源的优势：温度稳定性好、精度高、功耗低设计方法：选择合适的带隙基准电压源芯片，进行电路设计和调试应用效果：提高了ADC/DAC转换器的性能和稳定性
案例二：用于PLL锁相环的基准电压源设计
设计过程中需要注意电压源的稳定性和精度优化建议：采用高精度的电阻和电容，提高电压源的稳定性注意电源噪声对电压源的影响，采用滤波器进行抑制优化建议：采用低噪声的电源，提高电压源的精度注意温度对电压源的影响，采用温度补偿技术进行校正优化建议：采用高精度的温度传感器，提高温度补偿的精度
带隙基准电压源的应用案例分析
功耗：带隙基准电压源的功耗较低，适合在低功耗系统中使用

带隙基准电压源设计解析

0 引言基准电压是集成电路设计中的一个重要部分，特别是在高精度电压比较器、数据采集系统以及A／D和 D／A转换器等中，基准电压随温度和电源电压波动而产生的变化将直接影响到整个系统的性能。

因此，在高精度的应用场合，拥有一个具有低温度系数、高电源电压抑制的基准电压是整个系统设计的前提。

传统带隙基准由于仅对晶体管基一射极电压进行一阶的温度补偿，忽略了曲率系数的影响，产生的基准电压和温度仍然有较大的相干性，所以输出电压温度特性一般在20 ppm／℃以上，无法满足高精度的需要。

基于以上的要求，在此设计一种适合高精度应用场合的基准电压源。

在传统带隙基准的基础上利用工作在亚阈值区MOS管电流的指数特性，提出一种新型二阶曲率补偿方法。

同时，为了尽可能减少电源电压波动对基准电压的影响，在设计中除了对带隙电路的镜相电流源采用cascode结构外还增加了高增益反馈回路。

在此，对电路原理进行了详细的阐述，并针对版图设计中应该的注意问题进行了说明，最后给出了后仿真结果。

l 电路设计1．1 传统带隙基准分析通常带隙基准电压是通过PTAT电压和CTAT电压相加来获得的。

由于双极型晶体管的基一射极电压Vbe呈负温度系数，而偏置在相同电流下不同面积的双极型晶体管的基一射极电压之差呈正温度系数，在两者温度系数相同的情况下将二者相加就得到一个与温度无关的基准电压。

传统带隙电路结构如图1所示，其中Q2的发射极面积为Q1和Q3的m倍，流过Q1～Q3的电流相等，运算放大器工作在反馈状态，以A，B两点为输入，驱动Q1和Q2的电流源，使A，B两点稳定在近似相等的电压上。

假设流过Q1的电流为J，有：由于式(5)中的第一项具有负温度系数，第二项具有正温度系数，通过调整m值使两项具有大小相同而方向相反的温度系数，从而得到一个与温度无关的电压。

理想情况下，输出电压与电源无关。

然而，标准工艺下晶体管基一射极电压Vbe随温度的变化并非是纯线性的，而且由于器件的非理想性，输出电压也会受到电源电压波动的影响。

《带隙基准电压源》课件

设计带隙基准电压源的反馈环路，以实现输出电压的稳定和调节。
4. 优化电路参数
根据仿真结果和实际测试数据，对电路参数进行优化，以提高带隙基准电压源的性能。
电路设计的优化方法
温度补偿
通过引入温度补偿元件或采用温度补偿技术，减小温度对带隙基准电压源输出电压的影响
。
噪声抑制
采用低噪声元件、优化布线方式和滤波技术等手段，减小带隙基准电压源输出电压中的噪声成分。
温漂
02
带隙基准电压源的温漂是指其在一定温度范围内的输出电压变
化量，温漂越小，性能越好。
热稳定性
03
带隙基准电压源在高温下的稳定性，良好的热稳定性可以保证
其在高温环境下正常工作。
04
带隙基准电压源的实现方式
模拟实现方式
01
02
03
运算放大器
使用运算放大器来调整和稳定带隙基准电压，以实现高精度和低噪声的输出。
电阻和电容
通过精密电阻和电容来构建带隙基准电压源，以实现温度补偿和稳定性。
差分放大器
使用差分放大器来提高带隙基准电压的精度和线性度，以减小温度和电源电压变化的影响。
数字实现方式
查找表
使用查找表来存储不同温度下的带隙基准电压值，通过查表方式实现温度补偿。
数字滤波器
使用数字滤波器来处理带隙基准电压的输出，以提高其稳定性和精度。
数字控制环路
使用数字控制环路来调整带隙基准电压的输出，以实现高精度和低噪声的性能。
混合实现方式
模拟与数字相结合
将模拟和数字技术相结合，以实现高性能的带隙基准电压源。例如，可以使用模拟电路来实现温度补偿和稳定性，同时使用数字电路来实现高精度和低噪声的性能。

