CMOS 带隙电压基准的误差及其改进
一种高精度的CMOS带隙电压基准
一种高精度的CMOS带隙电压基准作者：高菊周玮来源：《现代电子技术》2010年第02期摘要:介绍一种采用二阶补偿技术的带隙电压基准电路。
基于一阶曲率补偿的带隙电压基准,利用晶体管基极_发射极电压Vbe与温度T的非线性关系,通过PTAT2电路补偿Vbe的二阶项,从而改善了基准电压的温度特性。
Cadence软件仿真结果表明,工作电压为5 V,在-35～+110 ℃的温度范围内,其温度系数可达2.89 ppm/℃。
关键词:带隙电压基准;二阶曲率补偿;温度系数;Cadence中图分类号:TN710文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)02-012-03High Precision CMOS Bandgap Voltage ReferenceGAO Ju1,2,ZHOU Wei2,3(1.Chongqing University,Chongqing,400065,China;2.National Laboratory of Analog Integrated Circuits,No.24 Research Institute,CETC,Chongqing,400060,China;3.Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing,400065,China)Abstract:A high_precision bandgap reference circuit with high_order compensation technique is presented.Based on the BGR with first_order curvature compensation and using base_emitter voltage Vbes nonlinear dependence of temperature T,the temperature performance of the voltage reference has been enhanced by offsetting the high_order term in Vbewith a PTAT2 term.Simulation result shows that single power supply is 5 V,the temperature coefficient is 2.89 ppm/℃ over the range of -35～+110 ℃.Keywords:bandgap voltage reference;second_order curvature compensation;temperature coefficient;Cadence0 引言集成电路的飞速发展,使得电压基准被广泛用于ADC,DAC,LDO等模拟或混合电路中。
一种低压高精度CMOS带隙基准
路结构 ， 重点提供了高精度的基准电压， 同时使电力 具备 电流源 的功 能 ， 省 了芯片 面积 和功耗 。 节
３ 高性能低压带隙基准工作原理与电路
度变化的精度 问题。仿真结果表明， 该电路可提供低至 ５０ Ｖ 的低压， ０ｍ 实现 了高阶电流补偿， 在
一
４￣ ０Ｃ～＋ ０ ￣ 温度范围内其温漂系数仅为 ３７ ｐ ／ 在芯片主要工作温度 范围内， １０Ｃ ．ｐｍ ￣ Ｃ， 输出基准
关键词 ： 压 带 隙基 准 ； 低 电源抑 制 比； 阶补偿 高
第 ５期
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
微
处
理
机
Ｎｏ ５ ． Ｏｃ ．． ０ １ ｔ ２ １
ＭＩ Ｒ０ＰＲＯＣ Ｓ Ｃ ＥＳ ＯＲＳ
・
大 规模 集 成 电路 设 计 、 造 与 应 用 ・ 制
一
种低 压高精度 Ｃ Ｏ Ｍ Ｓ带隙基准
王洪全 ， 龚 敏
（ 四川大 学 物理 科 学 与技 术 学院微 电子技术 四川省 重点实验 室， Ｉ 成都 ６ ０６ ） １０４ 摘 要 ： 计 了一种 改进 的 带隙基准 电压源 ， 过采 用分 段 电流补 偿 的方 法 ， 设 通 实现 了低 压 高精 度供 电。研 究基 于 Ｔ Ｍ ．５ｘ ＭＯ Ｖ工艺基 础 ， 点考虑 主 要工 作 温度 区域输 出电压 随温 Ｓ Ｃ０３ １ Ｃ Ｓ３ ｍ 重
ｔ ｓｉ ｇ，ｔ ｓ ｃｒ ｕ ｔｃ ｎ ｐ ｏ ｉ ｅ５ ０ｍＶ ｅ ｅ ｅ ｃ ｏｔｇ ｔｌａ ｔ ｎ ｈｅｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｆ ｃ ｅ ｔｉ ｐ ｔ ｅ ｔｎ ｈｉ ｉｃ ｉ ａ ｒ ｖ ｄ ０ ｒ ｆｒ ｎ ｅｖ ｌａ ｅ ａ ｅ ｓ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ｅ ｉｎ ｓｕ ｏ ｉ ３． ｐ ７ｐ ｍ／￣ ｏ ｅ ｈ 一４ （ ～ ＋ １ ０￣ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｎ ｈ ｍａ ｎ ｅ Ｃ ｖ ｒｔｅ ０￣ ２ ０ Ｃ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｇ ．Ｉ ｔ ｅ ｉ ｔｍｐｅａ ｕ ｅ ａ ｅ．ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｒｎｇ ｈ Ｍａ ｘ ｄｅ ｉ ｔ ｎ ｏ ｏ ｔｇ ｓｌ ｓ ｈ ｎ ８ ｖａ ｉ ｆｖ ｌａ ｅ ｉ ｅ ｓｔ ａ Ｖ ， ｎｄ ｔ ｅ ＰＳ ｏ ａ ｈ ＲＲ ｎ ｏ ｌ 一７ ｄＢ． ｉ ｎ ｙ ０ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｏ —ｖ ｌａ ｅ ｂ ｎｄ ａ ｅｅ ｅ ｅ； ＳＲＲ ； ｇ Ｌｗ ｏｔ ｇ ａ ｇ ｐ ｒ ｆ ｒｎｃ Ｐ Ｈｉ ｈ—ｌ ｖ ｌｃ ｍｐ ｎｓ ｔ ｎ ｅ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｏ
0.18 μm CMOS带隙基准电压源的设计
0.18 μm CMOS 带隙基准电压源的设计本文提出了一种基于0.18 μm 标准CMOS 工艺的高性能带隙基准电压源的设计方法，输出基准电压0.6 V，输入电压范围为1.5 V～3 V，温度系数仅为5 ppm/℃，功耗为80 ?滋W.1 带隙基准技术基本原理基准电压源已成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。
基准电压源可广泛应用于高精度比较器、A/D 和D/A 转换器、随机动态存储器、闪存以及系统集成芯片中。
带隙基准电压源受电源电压变化的影响很小，它具备了高稳定度、低温漂、低噪声的主要优点。
其中，VT 具有正温度系数，VBE1 具有负温度系数，则输出VRef 的温度系数可以调整到接近零。
2 带隙基准源设计电路为了得到较低的输出电压，在两个晶体管支路上分别并联一个电阻，根据此原理，设计电路图[3]如图2 所示。
三个PMOS 管为同样宽长的MOS 管，均处于饱和工作状态，根据镜像原理有：由式(7)可以看出，调节R2/R1 与R2/R0 的值，就可以得到零温度系数的电压输出值。
