基准电压源及放大电路设计

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TL431作基准电压源

以下是由LM7805构成的5V稳压电源图：
LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围
器件，它还能提供不通的电压和电流。

TL431作基准电压源的大功率可调稳压电源
浏览108 发布时间08/10/18 TL431是用于稳压电路的精密基准电压集成电路，它的输出电压连续可调，最高可达36V。

工作电流最高可达100mA。

下图是用TL431作基准电压源，K790场效应管作调整管构成的高精度稳压电源，输出电流可达6A。

电路原理：220v电压经变压器B降压、D1-D4整流、C1滤波。

此外D5、D6、C2、C3组成倍压电路(使得Vdc＝60V)，Rw、R3组成分压电路，TL431、R1组成取样放大电路，9013、R2组成限流保护电路，场效应管K790作调整管，C5是输出滤波电容器。

稳压过程：当输出电压降低时，f点电位降低，经TL431内部放大使e点电压增高，经K790调整后，b点电位升高；反之，当输出电压增高时，f点电位升高，e点电位降低，经K790调整后，b点电位降低。

从而使输出电压稳定。

限流保护：当输出电流大于6A时，三极管9013处于截止，使输出电流被限制在6A 以内，从而达到限流的目的。

本电路除电阻R1选用2W、R2选用5W外，其它元件无特殊要求，元件参数如图所示。

宽温度范围高精度基准电压源设计

收稿日期:2021-01-15基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JM -583)通信作者:唐威,教授,博士,研究方向为集成电路设计㊂E-mail :tangwei @xupt .edu .cn电子元件与材料Electronic Components and Materials第40卷Vol .40第4期No .44月Apr2021年2021宽温度范围高精度基准电压源设计师洋洋,唐㊀威,刘㊀伟(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安㊀710121)摘㊀要:针对传统Brokaw 型带隙基准电压源温度系数较高的问题,采用高阶曲率补偿方法,利用PN 结反向饱和电流随温度敏感变化的原理,通过将与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流注入到基准核心部分,对基准输出电压进行温度补偿,实现了宽温度范围内基准电压源的高精度输出㊂电路基于0.18μm BCD 工艺设计㊂仿真结果表明,在3.3V 电源电压下,基准输出电压为1.978V ,在-40~+150ħ温度范围内,基准电压的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,低频时电源抑制比(PSRR )为79.4dB ㊂关键词:带隙基准;高精度;宽温度范围;曲率补偿中图分类号:TN 432文献标识码:ADOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2021.1736引用格式:师洋洋,唐威,刘伟.宽温度范围高精度基准电压源设计[J ].电子元件与材料,2021,40(4):387-392.Reference format :SHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage reference [J ].Electronic Components and Materials ,2021,40(4):387-392.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage referenceSHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei(School of Electronic Engineering,Xi an University of Post and Telecommunications,Xi an㊀710121,China)Abstract :A high -order curvature compensation method was used to solve the problem of high temperature coefficient of the traditional Brokaw bandgap reference.Since the reverse saturation current of PN junction changes sensitively with temperature and its trend with temperature is opposite to the reference voltage ,it was inputed into the core part of the reference as the compensation current ,and the temperature compensation of the output voltage was realized.As a result ,a high precision output of the reference was obtained over a wide temperature range.The circuit was designed based on 0.18μm BCD process.The simulation results show that the output voltage is 1.978V under 3.3V supply voltage.The temperature coefficient of thereference voltage is 5.82ˑ10-6/ħin the temperature range of -40～+150ħ.The PSRR is 79.4dB at low frequency.Key words :bandgap reference ;high precision ;wide -temperature rage ;curvature compensated㊀㊀带隙基准电压源因具有较低温度系数和较高电源抑制比的特点,被广泛用于DC -DC ㊁模数转换器(ADC )以及低压差线性稳压器(LDO )等数模混合集成电路中[1-2]㊂传统的带隙基准电压源是通过将双极型晶体管具有负温度系数的基极-发射极电压(V BE )与正温度系数(PTAT )的电压(ΔV BE )以适当的权重相加,从而得到零温度系数的输出电压值㊂然而,传统的带隙基准电压源仅对温度特性曲线进行一阶补偿,难以满足现代高精度系统的要求㊂为了得到低温漂的基准电压源,需要进行高阶补偿[3-5]㊂对此,许多文献提出了不同的补偿方法来降低温度系数㊂文献[6]采用分段补偿技术,通过在电路中加入两个不同的曲率补偿电路,在低温段和高温段分别实现对基准电压的曲率补偿,但这种电路较复杂,且电源抑制比(PSRR )较低;文献[7]利用MOS 管工作在亚阈值区时漏电流和栅源电压的非线性特性,通过引入与基电子元件与材料准电压温度系数成相反趋势的高阶补偿电流对基准电压进行曲率补偿;虽然文献[7]在宽温度范围内降低了温度系数,但是由于使用了较多的三极管,导致占用的面积较大㊂本文设计的带隙基准电压源基于Brokaw 基本结构,利用PN 结的反向饱和电流随温度敏感变化的原理,在高温段进行了曲率补偿,使其在-40~+150ħ的宽温度范围内表现出5.82ˑ10-6/ħ的低温漂特性㊂1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源图1是传统的Brokaw 型带隙基准结构㊂图中,运算放大器的输出端与Q 1㊁Q 2的基极相连,为Q 1㊁Q 2提供基极电流㊂由于运算放大器的电压钳位作用使得电阻R 3和R 4上的电压降相等,若R 3=R 4,则流过R 3和R 4两条支路的电流相等,此时三极管Q 1和Q 2的基极-发射极电压差为:ΔV BE =V BE1-V BE2=V T ln I S2I S1æèçöø÷=V T ln N (1)于是流过电阻R 1的电流为:I =ΔV BE R 1=V T ln N R 1(2)则流过电阻R 2的电流为2I ㊂该电流作用在R 2上,可以产生一个具有正温度系数的电压,将该电压与Q 2的基极-发射极电压V BE 相加,便可得到输出电压V REF的表达式为:V REF =V ΒΕ2+2R 2R 1V Τln N(3)通过改变R 1㊁R 2的大小,可以获得一个与温度无关的基准电压㊂由文献[8]可知,三极管的基极-发射极电压V BE随温度变化并不是线性的,它可以表示为[9]:V BE (T )=V G0-T T 0(V G0-V BE0)-(η-α)V