基于数字修调技术带隙基准电压源的设计

基于数字修调技术带隙基准电压源的设计付英;刘斌【摘要】In different process corners of the same process, output voltage of bandgap reference will have a large change.In order to reduce the affect induced by the process corners change, digital trimming technology is introduced, which trims the resistance that influences the output voltage of bandgap reference to ensure that the voltage reference of different process corners can be adjusted to the ideal value by trimming.Simulation result based on HHNEC 0.35μm BCD process indicate s that the temperature coefficient of the trimmed bandgap refer-ence is 6 ppm/℃in various technique corners, ranging from -40 ℃to 85 ℃.%带隙基准电压源在同一工艺的不同工艺角下，基准源的输出电压会有很大的变化．为了减少工艺角变化的影响，引入数字修调技术，对影响带隙输出基准电压的电阻阻值进行修调，以保证不同工艺角下的电压基准值可以通过修调调回理想值．基于华虹NEC 0．35μm BCD工艺的仿真结果表明，修调后的带隙基准源在－40℃～85℃范围内，各工艺角下基准电压的温度系数均小于6 ppm／℃．【期刊名称】《渤海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P325-329,384)【关键词】带隙基准;工艺角;数字修调;温度系数【作者】付英;刘斌【作者单位】武夷学院机电工程学院，福建武夷山 354300;沈阳工业大学信息学院，辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TN4330 引言在模拟集成电路和混合集成电路的设计中，基准源是十分常见同时又是非常重要的基本组成模块〔1-2〕. 通常用带隙的结构来构成基准电压源，因为其具有低温度系数、高精度、低噪声等优点〔3〕，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D, D/A)、集成传感器、放大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运放. 通过设计发现，带隙基准电压源的具体性能指标与其所选择的实现工艺是密不可分的. 由于工艺偏差，即使在同一晶圆上的芯片，在不同位置的器件属性会有所不同，会有FF、SS、TT、FS、SF的情形，表现出来的特性除了阈值电压不一样以外，还有其他一些参数会有所不同，在设计阶段使其在各种工艺角下都能正常工作，这样才能使最后的芯片可靠. 所以同一种带隙基准源的电路结构未必在每种工艺下都能达到很好的性能指标. 本文设计的这种带隙基准电压源基于数字修调技术，具有应用的普遍性，在不同的工艺中，通过修调分别可以达到期望的性能指标. 基于华虹NEC 0.35 BCD工艺，通过仿真，得出其温度系数在6 ppm/℃之内.1 2.5V带隙基准电压源的电路结构典型的带隙基准源是利用二极管的正向电压具有负温度系数，热电压具有正温度系数，二者相叠加理论上可得零温度系数的原理来设计的电路〔4〕. 图1所示电路是在典型Brokaw电路结构的基础上设计的2.5 V带隙基准电压源的电路结构.图1中，在认为流入放大器A的两端电流相等并忽略晶体管基极电流的情况下，可以认为流过NPN晶体管Q1和Q2集电极的电流相等，则有VB=Vbe1+IR3+2IR4(1)图1 2.5 V带隙基准电路原理图又IR3=VR3是一个PTAT电压，其表达式为：(2)(3)(4)最后有(5)式(5)中的总括号内，Vbe1可以视为二极管的正向电压，具有负温度系数，右半部分具有正温度系数，调整R4与R3的比例使VB=1.25 V左右，同时让正负温度系数抵消即可得到与温度无关的基准电压，若R5=R6，则VREF=2.5 V. 从公式看，VREF的大小与电阻R3和R4、R5和R6的比例有关，且基准电压似乎只与电阻的比例有关，但实际情况并非如此. 