虽然电阻本身也具有温度系数，但在此电路中，输出电压只与电阻之间的比值有关，所以电阻的温度系数对输出的影响很小。
3 运算放大器的设计以上推理仅适用于运算放大器工作在理想状态的情况，图2 电路的最主要部分就是运算放大器，运算效果的优劣决定着此基准电压源的效果。
根据电路的需求，设计的运放有较高的放大倍数、较低的功耗、较低的噪声，所以选用普通的两级运放即可，电路图如图3 所示。
图3 中PM0 和PM1 作为镜像电流源，将偏置电流4 μA 镜像给放大器使用，PM3 与PM4 作为运放的输入端，比使用NMOS 差分对得到更大的输入。
亚1v曲率补偿cmos带隙基准源设计思路
亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路随着集成电路技术的不断发展，电子产品对于基准源的要求也越来越高。
其中，曲率补偿CMOS带隙基准源作为一种新型的基准源设计方案，受到了广泛关注。
本文将围绕这一主题展开，介绍亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路。
1. 阐述亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的基本原理亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是基于CMOS工艺的一种新型基准源设计方案。
其基本原理是利用CMOS技术中的晶体管和电容器等器件，结合曲率补偿和带隙参考电压的原理，实现对基准源的高精度输出。
2. 分析常见的亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计方案目前，针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计方案有多种，比如基于单电源电路的设计方案、基于电流源和电压源的混合设计方案等。
这些设计方案各有特点，可以根据具体的应用需求选择合适的方案。
3. 探讨亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计中的关键技术问题在设计亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源时，需要克服一些关键技术问题，比如温度漂移、功耗、线性度等。
针对这些问题，可以通过优化电路结构、选择合适的器件参数以及采用合适的校准技术等方法进行解决。
4. 提出优化亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计，可以从多个方面进行优化，比如优化电路结构、选择高精度的器件、采用先进的校准技术等。
在设计过程中，还可以借鉴先进的模拟电路设计理念，确保设计的稳定性和可靠性。
5. 结语亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是一种具有广阔应用前景的新型基准源设计方案。
通过优化设计思路和克服关键技术问题，可以实现对基准源输出精度的提升，为电子产品的性能提升提供可靠的支撑。
以上便是关于亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路的一些介绍，希望对读者有所帮助。
在未来的发展中，随着集成电路技术的不断进步，相信这一设计方案将会得到更广泛的应用，并为电子产品的性能提升带来新的活力。
CMOS带隙基准电压源中的曲率校正方法
电子技术应用
CMOS 带隙基准电压源中的曲率校正方法
史侃俊 ,许维胜 ,余有灵
( 同济大学 上海 200092)
摘 要 : 基准电压源是集成电路系统中一个非常重要的构成单元 。结合近年来的设计经验 , 首先给出了带隙基准源曲 率产生的主要原因 ,而后介绍了在高性能 CMOS 带隙基准电压源中所广泛采用的几种曲率校正方法 。给出并分析了一些近 年来采用曲率校正方法的 CMOS 带隙基准电压源核心电路以及他们的设计原理 、 理论推导 、 参考电路和特点 。最后 ,对于所 讨论的基准源电路进行了性能比较和优缺点分析 。 关键词 :CMOS ; 带隙基准源 ; 曲率校正 ; 集成电路 中图分类号 : TN432 文献标识码 :B 文章编号 :1004 373X ( 2006) 05 113 04
图 4 中 , R1 , R4 和 R2 由 P 型注入电阻制成 , 其具有正 温度系数 ; R3 由高阻多晶硅制成 , 其具有负温度系数 。显 然 ,可以得到 :
V REF = V EB2 + R2 V T ln N + R1 R3 V T ln N R1 ( 10)
因此 ,基准电压可由下式给出 :
V EB1 = V G0 - V t [ ( 4 - n - 1) ln T - ln ( EG) ] Q2 由一个近似与温度无关 (αλ 0) 的电流偏置 : V BE2 = V G0 I NL , 由图可得 : I NL = ( V EB1 - V EB2 ) / R4 = V t ln T/ R4 ( 7) - V t [ ( 4 - n) ln T - ln ( EG) ] ( 6) ( 5)
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CMOS带隙基准源的研究现状
本科学生学年论文论文题目：CMOS带隙基准源的研究现状学院：年级：专业：姓名：学号：指导教师：年月日摘要带隙基准电路是集成电路中的重要单元，输出不随温度、电源电压变化的基准电压或基准电流，基准源在模拟和混合集成电路中应用非常广泛, 比如数据转换电路和稳压电路等。
本文简单介绍了CMOS带隙基准源的发展历程、最近几年发展情况以及未来发展前景，介绍了目前在某些研究领域中的发展及研究现状，分析了传统带隙基准源的不足；简单介绍了CMOS带隙基准源的基本原理以及电路种类及其各自特点，重点介绍了国内学者所集中研究的几种新型带隙基准源电路，以及这些新的设计方法存在哪些不足，应该怎样改进等等，分析了CMOS带隙基准源的下一步发展趋势。
关键词带隙基准;低电压; 低功耗;高精度; 温度系数AbstractBandgap reference source is an import ant unit in integrated circuits, which supplied reference voltage or current independent of temperature and supply voltage. The bandgap reference source is widely used in analog and mixed integrated circuits, such as data conversion circuit and the voltage regulator circuit. This paper briefly describes the development process of the CMOS bandgap reference sources, in recent years, developments and future prospects for development, current