T ln(T T 0)(4)式中:T 为热力学温度;T 0是参考温度;V G 0是在温度为T 0时的发射结电压;η是与工艺有关但与温度无关的常数;α的值与集电极电流I C 的温度特性有关(当I C 与温度成正比时,α=0;当I C 与温度无关时,α=1)㊂图1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源Fig .1㊀Conventional Brokaw -type bandgap voltage reference式(4)中的V T ln (T /T 0)体现出非线性项,式(3)只能实现一阶温度补偿,获得近似零温度系数的基准电压㊂因此,要得到高精度的基准输出电压,必须对V BE 的非线性分量进行高阶补偿㊂2㊀宽温度范围高精度基准电压源设计本文设计的宽温度范围高精度基准电压源整体电路如图2所示,包含启动电路㊁偏置电路㊁带隙基准核心电路和曲率补偿电路㊂2.1㊀带隙基准核心电路图2中的Q 3㊁Q 4和R 5~R 9以及运算放大器(M 16~M 23)组成一阶带隙基准电压源㊂其中,Q 3和Q 4发射极结面积之比为1ʒ8,R 5=R 6㊂利用运放的虚短特性,钳位A 点和B 点电压,使得V A =V B ㊂假设Q 3和Q 4的集电极电流为I 1,则:I 1=ΔV BE R 8=V T ln8R 8(5)由KCL 有流过R 9和R trim 的电流为2I 1,所以有:V C =V E4-V R8=2I 1(R 9+R trim )=V E3(6)因此Q 3基极电压为:V B3=V C +V BE3=2I 1(R 9+R trim )+V BE3(7)于是带隙基准电压可表示为:㊃883㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计V REF =2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3(8)然后通过电阻升压网络可得到基准输出电压V OUT :V OUT =V REF R 3+R 4R 4æèçöø÷=2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3éëêêùûúúR 3+R 4R 4(9)为了产生零温度系数的带隙基准电压,对V OUT 关于温度T 求偏导,即: V OUT T= V T T2(R 9+R trim )(R 3+R 4)ln8R 8R 4+V BE3 TR 3+R 4R 4(10)由式(10)可看出,通过调节电阻R 3㊁R 4㊁R 8和R 9的比值即可得到理想的零温度系数的基准输出电压V OUT ,然后通过分压网络可得到多个零温度系数电压值,分别为电路中需要的模块提供参考㊂其中,R trim 的作用是为了解决实际生产中的偏差失配问题加入的修调电阻,减少误差㊂式(9)是在理想条件下得到的基准输出电压值㊂图2中,由于三极管Q 3㊁Q 4存在来自于R 3的基极电流,这就导致R 3和R 4上的电流不一致,使V OUT 在V REF 的基础上产生一定的温差,并且精度㊁电源抑制比等参数也会受到影响[10]㊂因此,式(9)的表述并不准确,本文通过在Q 3㊁Q 4的基极加入电阻R 7来消除基极电流带来的误差[11]㊂首先假设三极管Q 3和Q 4的基极电流为I b ,则加入电阻R 7后带隙基准电压可表示为:VᶄREF =2(ΔV BE -I b R 7)R 8(R 9+R trim )+V BE3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=2(R 9+R trim )R 8ΔV BE +V BE3-2I b R 7R 8(R 9+R trim )=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )㊀㊀㊀㊀㊀㊀(11)式(11)第二项多项式中I b 随温度变化,使得V ᶄREF在V REF 基础上多了一个随温度变化的微小变量,从而导致基准输出电压V OUT 的温度特性也发生了一定的变化㊂由于Q 3和Q 4从R 3抽取了两份基极电流,因此基准输出电压可表示为:VᶄOUT=VᶄREF R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )éëêêùûúúR 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3=V OUT -2I bR 7R 8(R 9+R trim )R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3(12)图2㊀宽温度范围高精度基准电压源整体电路Fig .2㊀The complete circuit diagram of the voltage reference withwide -temperature -range and high -precision㊀㊀由式(11)可以看出,对于带隙基准电压V ᶄREF 来讲,即使加入了R 7仍然可以通过调节R 8和R 9的比值来得到一个零温度系数的基准电压㊂对于基准输出电压V ᶄOUT 来讲,通过调节R 7(R 9+R trim )(R 3+R 4)R 8R 4的值,使之等于R 3,即可将式(12)的后两项消除,从而㊃983㊃电子元件与材料可得到R7的值为:R7=R3R4R8(R3+R4)(R9+R trim)(13)2.2㊀曲率补偿电路曲率补偿电路由M28-M30和Q5构成㊂I S由BE结短接的NPN晶体管Q5形成,补偿电流I COMP1和I COMP2通过M28-M30电流镜结构分别注入到A点和B点,对PTAT电流进行补偿㊂IS可以表示为:I S(Τ)=CΤγexp(-qV G0kΤ)(14)式中:C是与PN结的结面积及掺杂浓度有关的常数;γ在一定温度范围内也是常数;VG0为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶电势差,对于给定的PN结材料,V G0为定值;q为电子的电荷量;k为玻尔兹曼常数;T为热力学温度㊂令λ=qV G0k,并用泰勒展开式e xʈ1+x+x22+x36展开,则I S可以表示为:I SʈC(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(15)图2中,M28㊁M29和M30的宽长比为1ʒ8ʒ1,于是补偿电流I COMP1和I COMP2为:I COMP1=C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=I S㊀(16)I COMP2=8C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=8I S(17)经过一阶补偿和曲率补偿后的带隙基准电压可以表示成:V REF=V BE3+2R9+R trim()R8V Tln8+R9+R trim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8V T+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()(18)将式(18)代入式(9)可得到基准输出电压V OUT的表达式为:V OUT=R3+R4R4æèçöø÷V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+éëêê㊀㊀㊀㊀R9+R trim()I COMP1+I COMP2()ùûúú(19)令K0=R3+R4R4K1=2K ln8(R3+R4)(R9+R trim)qR4R8K2=(R3+R4)(R9+R trim)(C+8C)R4ìîíïïïïïïïï(20)结合式(16)~(17)和式(19)~(20)可得基准输出电压为:V OUT=K0V BE3(T)+K1T+K2(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(21)式中:K0为负温度系数电压V BE3的系数;K1为一阶温度补偿系数;K2为高阶曲率补偿系数㊂其中一阶温度补偿系数K1主要与R8和R9的比值相关,而高阶曲率补偿系数K2主要与PN结面积相关㊂2.3㊀偏置电路图2中,偏置电路由电流源(M1~M9㊁Q1㊁Q2和R1)和电流偏置(M10~M15)组成㊂正常工作时,电流源产生与电源电压无关的PTAT电流后,经过电流镜成比例复制给电流偏置部分,为M16管提供偏置电压㊂令M1~M5的宽长比相等,Q1和Q2流过的集电极电流相同,假设该电流为I PTAT,Q1和Q2发射极结面积比为8ʒ1,忽略它们的基极电流,于是有:ΔV BE=V T ln I PTAT8IS2æèçöø÷-V T lnI PTATI S2æèçöø÷=V T ln8(22)I PTAT=ΔV BER1=V T