推导过程中的假设只是近似成立，在不同的工艺角下，晶体管的直流放大倍数β值变化很大，基极电流变化也很大，导致“零温度系数点”在较大范围移动，最后的VREF值也有很大的变化.基于HHNEC工艺，通过对该电路仿真得，在-40 ℃～85 ℃的温度范围内，其电压基准的变化范围是2.48 V～2.52 V，通过计算得知温度系数为128 ppm/℃.2 带有数字修调的带隙基准电压源的设计图1所示的电路结构的带隙基准电压源最终的温度系数为128 ppm/℃，为了降低其温度系数，引入数字修调技术来调节图1中电阻R4和R6的阻值，从而改变R3与R4，R5与R6的比例，进而调节VREF的大小. 之所以选择R4和R6是因为这两个电阻的一个公共端接地电位，有利于数字电位器的加入. 数字修调方法的最大优点就是在各个工艺角下都可以进行调节，从而得到想要的基准电压，普遍性强，适用于各种工艺.2.1 数字电位器的设计数字电位器的设计是数字修调的基础，只有设计出合理的电阻或电容修调网络，才可以使得修调能够顺利并且最简地进行下去〔5〕. 本文设计的是带隙基准电压源，所以下面以数字电位器为例给出一种设计方法. 可以根据需要修调电阻的大小，给出控制开关的个数，如图2所示，共用到3个开关，可以控制的电阻范围是7KΩ～14 KΩ，分辨率是1 KΩ，如果用4个开关的话，则可以控制的电阻范围变为是15 KΩ～30 KΩ，分辨率仍为1 KΩ.图2 7 KΩ～14 KΩ粗调数字电位器在粗调电位器的基础上，设计一个电阻总阻值为1 KΩ，分辨率为125 Ω的细调电位器，如图3所示，共用到8个数字开关，此开关用NMOS管来设计.图3 细调数字电位器在图1的基础上，加入数字电位器后如图4所示，将图1中的R4和R6的阻值，通过数字电位器来进行调节，以满足各个工艺角下的带隙基准输出要求.图4 增加数字修调的带隙基准电路原理图图4中所示的数字电位器是由图2的粗调电位器和图3的细调电位器组成的，共用到11个开关. 为了节省开关，在细调电位器部分设计了一个3～8译码器，将细调部分的8个开关转换为译码器的3个输入信号，所以最终一共用到了6个数字开关.具体的电路设计如图5所示.图5 数字电位器原理图2.2 带隙基准电压源的具体电路实现本文设计的带隙基准电压源的具体实现如图6所示，主要由偏置电路，带隙基准产生电路和数字修调电位器组成. 偏置电路里面包含有启动电路和为带隙基准提供的偏置电路.图6 带数字修调的带隙基准电压源电路3 仿真结果基于华虹NEC0.35 μm BCD工艺模型对图6电路进行仿真，得到各个工艺角下带隙基准电压源的温度扫描曲线如图7所示，可以看出经过数字修调后的基准电压的温度特性得到明显改善，最后带隙基准的输出电压能够达到的温度系数为6 ppm/℃.图7 2.5V带隙基准的仿真结果4 结论本文基于Brokaw带隙结构和数字修调技术的基本原理，设计了一种能够产生2.5 V的带隙基准电压源，此电压源的工艺条件宽，在不同的工艺中通过调节修调开关的组合，进而调节带隙基准的值. 通过仿真得出，所设计的带隙基准电压源的温度系数在各个工艺角下达到了6 ppm/℃，具体仿真数据如表1所示. 本文设计的带隙基准电压源具有温度系数低，工艺条件宽等特点，可以为系统提供稳恒的电压基准源.表1 带隙基准的仿真结果除电阻外工艺角电阻工艺角2.5 V基准(MIN)2.5 V基准(MAX)2.5 V带隙温度系数(ppm/℃)TTTT2.50232.50384.80MAX2.50222.50385.12MIN2.50212.50313.2 0FFTT2.50222.50385.12MAX2.50202.50375.44MIN2.50252.50384.16SSTT2.50212.50292.56MAX2.50222.50364.48MIN2.50212.50333.84【相关文献】〔1〕周家萍. 高精度集成电压基准源研究〔D〕. 贵阳：贵州大学, 2010.〔2〕盂波，邹雪城，孟超. 一种高性能CMOS基准电压源电路设计〔J〕. 微电子学与计算机，2003，(8)：161-162.〔3〕闫志光. 低压低温度系数高电源抑制比的带隙基准源的设计〔D〕. 沈阳：辽宁大学, 2012. 〔4〕李新，洪婷，高加亭. 高精度低温度系数带隙基准电压源的设计〔J〕. 微处理机, 2009, 10(5)：13-15.〔5〕XIN Xiao-ning, LUO Bing-yin. High precision low temperature coefficient current reference with resistor compensation〔C〕. ICNIA&ICCASM, Xia Men, 2011.。