development and research of the status quo, in some research areas and the lack of a conventional bandgap reference souce; Brief the basic principles of the COMS bandgap reference circuit types and their respective characteristics, focusing on the domestic scholars have focused on several new bandgap reference circuit, and these new design methods what are the weaknesses, and how improve theto analyze the future development trend of the CMOS bandgap reference source.Key wordsBandgap reference source; low power; low supply voltage; high precise; Temperature coefficient目录摘要 (I)Abstract (II)前言 ........................................................................................................................................... i i 第一章绪论 .. (1)1.1 基准源的作用 (1)1.3基准源的研究现状及其应用 (1)1.4 本文的研究背景和选题意义 (2)第二章 CMOS带隙基准源的基本原理 (4)2.1 基准源的基本原理 (4)2.2 CMOS带隙基准源的精度 (4)2.3基准源电源电压的最小值 (5)第三章改进的CMOS 带隙基准源 (6)3.1低电源电压的带隙基准源电路 (6)3.1.1输出端接分流电阻的带隙基准源 (6)3.1.2电流模结构带隙基准源 (6)3.1.3采用跨阻放大器的低电压带隙基准源 (7)3.2 低功耗带隙基准源电路 (8)3.2.1 工作在亚阈值区的带隙基准源 (8)3.2.2 开关电容型带隙基准源 (9)3.3 低温度系数的带隙基准电路 (10)3.4 高PSRR带隙基准源 (10)第四章带隙基准源的发展 (12)结论 (13)参考文献 (14)致谢 (15)前言迄今为止，市面上推出的基准电压源根据其技术工艺不同大致可分为三种类型:掩埋齐纳基准、XFET基准和带隙基准。
基于CMOS带隙基准源设计
第 ３ ９卷 第 ３ 期 ・ 术 拳
Ｖｏ１ Ｍ ａ ． ． ３９ ｒ３
湖
南
农
机
２１年３ ０２ 月
Ｍ ８ｒ２０１ ． ２
基于 Ｃ ＭＯＳ带隙基准源设计
．
何 绪琨
４ ３０ ） ５ ０ ０
（ 乡市 职业 技术学 院 ， 南 新 乡 新 河
摘 要： 电压基 准源是模拟集成 电路设计 中的一个非常重要的基础模块 。文章完成 了带隙基 准电压 源的设计 ， 进 行 了包 电路各部分结构的讨论与选择 、 路 的设 计与仿真 以及 电 括 电 路版 图的设计与验证等 多个环节的工作。 关键 词： ＭＯ ； Ｃ Ｓ 带隙基 准电路 ； 仿真 中图分类号 ：Ｐ９ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０—３０２１）３０ ８—２ １ ７ ８２ （０２０—０ ００ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ａ ｅ ｎ ＣＭ ＯＳ ｂ ｎ ｇ ｐ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｕ ｃ ａ ｄ ａ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ
带隙电压基准的设计_毕业设计
1．低电压工作的基准电压源
SOC(Signal Operation Control)的主流工艺是CMOS工艺,目前，5V(0.6um)、3.3V (0.35um)、1.8V(0.18um)、1.5V(0.15um)、1.2V(0.13um)、0.9V(0.09um)等电源电压已经得到广泛的使用。随着手提设备对低电源需求的不断增加，设计低压工作的电压基准源成为当前基准源研究的热点。由于传统带隙电压基准源的带隙电压为1.2V左右，所以，对于电源电压低于1.2V的基准设计必须采用特殊的电路结构，许多文献[2]都提出了输出基准电压低于1.2V的电路结构。采用这些电路结构后主要的工作电压限制通常来自于运放的工作电压，不同运放的电路结构和MOS管衬底效应造成的高阈值电压是限制工作电压的主要因素。
（1.1）
是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压值， q是电子电荷， 是衬底的掺杂浓度， 是耗尽区的电荷， 是单位面积的栅氧化层电容。由pn结理论可知， ，其中 表示硅的介电常数。由于 6.9fF/ 。 为漏电流， 为漏源电压， 为n沟道器件的表面迁移率， 为单位面积栅氧化物电容，W为有效沟道宽度，L为有效沟道长度， 为阈值电压，有：
本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。然后详细介绍了MOS器件的基本原理、基准电压源电路原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。在带隙基准电压基准电路设计中，首先对所采用的h05mixddst02v13库中的阈值电压、沟道长度调制系数、跨导参数进行提取，对衬底pnp管的温度特性进行分析，再对电路中的各个管子的宽长比、电容、电阻值进行手动计算，最后通过Hspice软件对电路进行仿真验证。
(完整版)CMOS带隙基准源的研究现状
本科学生学年论文年 月 日 论文题目：CMOS 带隙基准源的研究现状 学 院：年 级：专 业：姓 名: 学 号: 指导教师：摘要带隙基准电路是集成电路中的重要单元，输出不随温度、电源电压变化的基准电压或基准电流，基准源在模拟和混合集成电路中应用非常广泛, 比如数据转换电路和稳压电路等。
本文简单介绍了CMOS带隙基准源的发展历程、最近几年发展情况以及未来发展前景,介绍了目前在某些研究领域中的发展及研究现状，分析了传统带隙基准源的不足；简单介绍了CMOS 带隙基准源的基本原理以及电路种类及其各自特点，重点介绍了国内学者所集中研究的几种新型带隙基准源电路，以及这些新的设计方法存在哪些不足，应该怎样改进等等,分析了CMOS 带隙基准源的下一步发展趋势。
关键词带隙基准；低电压；低功耗;高精度; 温度系数AbstractBandgap reference source is an import ant unit in integrated circuits, which supplied reference voltage or current independent of temperature and supply voltage。