ln8R1(23)通过M1~M4㊁M10㊁M12和M15电流镜结构将IPTAT按比例精确复制,产生偏置电流和M16偏置电压㊂2.4㊀启动电路带隙基准电路中,电路存在简并偏置点,当电源上电时,所有的晶体管均传输零电流,于是它们㊃093㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计可以无限期地保持关断,因此需要设计启动电路㊂启动电路仅应在上电时提供启动功能,当基准核心电路建立稳定后保持关闭或低功耗状态,如图2所示,M 24~M 27和C 1构成启动电路㊂当电源刚开始上电的时候,并且提供有效的使能信号EN 1,EN 1和EN 2互为反向信号,启动电路开始工作㊂EN 1为低电平时,EN 2为高电平,M 25关闭,M 26的栅端没有电荷,栅电压为0,M 23管关闭,因此Q 3基极没有电流注入;随着电源电压逐渐上升,EN 1为高,EN 2为低,M 25管导通,M 26栅端电压被抬高,从而将M 23管的栅端电压拉低,M 23管导通,开始从电源汲取电流,并注入基准核心电路,使基准核心电路开始工作;同时,M 25管的漏电流逐渐增大并对电容C 1充电,M 26栅端的电压逐渐升高,当基准核心电路正常工作时,M 23的漏端电压升高,使M 27管导通㊂从而将M 26栅端电压拉低,M 26管关断,启动电路关闭㊂3　电路仿真验证基准电压源电路采用0.18μm BCD 工艺设计,并使用Spectre 工具进行仿真验证㊂仿真条件为:V DD =3.3V ,温度范围为-40~+150ħ㊂图3和图4分别是补偿前与补偿后的基准输出电压温度特性的仿真结果㊂从图中可以看出,没有进行高阶补偿的温度系数为17.52ˑ10-6/ħ,补偿后的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,补偿后温度系数降低了11.7ˑ10-6/ħ,精度提高了66.8%㊂图3㊀补偿前的基准输出电压温度特性Fig .3㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage before compensation图5是在V DD =3.3V ,不同工艺角下基准输出电压随温度变化的仿真结果㊂从图5可以看出,在TT工艺角下基准电压源有最佳温度系数值5.82ˑ10-6/ħ,在SS 工艺角下有最差温度系数值14.6ˑ10-6/ħ㊂图6是当V DD =3.3V ,温度为27ħ时,在TT ㊁SS ㊁FF 三种工艺角下,基准电压源的电源抑制比(PSRR )仿真结果㊂从图6可以看出,低频时,TT 工艺角下的PSRR 为79.4dB ,在10kHz 时电源抑制比也有58.9dB㊂图4㊀补偿后的基准输出电压温度特性Fig .4㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage aftercompensation图5㊀基准电压源在不同工艺角下的温度特性Fig .5㊀Simulation results for different processcorners图6㊀基准电压源的电源抑制比曲线Fig .6㊀PSRR curves of the voltage reference表1为本文与部分参考文献带隙基准源的性能比较㊂从表1可看出,本文设计的基准电压源的温度系数优于文献[7-8],低频下的PSRR 也优于文献[6-8],且本文设计的基准电压源具有可调节的多值输出电压㊂㊃193㊃电子元件与材料表1㊀本文与其他文献带隙基准源的性能参数对比Tab.1㊀Performance parameters comparison of bandgapreference source of this paper and other literatures参数文献[6]文献[7]文献[8]本文工艺(μm)0.180.180.250.18电源电压(V) 3.3 5.0 4.5 3.3温度范围(ħ)-40~+125-40~+150-40~+150-40~+150温度系数(10-6/ħ) 3.02 6.9410 5.82 PSRR(dB)5777.47079.4基准输出电压(V)1.241 1.229 1.214 1.978是否多值输出否否否是4㊀版图设计版图的匹配性决定了基准电压源精度的误差大小㊂由式(9)和式(10)可知,电阻比值的大小直接影响着基准输出电压的精度和温漂特性㊂因此本文设计将基准电压源中的所有电阻放置在同一区域,并采用叉指法以减少工艺刻蚀造成的误差㊂此外,对于电流源电路和带隙核心电路中使用的三极管部分的版图,本文设计由8个并联的NPN三极管分别构成Q1㊁Q4,分布在Q2和Q3周围,使Q1和Q2㊁Q3和Q4均形成对称性匹配㊂图7为基准电压源的版图㊂其中,运算放大器㊁偏置电路和电阻都分别进行了合理的布局㊂图7㊀基准电压源版图Fig.7㊀Layout of the reference voltage source5㊀结论本文在传统的Brokaw型带隙基准电压源的基础上,设计了一种宽温度范围高精度的基准电压源㊂利用PN结反向饱和电流随温度敏感变化的原理在高温段产生与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流,对传统的一阶补偿的带隙基准电压源进行曲率补偿,提升了基准输出电压的精度和温漂特性,并采用电阻分压网络输出多个不同的零温度系数电压值㊂仿真结果表明,在3.3V电源电压下,-40~+150ħ温度范围内,TT工艺角下,基准电压源温度系数为5.82ˑ10-6/ħ;低频时PSRR为79.4dB,通过合理的版图设计,可以应用到数模混合芯片中㊂参考文献:[1]Kostanyan H T,Hayrapetyan A K,Petrosyan A S,et al.5V widesupply voltage bandgap reference for automotive applications[C]//39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO).NY,USA:IEEE,2019:229-232.[2]Abbasi M U,Raikos G,Saraswat R,et al.A high PSRR ultra-lowpower1.2V curvature corrected bandgap reference for wearable EEG application[C]//13th International New Circuits and Systems Conference(NEWCAS).NY,USA:IEEE,2015:1-4. [3]Hu J L,Sun J,Bai Y B,et al.A novel1.03ppm/ħwide-temperature-range curvature-compensated bandgap voltage reference[C]//2nd International Conference on Circuits System and Simulation(ICCSS).NY,USA:IEEE,2018:22-26.[4]An J H,Wu C J,Xu D C.A wide temperature range4.6ppm/ħpiecewise curvature-compensated bandgap reference with no amplifiers[C]//International Conference on IC Design and Technology(ICICDT).NY,USA:IEEE,2019:1-4.[5]王永顺,崔玉旺,赵永瑞,等.宽温度范围高精度带隙基准电压源的设计[J].固体电子学研究与进展,2016,36(1):54-59. [6]张东亮,曾以成,陈星燕,等.曲率补偿低温漂带隙基准电压源设计[J].电子元件与材料,2015,34(11):85-88. [7]李树镇,冯全源.一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(10):95-99. [8]张龙,冯全源,王丹.一种带曲率补偿的低功耗带隙基准源设计[J].电子元件与材料,2014,33(9):58-61.[9]Wang Y F,Sun J,Ye W X.A high-order temperature compensatedCMOS bandgap reference[C]//3rd International Conference on Cloud Computing and Internet of Things(CCIOT).NY,USA: IEEE,2018:325-328.[10]Zhu G Q,Yang Y T,Zhang Q D.A4.6-ppm/ħhigh-ordercurvature compensated bandgap reference for BMIC[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs,2019,66: 1492-1496.[11]杨宁,史仪凯,袁小庆,等.高精度㊁低功耗带隙基准源及其电流源设计[J].传感技术学报,2014,27(1):58-63.㊃293㊃。