带隙基准源温度补偿综述

带隙基准源温度补偿综述摘要：本文介绍带隙基准源电路的发展脉络及技术背景，详细阐述了带隙基准源温度补偿的各种方式。

本文详细介绍了二阶温度补偿和分段温度补偿的研究现状。

并基于以上讨论对基准源温度补偿电路的未来发展前景做出展望。

关键词：带隙基准源温度补偿线性化1.引言：作为集成电路的一个重要组成模块，带隙基准源为集成电路提供高精度、高稳定度的基准电压或偏置电流，直接影响着整个芯片系统的性能，带隙基准源由于其低温度系数、低温度电压以及与工艺兼容等优点，已经成为D/C转换器、A/D转换器等诸多模拟电路、数字电路和数模混合电路中不可缺少的功能模块，根据带隙基准原理，带隙基准电路需要温度补偿技术电路才能实现高精度的特点，现有的带隙基准电源的温度补偿技术的主要技术分支包括二阶温度补偿、指数型温度补偿、分段线性温度补偿、CMOS亚阈值区域温度补偿、线性化温度补偿和利用不同材料电阻温度特性的温度补偿等。

2.温度补偿技术2.1二阶温度补偿技术传统的带隙基准电压源是利用三极管的负温特性和的正温特性产生的，其具体表达式可以写成：，但传统方法的一阶温度补偿并不能完全去除的高阶温度系数带来的误差，公式中电压为与绝对温度成正比，是三极管的基极−发射极电压，可以完全补偿掉中的一阶负温特性，由可得到一个与温度无关的电压。

然而在实际应用中，由于三极管基极-发射极电压的非线性，传统的一阶温度补偿无法消除的高阶温度系数带来的影响，因此，需对高阶项进行高阶温度补偿。

通常对进行高阶温度补偿有两种思路，一种思路是将项进行泰勒展开，通过设计电路结构将其高阶项抵消,从而实现高阶温度补偿,另一种思路是设计出可以直接抵消项的电路，从而达到高阶温度补偿的目的。

图 1二阶补偿基准电路如图所示为一种简单的二阶曲率补偿的核心电路。

该电路的特点是器件少，占用面积小，在传统带隙电压基准的基础上，增加了一个在高温区会导通的等效电阻。

其中M4、M5、R3组成了补偿电路.在补偿电路中M5管被偏置在亚阈区，随着温度升高，流过R3的电流会随着T增大。

基于一阶温度补偿技术的CMOS带隙基准电压源电路-图文

基于一阶温度补偿技术的CMOS带隙基准电压源电路-图文为满足深亚微米级集成电路对低温漂、低功耗电源电压的需求，本文提出了一种在0.25mN阱CMOS工艺下，采用一阶温度补偿技术设计的CMOS带隙基准电压源电路。

电路核心部分由双极晶体管构成，实现了VBE和VT的线性叠加，获得近似零温度系数的输出电压。

T—SPICE软件仿真表明，在 3.3V电源电压下，当温度在-20～70℃之间变化时，该电路输出电压的温度系数为10某10-6／℃，输出电压的标准偏差为1mV，室温时电路的功耗为5.2831mW，属于低温漂、低功耗的基准电压源。

近年来，集成电路的快速发展，基准电压源在模拟集成电路、数模混合电路以及系统集成芯片(SOC)中都有着非常广泛的应用，对高新模拟电子技术的应用和发展也起着至关重要的作用，其精度和稳定性会直接影响整个系统的性能。

因此，设计一个好的基准源具有十分现实的意义。

1带隙基准电路的基本原理带隙基准电压源的目的是产生一个对温度变化保持恒定的量，由于双极型晶体管的基极电压VBE，其温度系数在室温(300K)时大约为-2.2mV／K，而2个具有不同电流密度的双极型晶体管的基极-发射极电压差VT，在室温时的温度系数为+0.086mV／K，由于VT与VBE的电压温度系数相反，将其乘以合适的系数后，再与前者进行加权，从而在一定范围内抵消VBE的温度漂移特性，得到近似零温度漂移的输出电压VREF，这是带隙电压源的基本设计思想。

1．1带隙基准电压源核心电路本文提出的电路核心结构如图1所示，在电路中双极晶体管构成了电路的核心，实现了VBE与VT的线性叠加，获得近似为零温度系数的输出电压。

图1中双极型晶体管Q1和Q2的发射区面积相同，Q3和Q4的发射区面积相同，考虑设计需求，取Q1和Q2的发射区面积为Q3和Q4的发射区面积的8倍。

假设双极晶体管基极电流为零，运放的增益足够大，则a点和b点的电压相等，即：在实际电路中，经过计算可知当取R3／R1=2.3066时，可以得到室温下的近似零温度系数的输出参考电压。