The bandgap reference source is widely used in analog and mixed integrated circuits，such as data conversion circuit and the voltage regulator circuit。
This paper briefly describes the development process of the CMOS bandgap reference sources, in recent years， developments and future prospects for development， current development and research of the status quo, in some research areas and the lack of a conventional bandgap reference souce； Brief the basic principles of the COMS bandgap reference circuit types and their respective characteristics, focusing on the domestic scholars have focused on several new bandgap reference circuit, and these new design methods what are the weaknesses， and how improve theto analyze the future development trend of the CMOS bandgap reference source.Key wordsBandgap reference source; low power；low supply voltage; high precise; Temperature coefficient目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I前言............................................................... i i 第一章绪论 (1)1。
改进的带隙电压基准
改进的带隙电压基准
带隙电压基准是一种把模拟信号进行抽样和量化的基准。
这种基准具有超低噪
声和电路特性稳定等优点，在特定系统中起着重要作用。
随着电子技术的发展，来自各行各业的电子设备越来越复杂，需求更精确的技术，带隙电压基准也在不断改进。
近日，捷普半导体公司推出了一款改进的带隙电压基准——AP2546芯片系列。
该产品可以有效地抑制噪声，具有低发热和低功耗的特征。
同时，这种产品拥有更广的温度工作范围，输出电压偏移更小，满足客户对更精确的控制及更长的使用寿命的要求。
另外，AP2546芯片系列的元件尺寸更小，因此可以在更小的封装中装载更多
的元件，从而减轻电子设备的体积大小，并提高电子之间的性能和体积比。
同时，这些产品由专业团队精心设计，可以满足客户多种应用场景的需求，如：移动音频，抗干扰系统，移动终端，电池供电系统等，更好地满足用户需求。
总之，捷普半导体推出的AP2546芯片系列旨在通过改进带隙电压基准，解决
电子设备的复杂性，满足客户多种应用场景的需求，从而为用户提供更好的体验。
CMOS 带隙电压基准的误差及其改进
1 引 言
CM O S 带隙电压基准是 SO C 芯片中必需的关
用修正技术的前提下, 这两项指标一般在4% ( 对于 1. 2 V 的基准, 相当于±50 mV ) 和 100 ppm ° C左 [1 ～ 6] 右 。影响这两个指标的因素有很多, 但迄今为 止还没有看到深入分析所有误差来源的文章。 本文 详尽地分析了影响 CM O S 带隙电压基准的所有误 差, 并给出了定量的数学表达式和相应的改进方 法。 按照以上的理论分析, 本文设计了一种改进电
P S R R 的影响与开环增益的影响是相同的, 只要 P S R R 在 80 dB 以上, 它的影响同样可以不必考 虑。
( 11)
e 为面积比误差, 若 e = 1% , 则 ∃V R EF = 3 mV ; e =
0. 1% , 则 ∃V R EF = 0. 3 mV 。 3. 4 PNP 管的Β 和欧姆电阻的影响
Abstract: T h is p ap er ana ly ses a ll the erro r sou rces in bandgap vo ltage reference and p resen t s p recise m a them a t ica l exp ression and the co rrespond ing i m p rovm en t m ethod. A cco rd ing to the ana ly sis, a new bandgap vo ltage reference ba sed on 0. 25 Λ m CM O S techno logy is designed and fab rica ted. T he design va lue is 1. 2 V. T est ing show s tha t the standa rd devia t ion of the reference vo ltage is 3 mV , the tem p era tu re coefficien t is 20 ppm ° C
最新—高精度cmos带隙基准源的
—高精度c m o s带隙基准源的摘要基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。
所谓基准电压源就是能提供高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是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。
本文的目的便是设计一种高精度的CMOS带隙基准电压源。
本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。
然后详细介绍了带隙基准电压源的基本结构及基本原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。
接着对如何提高带隙基准的电源抑制比以及带隙基准电压源的温度补偿原理进行了分析，还总结了目前提高带隙基准电压源温度特性的各种方法。
在此基础上运用曲率校正、内部负反馈电路、RC滤波器、快速启动电路，设计出了具有良好的温度特性和高电源抑制比的带隙基准电压源电路。
最后应用HSPICE仿真工具对本文中设计的带隙基准电压源电路进行了完整模拟仿真并分析了结果。
模拟和仿真结果表明，电路实现了良好的温度特性和高电源抑制比，0℃～100℃温度范围内，基准电压温度系数大约为11.2ppm/℃，在1Hz到10MHz频率范围内平均电源抑制比(PSRR)可达到-80dB，启动时间为700s 。