三极管电压基准原理

三极管电压基准原理
三极管电压基准原理：
三极管电压基准是一种用于产生稳定、可靠的参考电压的电路。

它利用三极管的特性，通过适当的偏置电流和基极电压，产生一个相对稳定的电压输出。

三极管电压基准的原理可以通过以下步骤来解释：
1. 首先，选择一个适当的三极管，通常选用NPN型三极管，其具有较好的线性特性和温度稳定性。

2. 将三极管的发射极接地，基极通过一个适当的电阻与负载电阻相连，集电极与一个稳定电压源相连。

这样，三极管形成了一个共射放大器电路。

3. 确定适当的偏置电阻值，以及基极与发射极之间的电压。

通过充分考虑三极管的特性和电流、电压之间的关系，可以得到稳定的参考电压输出。

4. 三极管的基极电压与电流之间的关系是非常重要的，它决定了输出电压的稳定性。

通过合理地计算和调整电路参数，可以使输出电压相对稳定，并且能够抵抗环境条件的变化。

5. 三极管电压基准通常还需要与其他电路进行配合，例如稳压电路、反馈电路等。

这些电路可以进一步提高电压基准的稳定性和精度。

总结起来，三极管电压基准是一种利用三极管特性产生稳定参考电压的电路。

通过适当设计和调整电路参数，可以实现相对稳定的输出电压，并具有一定的温度稳定性。

这种电路常用于各种电子设备中，如电源电路、模拟电路等，以提供可靠的参考电压。

CMOS_带隙基准源的设计(IC课程设计报告)

VREF=VBE+MVT 将上式对温度T微分，并在室温下等于零（输出电压在室温下的理论温度系数为零），解得常数M的值。
1
图 1、带隙基准电压源原理示意图(选自 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits)
2
3 设计过程 3.1 电路结构
图 2、带隙基准电路中运算放大器的电路结构
《IC 课程设计》报告
——模拟部分
CMOS 带隙基准源的设计
华中科技大学电子科学与技术系 2004 级学生张青雅
QQ:408397243 Email:zhangqingya@
2007 年秋大四上学期 IC 课程设计报告
1
目录
1 设计目标........................................................................................................................................1 2 介绍 ...............................................................................................................................................1 3 设计过程........................................................................................................................................3
LambdaN=0.0622 由跨导公式可以算出：

ADC中高精度CMOS基准电源的设计

ADC中高精度CMOS基准电源的设计4青岛展芯微电子科技有限公司摘要：本论文针对ADC中高精度CMOS基准电源的设计进行研究。

通过对现有研究进行综述，并提出针对高精度CMOS基准电源的设计思路。

论文详细介绍了电路的拓扑结构、器件选型及布局等方面的实现。

借助仿真软件进行系统仿真，并对包括电压稳定度、温度稳定度、功耗、噪声等指标的仿真结果进行分析。

关键词：ADC；CMOS基准电源；高精度；电路设计；仿真分析一、研究背景和意义1.CMOS基准电源的重要性在模拟数字转换器（ADC）电路中，基准电源是确保ADC精度和性能的关键因素之一。