带隙基准电压源(Bandgap)设计范例

五. 输出输入信号线时序图
VIN 、ENB、 BIAS_EN 、BIAS2_EN 为输入信号，VREF 、 BIAS 、BIAS2 为输出信号。
图 1.3
BANDGAP 模块输入输出时序关系图
六. 等效架构图原理分析
BANDGAP 模块是一个带隙基准结构。带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无关的特性，利用△VBE 的正温度系数与双极型晶体管 VBE 的负温度系数相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。双极型晶体管提供发射极偏压 VBE；由两个晶体管之间的△VBE 产生 VT ，通过电阻网络将 VT 放大 a 倍；最后将两个电压相加，即 VREF=VBE+aVT ，适当选择放大倍数 a ，使两个电压的温度漂移相互抵消，从而可以得到在某一温度下为零温度系数的电压基准。下面详细推导这个原理。一般二极管上电流和电压的关系为：
Q12 和 Q19 的电流相等；R19、R20、R21 和二极管连接的 Q11 组成分压网络，将 Q12、Q19 产生的 ? VBE 放大（R19＋R20＋R21）/R21 倍后与 VBE11 相加，产生基准电压 VREF ；放大管 QX7 、Q18 和负载管 Q10 组成符合放大电路，将 IC19 和 IC12 的差值放大，反馈到分压网路中的 R21，从而调整 Q12、Q19 的工作点，保证 IC19 等于 IC12 ；电容 C2 和 R23 用来进行频率补偿。电流偏置 IBias2 产生电路（图 2(c)）：由 P39、Q3、R8 组成。Q3 的基极连接 VREF ，其射极电位即 R8 的一端电位 VEQ3＝VREF －VBEQ3，与电源电压无关，从而流过电阻 R8 的电流与电源无关，即 IBias2 与电源无关。 1．使能原理： ENB 高电平时，使能关断有效。当 ENB 为高电平时，使能管 N15、N18、 N17 工作，则 N19 的漏极电压、P8 的漏极电压、VREF 被拉到低电平，电路关断。 BIAS_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS2_EN 低电平时，使能管 P13 工作，P7、P1 的栅极即 Bias 为高电平，电流偏置为 0，同时，基准电压 VREF 为零电平。 BIAS2_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS_EN 低电平时，使能管 P34 工作，Bias2 为高电平，电流偏置 IBias2 为 0。 2．启动原理 P14、R15、N19、N16 组成启动电路。启动过程：ENB 为低电平，当未启动时，P7、P8 两支路的电流为 0，此时 P8 的漏极电压为 0 电位，N19 不通，N19 的漏极为高电位，此时 N16 管导通，形成从电源到地的通路 R12、P7、N16，使 P7 有电流流过，从而打破 0 电流的状态；之后 P8 漏极电位上升， N19 导通， N16 截止，启动过程结束。

一种曲率补偿的带隙基准电压源设计

一种曲率补偿的带隙基准电压源设计蒋祥倩;杜西亮;毕克娜;邹丰谦【摘要】采用高阶补偿方法,设计了一款超低温漂的带隙电压基准,输出电压为1.2 V.该带隙基准源在传统带隙基准电压源电路的基础上,通过四输入运算放大器完成VBE和△VBE的加权相加,在运放的输出端产生和温度无关的基准电压.基于CSMC 公司0.5 μm CMOS工艺,设计了电路版图,版图面积为331.795 μm×213.1 μm,在-40～100℃的温度范围内进行仿真,温度系数可达1.415×10-6℃,输出电压导数的摆幅swing为18.04 μV/℃.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2018(018)011【总页数】5页(P25-29)【关键词】带隙基准;曲率补偿;温度系数;高阶补偿【作者】蒋祥倩;杜西亮;毕克娜;邹丰谦【作者单位】黑龙江大学电子工程学院,哈尔滨150000;黑龙江大学电子工程学院,哈尔滨150000;黑龙江大学电子工程学院,哈尔滨150000;黑龙江大学电子工程学院,哈尔滨150000【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言带隙基准电压源是模拟集成电路设计中一个非常重要的模块，由于它能够产生一个不依赖于电源电压和温度变化的直流电压，因此被广泛应用于ADC、DAC和LDO电路中[1]。

温度系数和电源电压抑制比是带隙基准电压源两大至关重要的参数，一个高性能的带隙基准电压源应当具有低温度系数（TC）和高电源电压抑制比（PSRR）[2]。

文献[3]利用增加一条由三极管和电阻组成的负反馈支路，直接对输出电压中随温度变化的高阶项进行补偿，在-55～125℃范围内，获得了1.65×10-6/℃的温度系数。

文献[4]利用曲率补偿方法在一个较大的温度范围内消除高阶温度系数的影响，在-40～125℃的温度范围内，获得了4.1×10-6/℃的温度系数。

文献[5]设计了一种无运算放大器的带隙基准电路，电路采用0.5μm BCD 工艺进行仿真，在-40～150℃的温度范围内，温度系数为8.07×10-6/℃。

一种高精度曲率补偿带隙基准电压电路

一种高精度曲率补偿带隙基准电压电路方海莹;吕坚;于军胜;蒋亚东【摘要】设计一种采用电流模式和Buck's电压转移单元VBE进行高阶补偿的带隙基准电压源.电路采用CSMC0.5μm DPTM CMOS工艺制造.温度在-40～125℃之间变化时.基准电压源的温度系数为3.15 ppm/℃,在3.5～5.0 V之间的电压调整率为0.35 mV/V.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)006【总页数】4页(P1-3,7)【关键词】带隙基准源;高阶曲率补偿;电流模式;低温漂【作者】方海莹;吕坚;于军胜;蒋亚东【作者单位】电子科技大学,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川,成都,610054;电子科技大学,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川,成都,610054;电子科技大学,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川,成都,610054;电子科技大学,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】TN4320 引言集成电路的飞速发展，使得电压基准得到广泛应用。

带隙基准电压源以其良好的温度稳定性和电源抑制特性而被广泛应用于模/数转换器，数/模转换器、开关电源以及存储器等数/模混合信号集成电路之中，其性能好坏直接影响到整个电路的输出精度。