关键词: 带隙基准电压源；温度系数；电源抑制比；AbstractVoltage 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 compared. By analyzing the power supply rejection ratio (PSRR) and the principle of temperature compensation, 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 completed by applying curvature emendation, inside negative feedback technology, RC filter and fast start-up 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 11.2ppm/℃. In the frequency range of 1Hz to 10MHz, the average power supply rejection ratio is more than -80dB and it has a turn-on time less than 700s .Key Words: bandgap voltage reference; temperature coefficient; power supply rejection ratio;目录摘要 (I)Abstract....................................................... I I 1.绪论 (1)1.1 国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2 课题研究的目的意义 (2)1.3 本文的主要内容 (2)2. 基准电压源的原理与电路 (3)2.1 基准电压源的结构 (3)2.1.1直接采用电阻和管分压的基准电压源 (3)2.1.2有源器件与电阻串联组成的基准电压源 (4)2.1.3带隙基准电压源 (6)2.2 带隙基准电压源的基本原理 (6)2.2.1与绝对温度成正比的电压 (7)2.2.2负温度系数电压V BE (7)2.3 带隙基准源的几种结构 (8)2.4 V BE的温度特性 (11)2.5 带隙基准源的曲率校正方法 (13)2.5.1线性补偿 (13)2.5.2高阶补偿 (13)本章小结 (17)3. 高精度CMOS带隙基准源的电路设计与仿真 (18)3.1 高精度CMOS带隙基准电压源设计思路 (18)3.2 核心电路 (19)3.3 提高电源抑制比电路 (20)3.3.1负反馈回路 (21)3.3.2 RC滤波器 (22)3.4 快速启动电路及快速启动电路的控制电路 (23)3.4.1快速启动电路的控制电路 (23)3.4.2快速启动电路 (24)3.5 CMOS带隙基准电压源的温度补偿原理 (24)3.6 高精度CMOS带隙基准电压源的电路仿真 (27)3.6.1仿真工具的介绍 (27)3.6.2核心电路的仿真结果 (27)3.6.3电源抑制比电路的仿真结果 (28)3.6.4快速启动电路的仿真结果 (28)3.6.5整体电路的仿真结果 (29)本章小结 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1.绪论基准电压源(Reference V oltage)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。
CMOS带隙基准源研究现状
(10)
在这两个因素的限制下 ,带隙基准源电路的电源电
压一般在 1. 6 V 以上 。
3 改进的 CMOS 带隙基准源
图 1 CMOS 带隙基准源电路 Fig. 1 CMOS bandgap reference circuit
CMOS 带隙基准源的精度受到很多因素的限
制 :1) 三极管 V EB 的温度系数与温度本身有关 , 而 ΔV EB 的温度系数是一个常数 , 只叠加上述两部分电 压进行温度补偿是一阶近似补偿 , 如果需要更为精
(1. I nstit ute of M icroelect ronics , Tsi n g hua Uni v . , B ei j i ng 100084 , P. R. Chi na;
2. Dept. of Elec. Engi neer. , Tsi n g hua Uni v . B ei j i n g , 100084 , P. R. Chi na)
阻 。输出基准电压由两个电流的和电流经过电阻获
得 。这种电路结构的输出基准大小可以任意调节 , 但是运放的输入共模电平仍然会限制电源电压 。
图 3 电流模结构带隙基准源 Fig. 3 Current mode bandgap reference
在负反馈的作用下 , A 、B 两点的电压相等 ,流
带隙基 准 源 电 源 电 压 的 最 小 值 也 受 到 两 个 限
制[8] :1) 输出基准的大小决定了电源电压的最小值 :
mi n{ V DD } = V ref + V SDsat3
(7)
2) 运算放大器的共模输入电压也会限制电源
电压 :如果运算放大器采用 NMOS 差分输入 ,运放
输入端的最小共模输入电压为 :
一种高性能cmos带隙基准源的设计与研究
摘要摘要在模拟及数模混合集成电路设计中，电压基准是非常重要的电路模块之一，而通过巧妙设计的带隙电压基准更是以其与电源电压、工艺、温度变化几乎无关的特点，广泛应用在LDO及DC-DC集成稳压器、射频电路、高精度A／D和D／A 转换器等多种集成电路中。
随着大规模集成电路的日益复杂和精密，亦对带隙基准电压的温度稳定性提出了更高的要求。
传统的带系基准电压源只能产生固定的近似1.2V的电压不能满足在低压场合的应用。
电流模带隙电路采用正温度系数的电流支路(PTAT)和负温度系数的电流支路(CTAT)并联产生与温度无关的基准电流。
然后让此电流在电阻上产生基准电压。
电流模带隙结构可以得到任意大小的基准电压。
本次设计的低压二次温度补偿高精度带隙基准电压源使用的工艺是TSMC 0.18μm 混合模拟CMOS 工艺，输出基准电压可调节，设计预期指标：温度系数10ppm/℃，电源抑制比在低频时接近80dB，高频时也能达到45dB，电源电压范围为1.5V到2.4V。
关键词：带隙基准源；二次温度补偿；温度系数；电源抑制比ABSTRACTA Low-voltage and High precision CMOS bandgap reference designIn the design analog and digital mix-mode circuits, bandgap reference is one mode of the most important circuits. And the bandgap voltage references which through clever design are also with its power supply voltage, process, with the characteristics of temperature change almost irrelevant, widely used in LDO and DC - DC integrated voltage stabilizer, RF circuit, high-precision A/D and D/A