基准电源提供了稳定的参考电平，用来确定模拟电压与数字码之间的对应关系。

CMOS基准电源由于其低功耗、高精度和低噪声等优点，成为ADC设计中不可或缺的组成部分。

首先，CMOS基准电源具有低功耗的特性，可以降低整个系统的能耗。

这对于需要长时间运行或电池供电的应用非常重要，可以延长设备的使用寿命，并降低维护成本。

其次，CMOS基准电源具有高精度的特点，能够提供稳定且准确的参考电平。

这对于ADC的精准采样和转换是至关重要的。

高精度的基准电源可以减小ADC的非线性和偏差，从而提高转换的准确性和重现性。

此外，CMOS基准电源还具有低噪声的特性，能够减少电源的干扰和噪声对ADC的影响。

低噪声的基准电源可以提高ADC的信噪比和动态范围，保证输入信号的清晰度和准确性。

2.高精度基准电源在ADC中应用的意义高精度基准电源能够提供稳定可靠的参考电平。

由于信号的转换是基于基准电平进行的，如果基准电源不稳定，就会导致ADC输出的数据存在偏差或误差。

而高精度基准电源通过提供稳定的参考电平，确保了ADC在采样和转换过程中的准确性。

高精度基准电源能够提高ADC的采样精度。

采样精度是指ADC对输入信号进行离散化时的精度。

通过提供高精度的基准电源，ADC能够更准确地对输入信号进行采样和量化，从而提高数据的精确度和分辨率。

基准电压源设计

= 5.269mV）等
音频或视频
10%绝对基准电压误差
= 声级的1dB误差
与分辨率相比较
基准电压源的1ppm误差相当于20位精度 15ppm相当于16位精度 244ppm相当于12位精度(1/4000)
绝对误差一般通过校准消除
因此重要的是基准电压变化
基准电压源和规格问题
广泛的基础设施和产品基础
模拟放大器将传感器输出转换为4-20mA信号数据转换器通过4-20mA线路传输信号 HART编码算法现可提供更强的功能
典型4-20mA信号传输器件
AD693将低电平传感器输入转换为4-20mA输出，由环路电源驱动
；同时提供传感器驱动信号
典型4-20mA信号传输器件
无商用器件
跟踪基准电压源具有匹配的正负输出
负基准电压源可以利用运算放大器实现完整的基准电压源封装内置跟踪功能，性能更好
负基准电压源设计
标准反相运算放大器电路
改进的电路不需要精密电阻匹配
跟踪基准电压源
高性能跟踪基准电压源AD588利用精密调整电阻实现出色的匹配
跟踪基准电压源
使用四通道运算放大器的多路输出跟踪基准电压源设计 10V、7.5V、5V、2.5V – 其它电压可以设置需要使用精密电阻
反相运算放大器电路对传感器很有用
电流流向虚拟地，因此传感器上无电压变化通常比让电流流经电阻更快
用于电源电流检测的高端和低端
光电二极管等效电路
入射光光电流 RSH(T) 100kW 100GW CJ
理想二极管
注：温度每升高10°C，RSH减半
电流电压转换器（简图）
ISC = 30pA (0.001 fc) R = 1000MW

ldo电路工作原理

ldo电路工作原理LDO电路工作原理。

LDO（Low Dropout）稳压器是一种常见的线性稳压器，它可以在输入电压与输出电压之间的压差较小的情况下工作。

LDO电路的工作原理主要由基准电压源、误差放大器、功率放大器和反馈网络组成。

首先，基准电压源产生一个稳定的参考电压，该参考电压与设定的输出电压进行比较。

误差放大器负责将输出电压与参考电压进行比较，然后产生一个误差信号。

功率放大器接收误差信号，并根据它来调整输出电压，使其与设定值保持一致。

反馈网络则将输出电压的一部分反馈到误差放大器，以实现闭环控制。

LDO电路的工作原理可以简单概括为，当输入电压发生变化时，误差放大器会检测到输出电压的变化，并通过功率放大器对输出电压进行调节，使其恢复到设定值。

这种闭环控制的方式可以有效地抑制输入电压的波动对输出电压的影响，从而实现稳定的输出电压。

在LDO电路中，基准电压源的稳定性对整个稳压器的性能起着至关重要的作用。

一个好的基准电压源应当具备高精度、低温漂移和低噪声等特点，以确保输出电压的稳定性和精准度。

此外，LDO电路还需要考虑功率放大器的效率和稳定性。

功率放大器的效率会直接影响整个稳压器的热效应和功耗，而功率放大器的稳定性则关系到稳压器的动态响应和负载能力。

总的来说，LDO电路通过基准电压源、误差放大器、功率放大器和反馈网络的协同作用，实现了对输入电压波动的抑制，从而保证了输出电压的稳定性和精准度。

在实际应用中，设计师需要根据具体的需求和场景选择合适的LDO电路，以达到最佳的稳压效果。

以上就是关于LDO电路工作原理的简要介绍，希望对您有所帮助。

如果您对LDO电路还有其他疑问，欢迎随时与我们联系。

ams1117标准电路

ams1117标准电路AMS1117是一种具有线性调节功能的低压差正压稳压器，常用于电子设备与电路中，用于稳定输出电压。

本文将介绍AMS1117的工作原理、应用场景及使用方法。

一、工作原理AMS1117是通过基准电压源、误差放大器、功率差分放大器、输出放大器、电流限制放大器和过温保护电路构成的。

其工作原理如下：1. 基准电压源产生稳定的基准电压；2. 误差放大器通过与基准电压进行比较，产生误差信号；3. 功率差分放大器将误差信号放大并与基准电压进行比较，得到控制信号；4. 输出放大器根据控制信号调节输出电压，使其保持在设定值。