随着数据转换精度的不断提高，传统带隙基准源的精度已很难满足电路设计的需要。

近年来，国内外已相继报道了多种曲率补偿的方法以减小温度漂移，包括二阶温度补偿、指数温度补偿、分段线性补偿、利用不同材料的电阻相反的温度特性进行补偿以及其他各种补偿方法[1-7]。

但是文献[1-5]中电路的结构复杂，占用芯片面积很大；文献[6]中的电路受工艺限制较大，在相同工艺下，很难通过改进电路结构提高电路的性能；文献[7]中采用的是BiCMOS工艺，成本较高。

在此设计一种基于电流模式和Buck′s电压转移单元进行高阶温度补偿的基准电压源电路，该基准具有很高的温度稳定性和电源抑制比。

带隙电压基准的设计_毕业设计

Keywords:MOS device; bandgap voltage reference; extraction; output voltage temperature coefficient;
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基准电压源(Reference Voltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定，可见基准源是子电路不可或缺的一部分，因此也可以说性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一。
1.1
1
N型MOS（NMOS）器件制作在p型衬底上（衬底也称作bulk或者body），两个重掺杂n区形成源端和漏端，重掺杂的（导电的）多晶硅区（通常简称poly）作为栅，一层二氧化硅使栅与衬底隔离。器件的有效作用就发生在栅氧下的衬底区。注意，这种结构中的源和漏是对称的。
源漏方向的栅的尺寸叫栅长L，与之垂直方向的栅的尺寸叫做栅宽W。由于在制造过程中，源/漏结的横向扩散，源漏之间实际的距离略小于L。定义，式中称为有效沟道长度，是沟道总长度，而是横向扩散的长度。与氧化层厚度对MOS电路的性能起着非常重要的作用。因此，MOS技术发展中的主要推动力就是不是器件的其他器件参数退化而一代一代的减少这两个尺寸。从简单的角度来看，PMOS器件可通过将所有掺杂类型取反来实现，在实际中，NMOS和PMOS器件必须在同一晶片上，也就是说做在相同的衬底上。NMOS和PMOS晶体管的区别在于每个PFETs可以出于各自独立的n阱中，而所有NFETs则共享同一衬底。
（1.2）
其中为过驱动电压，称W/L为宽长比,以上两等式是CMOS模拟电路设计的基础，它描述了与工艺常数，器件的尺寸W和L以及栅和漏相对于源的电位之间的关系。

带隙基准源原理简介

带隙基准源原理简介1.1基准电压源的几项主要性能指标产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压。

因此，基准的设计就是要解决以下两个问题：与电源无关的偏置和温度关系的确定。

利用正温度系数电压和负温度系数电压，我们可以可以设计出一个令人满意的零温度系数的基准，这就是带隙基准电压源。

下面我们来介绍基准电压源的几项主要性能指标。

1.1.1温度系数温度系数(Temperature Coefficient,单位ppm/oC)是基准电压源在整个扫描的工作温度范围内，输出电压的最大值和最小值的差值，相对于正常输出电压的变化。

温度系数表征基准电压源电路受温度变化影响的大小，性能优异的基准源电路设计具有非常小的温度系数。

温度的变化而引起输出电压的变化，其单位表示为ppm/oC，计算公式如下所示：（2-1）1.1.2电源抑制比电源抑制比(PSRR：Power supply Rejeetion Ratio，单位：分贝或dB)在小信号情况下，基准电压源的输出变化量与电源电压的变化量之比。