converter and so on many kinds of integrated circuits. Along with large scale integrated circuit of the increasingly complex and precision, also bandgap benchmark voltage temperature stability put forward higher request. The traditional belt department benchmark voltage source produces fixed approximate 1.2V, cannot satisfy the voltage in the application of low-pressure occasions. Current mode bandgap circuit USES is the temperature coefficient of current branch and negative temperature coefficient of current branch regardless of temperature of parallel produce benchmark current. Then let the current benchmark voltage produce in the resistance. Current mode bandgap structure can get any size benchmark voltage The design of low-pressure second temperature compensation high-precision bandgap voltage sources used benchmark craft is TSMC 0.18 um hybrid analog-digital craft, Output benchmark voltage can be adjusted, Temperature coefficient is 9ppm/℃, Power Supply Rejection Ratio can be 86dB,Supply voltage range from 1.5V to 2.5 V. Reached the expected performance indicators. Simple structure and realize low output voltage requirements.Key Words: Bandgap benchmark source；Second temperature compensation；Temperature coefficient；Power Supply Rejection Rati目录第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2基准源的分类与特点 (1)1.3文章结构 (2)第2章偏置电路 (7)2.1偏置电路的概述 (7)2.2与电源无关的偏置电路 (7)第3章带隙基准的结构原理 (8)3.1带隙基准基本原理 (8)3.2W IDLAR 结构 (13)3.3K UJIK 结构 (13)3.4双极晶体管的温度特性-负温度系数电压 (12)3.5双极晶体管的温度特性-正温度系数电压 (14)3.6非线性项补偿带隙基准源电路图 (15)第4章带隙核心电路的设计 (16)4.1基准源整体结构 (16)4.2运放的设计 (16)4.2.1 运放的结构 (16)4.2.2相位的补偿 (18)4.2.3失调电压对基准电压源的影响 (18)4.2.4运放仿真结果 (19)4.3启动电路的设计 (20)4.4基准电路的设计 (23)第5章仿真结果 (24)第6章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第7章外文资料原文 (32)7.1 BANDGAP REFERENCE (32)7.2C OLLECTOR C URRENT V ARIATION (34)第8章译文 (35)8.1带隙基准 (35)8.2集电极电流变化 (38)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景基准电压源或电压参考(V oltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。
高精度分段曲率校正CMOS带隙基准的设计
高精度分段曲率校正CMOS带隙基准的设计张春茗;邵志标【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2007(035)011【摘要】本文提出了一种新颖的分段曲率校正技术,未增加额外掩模,在标准CMOS工艺条件下就可简单实现曲率校正,使带隙基准的温度系数减少约十倍.这种方法可应用到任何一种工艺获得非线性补偿.在SMIC 0.18μm CMOS的工艺条件下,设计了一种高精度分段曲率校正全差分带隙基准.模拟结果表明输出差分参考电压为1.9997V,输出噪声电压为225nV/√Hz,电源抑制比为98dB.并在CSMS0.5μm混合信号工艺条件下,高精度分段曲率校正单端带隙基准嵌入到单片100MHz PWM控制BUCK DC-DC转换器中提供参考电压,测试结果表明参考电压为1.2501V,输出噪声电压为670nV√Hz,电源抑制比为66.7dB,温度系数为2.7ppm/℃提高了6倍.本设计采用电流形式,因而通过改变参数,可使输出差分或单端参考电压小于1V,适合低压低功耗的便携式设备.【总页数】5页(P2193-2197)【作者】张春茗;邵志标【作者单位】西安交通大学电子与信息工程学院,陕西西安,710049;西安交通大学电子与信息工程学院,陕西西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TN4【相关文献】1.一种高精度曲率补偿CMOS带隙基准的设计 [J], 王新亚;解光军2.一种低压分段线性曲率校正CMOS带隙基准源设计 [J], 陈涛;胡利志;乔明3.CMOS带隙基准电压源中的曲率校正方法 [J], 史侃俊;许维胜;余有灵4.一种抵消曲率系数的高精度低温漂CMOS带隙基准的设计 [J], 李伊珂;廖永波;李平5.一种低压I_(PTAT)~2曲率校正CMOS带隙基准源的设计 [J], 肖明;吴玉广;何凤琴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种高精度的CMOS带隙电压基准
一种高精度的CMOS带隙电压基准
高菊;周玮
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2010(033)002
【摘要】介绍一种采用二阶补偿技术的带隙电压基准电路.基于一阶曲率补偿的带隙电压基准,利用晶体管基极-发射极电压Vbe与温度T的非线性关系,通过PTAT2电路补偿Vbe的二阶项,从而改善了基准电压的温度特性.Cadence软件仿真结果表明,工作电压为5 V,在-35～+110 ℃的温度范围内,其温度系数可达2.89
ppm/℃.