二、应用场景AMS1117广泛应用于各种电子设备和电路中，常见的应用场景有：1. 数码产品：手机、平板电脑、相机等电子设备中，用于稳定供电，提供稳定的工作电压；2. 电源模块：无线路由器、电视机、音响等家电产品中，用于输出稳定的电源；3. 电子玩具：远程遥控车、无人机等电子玩具中，用于保证电路正常工作；4. 工业控制：自动化设备、机器人等工业控制领域中，用于提供可靠的电源供应。

三、使用方法AMS1117的使用方法如下：1. 输入电压：该芯片可以接受输入电压范围为4.5V至15V，推荐输入电压为6.5V至12V；2. 输出电压：可根据需要选择不同型号的AMS1117，常见的有3.3V和5V两种输出电压；3. 连接方式：将输入电压连接到芯片的输入端（VIN），输出电压连接到芯片的输出端（VOUT）；4. 外部元件：为了保证稳压功能，可以在输入端并联一个电容和一个电阻；5. 热敏保险丝：为了保护芯片免受过热的影响，可以在输出端并联一个热敏保险丝。

四、常见问题及解决方法在使用AMS1117过程中，可能会遇到以下问题：1. 输出电压不稳定：可能是输入电压波动导致，请检查输入电压是否稳定，并合理选择输入电压范围；2. 过热现象：可能是负载过大导致芯片发热，请减小负载并加装热敏保险丝以保护芯片；3. 输出电压超过额定值：可能是输入电压超过芯片的额定值，请确保输入电压在合理范围内；4. 输出电压小于额定值：可能是负载过大导致，请减小负载并确保负载在芯片额定范围内。

几种电压基准源的比较分析

几种电压基准源的比较分析罗先才无锡华润矽科微电子有限公司摘要：电压基准根据参考源的不同可分为对正电源基准源、对负电源基准源、对地基准源和浮动基准源四种；根据电压的不同可分为1V低电源基准、1.25V基准、2.5V基准、高压基准和任意电压基准；根据使用的核心补偿器件不同又可分为传统带隙基准、耗尽增强型基准、齐纳二极管基准等几种结构。

在电路设计过程中，如何根据工艺条件和电路需要自由地选择合适的基准源电路，是电路得以快速设计成功的基石。

本文通过分析比较各种结构的实现原理、优缺点以及改进措施，使这一选择变得更加的清晰和简明。

关键词：带隙基准，齐纳二极管，耗尽型MOS场效应管，低电源带隙基准，浮动基准1引言在模拟或数模混合集成电路设计领域中，高性能电压基准源设计是关键技术之一，电压基准源为电路提供高精度基准电压或由其转化为高精度电流，为电路提供稳定而又精确的偏置。

由于工艺离散性的存在，如何选择合适的基准源结构，降低温度漂移，提高电路精度、保证批量制造IC时带隙基准电压源精度的一致性，是进一步改进基准电压源设计的重要课题。

因此需要在工艺条件有限的情况下，更多地从电路设计结构选择上着手，并在所选结构上加以改进以设计出满足要求的基准源电路。

2传统带隙基准2.1经典带隙结构及其改进传统带隙基准源是用一个正温漂得UT 和一个负温漂的UBE求和得到的一个零温漂的参考电压。

其基本原理如下左图所示，三极管发射结压降UBE在室温下的温度系数为－2.2mv/.C,而热电压UT(k.T/q)的温度系数为0.085mV/.C,如图中，将这两个参数求和得：UREF =KUT+UBE在室温条件下上式对温度T求微分，并使这一微分结果为零，即可解出K得理论设计值，最后使得输出电压UREF理论上在室温附件基本零温漂。

其图中的PNP通常是Nwell工艺中的寄生P+/NW/Psub三极管，设计出来的基准通常是相对GND的稳定电压。

在Pwell工艺中寄生三极管则是N+/PW/Nsub,下面的示意图正好上下颠倒过来即可，这样设计出来的基准也正好是相对电源的稳定电压。

丅L431的原理及应用电路

丅L431的原理及应用电路1. 引言丅L431（也称为TL431）是一种广泛应用于电源管理领域的三端稳压器。

它具有优良的线性调整特性和稳定的输出电压，可用于电源电压稳定、电池充电管理等应用。

本文将介绍丅L431的原理及其常见的应用电路。

2. 丅L431的原理丅L431采用了基准电压源、比较放大器和输出驱动电路，并通过内部反馈实现稳压功能。

2.1 基准电压源丅L431内部有一个基准电压源，通常为2.5V。

该电压源提供了一个稳定的参考电压，用于比较放大器的输入端。

2.2 比较放大器丅L431内部的比较放大器将输入电压与基准电压进行比较。

当输入电压低于基准电压时，放大器会增大输出电压，从而调整负载电压。

反之，当输入电压高于基准电压时，放大器会减小输出电压，以实现稳压。

2.3 输出驱动电路丅L431的输出驱动电路控制输出电压的变化。

它可以提供足够的电流来驱动负载，并通过负反馈追踪输出电压的变动。

3. 丅L431的应用电路3.1 电源电压稳定丅L431可以用作电源电压稳定器，通过设置合适的分压电阻网络和反馈电路来控制输出电压。

3.1.1 串联稳压电路以下是丅L431的串联稳压电路示意图：•输入电压：Vin•输出电压：Vout•分压电阻：R1和R2电路连接方式如下：1.将Vout端与R2连接；2.将R1的一端接地，另一端与Vout和丅L431的引脚相连；3.将Vin与丅L431的引脚相连。

通过适当选取R1和R2的阻值，可以得到所需的输出电压。

3.1.2 并联稳压电路以下是丅L431的并联稳压电路示意图：•输入电压：Vin•输出电压：Vout•分压电阻：R1和R2电路连接方式如下：1.将Vout端与丅L431的引脚相连；2.将R1的一端连接到Vin，另一端与R2相连；3.将R2的另一端与丅L431的引脚相连。