基准电压源电路的输出电压,既要受到环境温度的影响，而且还要受到电源电压噪声的影响。

所以性能优良的基准电压源电路，能够很好的抑制电源电压对于电路的影响。

1.1.3线性调整率在直流状态下，电源电压的波动对于基准源的影响程度。

其公式为：（2-2）1.1.4建立时间从电源上电到基准源输出达到正常输出电压的那段时间。

1.2传统带隙基准源的基本原理和结构1.1.1 概述基准源在集成电路设计中是极其重要的基本单元电路，然后在不同的应用电路中经常需要设计不同的基准源。

比如传统的带隙基准源电路，具有较低的温度系数、较低的电源电压以及可以与标准CMOS工艺兼容等等特点,成为一种广泛使用的典型基准源电路模块。

设计基准电路的目的是为了建立一个与电源和工艺都无关，而且具有确定温度特性的电流或电压。

由于许多工艺参数要随温度的改变而改变，所以如果所设计的基准源与温度没有关系的话，那么它与工艺也是没有关系的。

带隙基准电压源(Bandgap)设计范例

NO.1 Bandgap 模块一. 原理图
图 1.1
Bandgap 模块线路图
二. 等效架构图
(a)
(b)
(c) 图 1.2 Bandgap 模块等效原理图
三. 电路功能描述
正常工作时，Bandgap 模块为系统提供稳定、高精度的 1.28v 的基准电压，并为其它电路模块提供稳定的偏置电流。
四. 输出、输入信号线功能描述
I = I S (e qVB E / kT − 1)
（1.1）当 VBE >> kT / q 时， I ≈ I S e q.VBE / k .T
VBE = VT . ln( I ) IS
（1.2）其中 VT = kT 为热电压，k 是 Boltzmann 常数，q 是电荷量。 q
图 1.2(b) 是参考电压产生的实际等效架构电路， R19 、R20 、R21 、Q11 和 Q12、Q19 构成带隙电压产生器的主题部分，由 Qx10 、Qx8 、 Q19、 Qx7 、 Q10 以及 Q18 组成了放大器及补偿电路，保证了参考电压输出的稳定。由运算放大器的性质，得：
Q12 和 Q19 的电流相等；R19、R20、R21 和二极管连接的 Q11 组成分压网络，将 Q12、Q19 产生的 ? VBE 放大（R19＋R20＋R21）/R21 倍后与 VBE11 相加，产生基准电压 VREF ；放大管 QX7 、Q18 和负载管 Q10 组成符合放大电路，将 IC19 和 IC12 的差值放大，反馈到分压网路中的 R21，从而调整 Q12、Q19 的工作点，保证 IC19 等于 IC12 ；电容 C2 和 R23 用来进行频率补偿。电流偏置 IBias2 产生电路（图 2(c)）：由 P39、Q3、R8 组成。Q3 的基极连接 VREF ，其射极电位即 R8 的一端电位 VEQ3＝VREF －VBEQ3，与电源电压无关，从而流过电阻 R8 的电流与电源无关，即 IBias2 与电源无关。 1．使能原理： ENB 高电平时，使能关断有效。当 ENB 为高电平时，使能管 N15、N18、 N17 工作，则 N19 的漏极电压、P8 的漏极电压、VREF 被拉到低电平，电路关断。 BIAS_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS2_EN 低电平时，使能管 P13 工作，P7、P1 的栅极即 Bias 为高电平，电流偏置为 0，同时，基准电压 VREF 为零电平。 BIAS2_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS_EN 低电平时，使能管 P34 工作，Bias2 为高电平，电流偏置 IBias2 为 0。 2．启动原理 P14、R15、N19、N16 组成启动电路。启动过程：ENB 为低电平，当未启动时，P7、P8 两支路的电流为 0，此时 P8 的漏极电压为 0 电位，N19 不通，N19 的漏极为高电位，此时 N16 管导通，形成从电源到地的通路 R12、P7、N16，使 P7 有电流流过，从而打破 0 电流的状态；之后 P8 漏极电位上升， N19 导通， N16 截止，启动过程结束。

一种低功耗无运放的带隙基准电压源设计

一种低功耗无运放的带隙基准电压源设计邹勤丽;汤晔【摘要】Design a new bandgap voltage reference without op-amp. In the circuit, negative feedback clamping were used to avoid the use of op-amp, eliminating effects of offset and power supply rejection ratio (PSRR) of the op-amp on accuracy of bandgap voltage reference. The new design has more accuracy and PSRR than the traditional bandgap voltage reference without op-amp. It bases on SMIC 0.35μm standard CMOS process and Cadence Spectre environment to simulation. The voltage of supply is 3.3 V and the temperature range is from-55℃to 125℃, the PSRR is up to 82 dB, the power consumption is 0.06 mW.%设计了一种新型无运放带隙基准源。

该电路使用负反馈的方法，避免了运放的使用，从而消除了运放带隙基准电路中运放的失调电压对基准源精度的影响，同时还提升了电源抑制比，且降低了功耗。

该新型电路比传统无运放带隙基准电路具有更高的精度和电源抑制比。

该设计基于SMIC 0.35μm标准CMOS工艺在Candence Specture环境下进行仿真，电源电压采用3.3 V，温度范围为-55~125℃，电源抑制比为82 dB，功耗仅有0.06 mW。

一种具有高psrr的分段温度补偿带隙基准

一种具有高psrr的分段温度补偿带隙基准
分段温度补偿带隙基准源是一种高精度、高电源抑制比（PSRR）的电路设计，用于提供稳定的参考电压。

这种电路设计通常包括以下几个关键特点：
1.高PSRR：通过改进威尔逊自偏置电路与放大器的结合方法来获取高电源抑制比，这样可以
有效减少电源噪声对基准电压的影响。