【总页数】3页(P12-14)
【作者】高菊;周玮
【作者单位】重庆大学,重庆,400065;中国电子科技集团公司,第二十四研究所,模拟集成电路国家级重点实验室,重庆,400060;中国电子科技集团公司,第二十四研究所,模拟集成电路国家级重点实验室,重庆,400060;重庆邮电大学,重庆,400065
【正文语种】中文
【中图分类】TN710
【相关文献】
1.一种2 V、9 μA、15×10-6/℃高电源抑制CMOS带隙电压基准源 [J], 李文冠;姚若河;郭丽芳
2.一种用于音频Σ-ΔA/D转换器的CMOS带隙电压基准源 [J], 张吉左
3.一种高精度BiCMOS带隙电压基准源的设计 [J], 李淼;冯全源
4.一种高精度BiCMOS带隙电压基准源的设计 [J], 李淼;冯全源
5.一种0.18μm的CMOS带隙电压基准 [J], 肖飞;何书专;李丽;赵茂;高明伦
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改进结构的低压低功耗CMOS带隙基准源
改进结构的低压低功耗CMOS带隙基准源
王鑫;李冬梅
【期刊名称】《半导体技术》
【年(卷),期】2009(34)11
【摘要】提出了一种低电压、低功耗、中等精度的带隙基准源,针对电阻分流结构带隙基准源在低电源电压下应用的不足作出了一定的改进,整体电路结构简单且便于调整,同时尽可能地减少了功耗。
该电路采用UMC0.18μm Mixed Mode 1.8 VCMOS工艺实现。
测试结果表明,电路在1 V电源电压下,在-20-130℃的温度范围内,基准电压的温度系数为20×10-6/℃,低频时的电源电压抑制比为-54 dB,1 V 电源电压下电路总功耗仅为3μW。
【总页数】5页(P1140-1143)
【关键词】带隙基准源;低电压;低功耗;PTAT电流;温度系数
【作者】王鑫;李冬梅
【作者单位】清华大学微电子所;清华大学电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN432
【相关文献】
1.一种低压低功耗共源共栅带隙基准电压源的实现 [J], 张科;冯全源
2.低功耗双带隙结构的CMOS带隙基准源 [J], 肖璟博;陈敏;张成彬;刘云超;陈杰
3.低压低功耗CMOS带隙电压基准及启动电路设计 [J], 许长喜
4.一种无运放低压低功耗CMOS带隙基准电压源的设计 [J], 杨帆;邓婉玲;黄君凯
5.低压低功耗电流模CMOS带隙基准电路 [J], 孔令荣;熊立志;王振华;殷少飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Error Sources of CMO S Bandgap Reference and The ir I m provem en t
CH EN H aoqiong GAO Q ingyun Q I N Sh ica i
(M icroelectron ics D ep a rtm en t, N anka i U n iv ersity , T ianj in , 300071, CH N )
1] -
Α F
IS
[ exp (
V BE ) Vt
1] ( 1)
图 1 传统的带隙电压基准电路图
F ig. 1 Schem a tic of conven tiona l bandgap reference
显然, 只要V BC = 0, Α F 是常数, 且 V B E µ V t , 则晶 体管具有理想的指数特性:
P S R R 的影响与开环增益的影响是相同的, 只要 P S R R 在 80 dB 以上, 它的影响同样可以不必考 虑。
( 11)
e 为面积比误差, 若 e = 1% , 则 ∃V R EF = 3 mV ; e =
0. 1% , 则 ∃V R EF = 0. 3 mV 。 3. 4 PNP 管的Β 和欧姆电阻的影响
T
假设三路的电流都相等, 并且三路的 Β 也都相 等, 即 I e1 = I e2 = I e3 = I Β1 = Β2 = Β3 = Β 则晶体管 T 1、 T 2 的B、 E 结压降之差为 I Α I I Α I ∃V BE = rb1 + V t ln rb2 - V t ln 1+ Β I S1 1+ Β I S2
1 引 言
CM O S 带隙电压基准是 SO C 芯片中必需的关
用修正技术的前提下, 这两项指标一般在4% ( 对于 1. 2 V 的基准, 相当于±50 mV ) 和 100 ppm ° C左 [1 ～ 6] 右 。影响这两个指标的因素有很多, 但迄今为 止还没有看到深入分析所有误差来源的文章。 本文 详尽地分析了影响 CM O S 带隙电压基准的所有误 差, 并给出了定量的数学表达式和相应的改进方 法。 按照以上的理论分析, 本文设计了一种改进电
实际晶体管的三个极都有与之串联的欧姆电 阻, 对 CM O S 带隙基准来说, 基极串联电阻 rb 的影 响最大, 因为 CM O S 工艺里的纵向 PN P 管的 Β 较 小, 流过 rb 的电流较大, 产生的电压降将直接反映 在V B E 中, 使晶体管的 I 2 V 特性曲线偏离指数关系; 发射极的串联电阻 re 可以等效到 R 1、 R 2 的偏差上
( 2) 双极晶体管 T 1 ～ T 3 具有理想特性, 即满足 式 ( 2) , 并要求 T 1、 T 2 的 J S 和 Β 相同。
2 理想带隙基准
图 1 是传统带隙基准源的电路图。根据Ebers2 M o ll 模型, 双极晶体管的发射极电流 I E 可用下式 表示:
V BC ) I E = I S [ exp ( Vt
Α Ie
IS
=
( 10)
1+ Β
Ie
rb + V t ln
Α Ie
IS
( 12)
用前面的数据,
R2 = 11. 2, 如果取 e1 = e2 = 1% , 则 R1
∃V R EF = 9 mV ; e1 = e2 = 0. 1% , 则 ∃V R EF = 0. 9 mV 。 镜像电流的失配主要由管子尺寸的失配、 V
R2 R2 V 1 ln [ n ( 1 + e1 ) ] + V t ln ( 1 + e1 ) R1 R1 R2 R2 V t ln n + e1 V R1 R1