与串联稳压电路类似地，适当选取R1和R2的阻值可以得到所需的输出电压。

3.2 电池充电管理丅L431还可以用于电池充电管理电路中，例如电池过充或欠充保护电路。

基准电压源及放大

果。
MC1403
MC1403是低压基准芯片。一般用作8～12bit 的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。 MC1403采用8脚双列直插式封装，有5个空脚。输入电压范围是 4.5~15V，输出电压的允许范围是 2.475~2.525V，典型值是2.500V。
基准电压电路原理图
基准电压源及放大电路设计
实验任务
设计一个基准电压的产生和放大电路。（1）采用基准电压源产生一个2.0V的稳定电
压；（2）采用运放对基准电压源进行放大。
前期准备
查阅资料，设计电路原理图，确定器件及参数。通过查阅资料，基准电压源采用MC1403，放
大电路采用LM358运算放大器。用Multisim画原理图并进行仿真，记录仿真结
MC1403是低压基准芯片。 MC1403是低压基准芯片。电源电压范围宽：单电源(3—30V) 基准电压源及放大电路设计
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
查阅资料，设计电路原理图，确定器件及参数。
LM358AD主要参数 MC1403是低压基准芯片。
MC1403采用8脚双列直插式封装，有5个空脚。
5单2位5V增，益典频型带值宽是(约2差.1MH模z) 输入电压范围宽，等于电源电压范围
单位增益频带宽(约1MHz) 共模输入电压范围宽，包括接地
LM358AD主要参数 LM358AD主要参数 MC1403是低压基准芯片。
Multism仿真
LM358
LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电1）采用基准电压源产生一个2. （1）采用基准电压源产生一个2. 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

高精度宽范围恒流源设计

高精度宽范围恒流源设计吴茂成(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要:设计了一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A。

详细分析了该电路的工作原理,公式推导证明了设计的正确性,并对实际应用中元器件的选取进行了说明。

对所设计恒流源电路的性能进行了测试,测试结果表明:该电路精度高、稳定性好,输出电流精度相对误差的最大值为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。

关键词:恒流源;高精度;运算放大器;反馈中图分类号:T M933 文献标识码:B文章编号:1001-1390-(2011)01-0064-03D esi gn of a H i gh-precision W i de-range Constant-current SourceWU M ao-cheng(Depart m ent o f Physics Sc i e nce and Techno logy,Soocho w Un i v ersity,Suzhou215006,Ji a ngsu,Ch i n a)A bstract:A w i d e-range high-precisi o n constant-current source i s presented,wh ic h is m a i n l y co m prised o f a vo lt age reference,so m e operational a mp lifiers and a darli n g ton transistor.The range of the circu itry s output curren t va l u e is fro m1 A to1A.The w orking pr i n ciple o f the designed constant-current circu itry is ana l y zed i n details and deduced m athe m atica lly,and the se lective ru les o f the practica l e le m ents are ill u m i n ated.The perfor m ance o f the designed con stant-current source is tested,and the resu lts i n dicate t h at the circu itry cou l d generate a high-prec ision steady cur ren.t The m ax i m al re lati v e error of precisi o n and m ax i m al error o f stab ility of the ou t p ut current are0.152%and0. 047%respecti v e l y.K ey words:constant-current source,h i g h-prec ision,operati o na l a m plifier,feedback0 引言恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源,在金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验中应用广泛。

带隙电压基准的设计_毕业设计

Keywords:MOS device; bandgap voltage reference; extraction; output voltage temperature coefficient;
0
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。

带隙基准电路设计

帯隙基准电路设计（东南大学集成电路学院）一.基准电压源概述基准电压源(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，它是模拟和数字电路中的核心模块之一，在DC/DC ，ADC ，DAC 以及DRAM 等集成电路设计中有广泛的应用。

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，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。

在CMOS 技术中基准产生的设计，着重于公认的“帯隙”技术，它可以实现高电源抑制比和低温度系数，因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路。

基于CMOS 的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。

常用的包括Banba 和Leung 结构带薪基准电压源电路。

在综合考虑各方面性能需求后，本文采用的是Banba 结构进行设计，该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR 高的特点，最后使用Candence 软件进行仿真调试。

二.帯隙基准电路原理与结构1.工作原理带隙基准电压源的设计原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性，通过将两个具有相反温度系数的电压进行线性组合来得到零温度系数的电压。

用数学方法表示可以为：2211V V V REF αα+=，且02211=∂∂+∂∂T V T V αα。

1).负温度系数的实现根据双极性晶体管的器件特性可知，双极型晶体管的基极-发射极电压BE V 具有负温度系数。

推导如下：对于一个双极性器件，其集电极电流)/(ex p T BE S C V V I I =，其中q kT V T /=，约为0.026V ，S I 为饱和电流。

根据集电极电流公式，得到：SC T BE I I V V ln= (2.1) 为了简化分析，假设C I 保持不变，这样： TI I V I I T V T V S S T S C T BE ∂∂-∂∂=∂∂ln (2.2) 根据半导体物理知识可知：kT E bT I gm S -=+ex p 4 (2.3)其中b 为比例系数，m ≈−3/2，Eg 为硅的带隙能量，约为1.12eV 。

一种带隙基准电路电压源设计

一种带隙基准电路电压源设计摘要：针对传统带隙基准源仅采用一阶温度补偿技术导致温度系数较差的问题就需要采用高阶曲率补偿电路。

曲率补偿的方法是通过在基准源输出电压上叠加一个温度的指数函数，从而实现高阶补偿的目的。

电路基于tsmc0.18um工艺，Candence行仿真。

测试结果表明，温度由-40℃变化到125℃时,使用高阶温度补偿后带隙基准电压的温度漂移系数为6.60ppm/℃电源抑制比62.81dB。

关键词：带隙基准电路、曲率补偿引言基准源是模拟电路或者数模混合信号集成电路的重要组成部分，基准源的建立要求是与电源、工艺和温度无关的电压源或者电流源，基准源在整个电路或者系统中通过对基准电压比来处理输入信号，此时基准的性能会直接影响电路或者系统的性能。