2.分段温度补偿：为了优化带隙基准电压在不同温度下的稳定性，采用了分段温度补偿技术。

这通常涉及到在不同温度范围内使用不同的补偿电流，以减少温度变化对基准电压的影响。

3.预稳压功能：设置预稳压电路可以进一步提高带隙基准电路的电源抑制比，确保在更宽的
温度范围内保持基准电压的稳定性。

4.高阶温度补偿：通过采用工作在亚阈值区的MOS管，根据不同工作温度分段产生指数型补
偿电流，形成高阶温度补偿，降低了带隙基准的温度系数。

5.内建负反馈稳压技术：基于带隙基准输出电压，通过内建负反馈稳压电路，提高电源抑制
比，进一步增强电路的稳定性。

综上所述，这种带隙基准源的设计对于需要高精度和高稳定性的应用非常重要，如精密模拟数字转换器（ADCs）、数模转换器（DACs）和传感器接口等。

通过这些技术的应用，可以实现在广泛的温度和电源电压变化条件下，保持基准电压的高精度和稳定性。

关于带隙基准电压源修调技术的综述

关于带隙基准电压源修调技术的综述摘要：由于工艺不可避免的影响，带隙基准电压会有一定的偏差，这会直接影响电路的精度和性能，所以经常要对电路、器件等进行一定的调整，从而优化带隙基准源的性能和精度。

本文将针对齐纳二极管修调、熔丝修调、激光修调、电子熔丝和存储器修调等应用于带隙基准电压源的主流修调技术进行整理分析讨论。

关键词：带隙基准；修调引言带隙基准电压源作为模拟集成电路与数模混合集成电路的重要组成部分，在混合信号集成电路中有着广泛的应用，如在 D／A 转换器、A／D转换器、开关电源、各种电源管理类芯片、低噪声放大器、锁相环、混频器、压控振荡器等芯片中，其精度直接影响整个电路的精度与鲁棒性。

带隙基准电压源需具备良好的抗干扰性以适应工艺电压温度（Process Voltage and Temperature：PVT）的变化，其基本原理是将与绝对温度成正比的 (PTAT)电压和双极型晶体管的基极－发射极电压按比例相加，即可得到零温度系数的基准电压。

而随着集成电路工艺设计技术的发展，电路性能要求也越来越高，一直以来人们在减小温度、输入电压对带隙基准电压源的影响方面做了许多工作，其目的都是为了提高带隙基准电压的温度系数，保证高低温下的参数数值不漂移等等。

为了实现以上要求，修调技术越来越广泛应用于带隙基准电压源的设计中，修调技术的种类也越来越丰富。

本文将针对齐纳二极管修调、熔丝修调、激光修调、电子熔丝和存储器修调等主流的修调技术进行整理分析讨论。

1.带隙基准电压源的基本原理带隙基准电压的基本原理是利用两种具有相反温度系数的电压，将它们以适当的权重相加，这样就产生了零温度系数的电压。

在半导体工艺的各种不同器件参数中，双极晶体管的特性参数被证实具有良好的重复性，并且具有能提供正温度系数和负温度系数的、严格定义的量。

传统带隙基准的工作原理是利用双极晶体管的基极发射极电压V BE，其具有负温度系；另外，如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压的差值△V BE就与绝对温度成正比，通过对这两个电压按适当的权重相加，就可以得到与温度无关的基准电压。

带隙基准电流源

带隙基准电流源带隙基准电流源是电子电路中一个重要的元件，主要用于模拟电路和数字电路中的参考电源或基准电源。

其作用是用一定精度的带隙基准电压（BG电压）在电路中产生一个稳定的电流源，保证电路运行的可靠性和精度。

下面我将分步骤介绍带隙基准电流源的工作原理及其在电路中的应用。

第一步：了解带隙基准电流源的原理带隙基准电流源是利用半导体PN结特性和负温度系数（NTC）的变化特性实现的电流源，其原理基于带隙参考电压源。

它可以在最坏情况下保证电路的精度和稳定性，因此是高精度固态电路设计的重要基础。

带隙基准电流源的主要原理是利用晶体管的VBE值和温度之间的线性关系对电路中的电流进行控制。

当晶体管的VBE值变化时，电流也会随之变化，从而实现对电路中电流的准确控制。

第二步：了解带隙基准电流源的结构带隙基准电流源的结构通常包括差分放大器、输出级、调节回路和带隙参考电压。

其中，差分放大器的作用是将输入信号转换成电流，输出级的作用是将电流和电压进行级联放大，调节回路的作用是调整电路中的电流和电压以保证输出的稳定性和精度。

而带隙参考电压是用于控制电路中电流的参考电源，其设计需要根据具体的需求进行优化。

第三步：了解带隙基准电流源在电路中的应用带隙基准电流源广泛应用于模拟电路和数字电路中的稳定电源、基准电源、匹配电路、比较器、DAC等电路中。

在这些电路中，带隙基准电流源扮演着一个稳定电流的输出器，一般需要配合其他元件一起工作，以保证电路的稳定性和精度。

例如，在ADC（模数转换器）中，带隙基准电流源可以作为一个参考电源，通过控制电路中电流的精度和稳定性来保证ADC的准确性。

综上所述，带隙基准电流源作为一种高精度的电子元件，可以在电路中起到关键的作用。

其应用范围广泛，可以满足不同电路的需求，在模拟电路和数字电路中都有重要的应用。

因此，我们需要深入了解带隙基准电流源的原理和结构，以便更好地使用它来保证电路的稳定性和精度。