t
要考虑的主要就是基极串联电阻 rb 和有限 Β 的影 响。 考虑基极电阻后, E、 B 之间的电压可写成
V BE = I b rb + V t ln
键模块之一, 尤其在各类ADC、 电源管理等模拟芯 片中有着广泛的应用。 设计精密基准的主要难点在 于如何降低基准电压值的偏差和温度系数。 在不采
Ξ
基金项目: 本课题得到天津科技攻关重点项目 ( 编号: 033187111) 和南开大学与天津中晶微电子公司合作项目的资助 E2 m ail: chenhaoqiong@ 126. com
V R = I E3R 2 + V B E3 = R2 V t ln n + V B E3 R1
( 5)
运放的输入失调使V A ≠V B , 因而在 ∃V B E 中引 进误差。 设运放的输入失调为 V O S , 则由式 ( 3 )～ ( 5) 可以写出
VR = R2 R2 V t ln n + V B E + V OS R1 R1
R2 的偏差; 集电极串联电阻的存 R1 在使V BC ≠0 ( rb 的存在也同样会使V BC ≠0) , 但因为
3. 2 电流镜失配引进的误差
对于图 1 所示的结构, 有两组电流镜, 假设这 两组电流镜像的失配分别为 e1、 e2 ( 左边这一组的误 差为 e1 , 右边的为 e2 ) , 则基准电压可用下式表示:
533
V B E1 - V B E2 = V t ( ln
I E1 J SA 1
ln
I E2 ) J SA 2
3. 3 PNP 管集电极面积比的误差 ( 7)
= V t ln (m n )
所以
VR = R2 R2 V t ln ( nm ) + V BE + V OS R1 R1
( 8)
面积失配相当于影响 n 的精度, 所以这种误差 对输出的影响与上面的电流匹配误差的影响类似, 其偏差表达式为 ∃V R EF =
( 6)
R2 R1
假设V BE 的温度系数为- 2 mV ° C, n = 8, 则
= 11. 2。一般CM O S 运放的输入失调电压在 5 ～ 20
～ 224 mV 。减 mV 左右, 因此由它引入的误差在 56 小这一误差影响的办法有以下几种: 1) 采用消失调技术。 由于消失调技术一般都是 分时使用, 需要有时钟信号, 因此应用受到一定的 限制; 2) 增大运放输入级管子的尺寸, 同时在版图设 计时, 设法提高对管的匹配精度, 以减小失调电压; 3) 增大n , 以减小电阻比。 这可以通过直接增加 T 2 和 T 1 管的面积比 n , 或者间接地通过增大 T 1 和
R1 R1 qR 1
出电流为 0。 ( 4) R 2 R 1 制作精确。 实际情况中以上各条都存在着一定的误差, 下 面对各种误差原因进行单独的定量分析。
3. 1 运放的输入失调和有限增益、 有限电源电压 抑制比 (PSRR ) 的影响
( 4)
它与热力学温度 T 成正比。 该电流经过 1∶1 的电 流镜变成 T 3 的发射极电流, 输出基准电压为
V R = ( 1 + e2 ) R2 V t ln [ n ( 1 + e1 ) ] + V B E ( 9) R1
去, 最终可等效为
I S 很小 ( 在 10
- 14
数量级) , 其影响可以忽略。因此需
由式 ( 9) 可知, 由电流失配引起的基准输出的 偏差可以表述为 ∃V R = e2 ≈ e2
～ 100 ° over - 40 C and the supp ly reject ion ra t io is 80 Λ V V fo r 2 V to 3. 3 V supp ly. T hese
resu lt s p rove the theo ry. Key words: CMO S; bandgap reference; error sources; standard dev ia tion EEACC: 2570D
532
固 体 电 子 学 研 究 与 进 展
25 卷
路, 设计值为 1. 2 V , 芯片实测结果表明, 在不加修 正的情况下, 基准电压值的均方差达 3 mV , 温度系 数 20 ppm ° C ( - 40 ° C～ 100 ° C ) , 电源抑制比 80 Λ V V ( 2 V～ 3. 3 V ) , 证明了理论分析的正确性和 它的应用价值。
2004211215 收稿, 2005201225 收改稿
Ξ
摘要: 分析了 CM O S 带隙基准电压值的误差, 给出了定量的数学表达式和相应的改进方法。 在此理论指导 下, 用 0. 25 Λ m CM O S 工艺设计了一个带隙基准源, 并制出芯片。基准电压的设计值为 1. 2 V , 实测结果表明, 在 不使用修正技术的情况下, 基准电压值的均方差达 3 mV , 温度系数 ( 从- 40 ° C～ 100 ° C ) 为 20 ppm ° C , 电源抑制 比 (从 2 ～ 3. 3 V ) 80 Λ V V , 验证了理论分析的正确性。 关键词: 互补金属氧化物半导体; 带隙基准; 误差源; 均方差 中图分类号: TN 432 文献标识码: A 文章编号: 100023819 ( 2005) 042531205
I E∝
( 3 ) I E1 = I E2 = I E3 , 即电流镜严格匹配, 并且输
Α F
IS
exp (V B E V t )
Байду номын сангаас( 2)
其中V t = k T q 是热电势。 如 果图 1 中晶体管 T 1、 T 2 满足式 ( 2) , 且 T 2 的 发射结面积是 T 1 的 n 倍, 则不难得到 ( 3) ∃V B E = V B E1 - V B E2 = V t ln n 所以, T 2 的发射极电流为 ∃V B E Vt kT I E2 = = ln n = ln n
上式右边第一项具有正温度系数, 第二项具有负温 度系数, 只要合理选择电阻 R 2、 R 1 的比值和 n 值, 使两项的温度系数的绝对值相等, 便能得到零温度 系数的电压基准。 这里的推导假定流过 T 1、 T 2 的电流是相等的, 即这两路的电流镜的电流比为1∶1, 实际也可以用 m ∶1 (m > 1) 的, 这在后面会提到。