所以基准源应该具有的抗干扰能力，此时就要降低基准源的温度系数，同时保证有较大的抑制比。

一般的带隙基准电路只采用一阶温度补偿的策略来实现基准源的设计，但是要降低温度系数，就要采用高阶温度补偿策略。

把一阶线性电流引人三极管的集电极，利用三级管基极-发射极电压的叠加得到产生一个具有高阶温度系数补偿电流，然后将高阶温度系数补偿电流产生的电压与一阶温度补偿电流产生的电压叠加实现多阶温度补偿，此外可以调整电阻的阻值来控制正带隙电压的温度特性，利用电路中的运放与负反馈来提高电路的电源电压抑制比。

1.电路设计已知带隙基准是由正温度系数电压（PTAT）与负温度系数电压（CTAT）按照一定比例组合产生与温度无关的基准电压（Vref）。

传统基准源设计由pnp三极管Q1与Q2的VBE之差产生了PTAT电压，再通过R1将PTAT电压转化为电流输出，然后利用运放出入端V+、V-相同输出电压为0V，运放将R1产生的PTAT电流通过Q5、Q6的电流镜拷贝输出，R2作为负载和Q3一起将PTAT电流转化为电压输出，电路所有的三极管都为二极管连接方式。

1-1传统带隙基准源1.1研究方案带隙基准电压源的基本原理就是用具有正温度系数的PTAT电压与具有负温度系数的VBE 电压相叠加，从而形成低温度系数的输出电压。

高性能带隙基准电压源的研究与设计

第二种是一款具有良好热稳定性的三端可调式精密稳压基准源芯片 XD6201。该芯片基于 2μm 35V Bipolar 工艺进行设计，基准电压(2.5V)精度达到了±0.5%，且有宽的输出电压范围(2.5V~30V)。芯片动态输出阻抗仅为 0.2Ω，最大漏电流能力为 200mA。最后对芯片进行了仿真验证，结果显示该芯片的电特性均达到或优于设计指标。
The first voltage reference without an error amplifier based on 0.4μm BCD process is applied to an active power factor correction controller chip. Due to the high supply voltage of the chip, the reference is required to operate over a voltage range of 9.7V to 20V and achieves a perfect PSRR performance. Simulations show that, a temperature coefficient of 10.8ppm/℃ from -40℃ to 125℃, a PSRR up to -108dB within 1KHz and a line regulation of 2.52μV/V can be achieved.
Keywords: Bandgap Reference Temperature Coefficient PSRR Temperature Compensation
西安电子科技大学
学位论文独创性(或创新性)声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

带隙基准电压源

带隙基准电压源1. 引言带隙基准电压源（或称为带隙电压参考源）是集成电路设计中的关键模块之一。

它提供了一个稳定、精确的参考电压，用于校准其他模块的工作电压。

带隙基准电压源常用于模拟集成电路或传感器的校准、温度补偿等场景。

本文将介绍带隙基准电压源的工作原理、设计方法和常见应用。

2. 工作原理带隙基准电压源利用半导体材料的能带结构和温度特性实现电压的稳定。

它的基本原理是通过将两个与温度敏感度相反的元件串联（通常为PN结），使得温度系数互相抵消。

这样，温度变化对电压的影响将大大减小。

在带隙基准电压源中，常用的元件组合包括基准二极管和反向温度补偿二极管。

基准二极管利用了PN结的温度特性和电压偏置效应，实现了相对稳定的电压参考源。

而反向温度补偿二极管则通过调节电流和温度敏感度，来抵消基准二极管电压的温度漂移。

3. 设计方法设计带隙基准电压源需要考虑多个因素，包括温度系数、稳定性、功耗等。

以下是常见的设计方法：3.1 电流源设计带隙基准电压源需要一个稳定的电流源来提供工作电流。

常见的电流源包括简单的电阻、电流镜等。

电流源的选择要考虑稳定性、温度系数以及功耗等因素。

3.2 温度补偿为了抵消温度变化对电压的影响，需要引入一个反向温度补偿二极管。

这个二极管的电流和温度系数需要和基准二极管匹配，以实现温度补偿效果。

常见的方法包括调节电流和温度敏感度，使得反向温度补偿二极管的温度变化与基准二极管的温度变化相互抵消。

3.3 输出缓冲带隙基准电压源的输出需要通过一个缓冲放大器来驱动其他模块。

缓冲放大器的选择要考虑输出电压范围、增益稳定性以及功耗等因素。

4. 常见应用带隙基准电压源在集成电路设计中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：4.1 ADC的参考电压源带隙基准电压源常用于ADC（模数转换器）的参考电压源。

ADC通常需要一个稳定的参考电压来将模拟输入转换为数字信号。

带隙基准电压源的稳定性和精度使得它成为理想的参考电压源。

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。

运放基准电压

运放基准电压
运放基准电压是指运放输出端与非反馈输入端之间的电压差，它是运放内部电路设计的一个重要参数。

基准电压的准确性和稳定性对于运放的性能和应用有着重要影响。

在运放电路中，基准电压用于参考和比较输入信号，从而实现信号放大、滤波、调节等功能。

基准电压的稳定性决定了运放的放大倍数和输出精度，因此在运放设计中十分重要。

运放基准电压通常由电流源、电阻和电压参考源等组成。

电流源通过电阻将电流转换为电压，电流源与电阻的组合形成了基准电压。

电压参考源则提供了一个稳定的基准电压。

通过合理设计这些电路元件的参数和结构，可以得到一个稳定准确的基准电压。

为了提高基准电压的准确性和稳定性，可以采用一些方法和技术。

首先，选择合适的电压参考源，如基准电压源、温度补偿电压源等。

其次，可以使用低温漂移的电阻和电容，以减小温度对基准电压的影响。

另外，还可以采用反馈电路和自校准电路等技术手段，进一步提高基准电压的准确性和稳定性。

在运放应用中，基准电压的准确性和稳定性对于放大器的性能和精度至关重要。

如果基准电压不准确或不稳定，会导致放大器的输出失真、误差增大等问题。

因此，在设计和选择运放电路时，需要充分考虑基准电压的特性和要求。

基准电压还与运放的工作温度、供电电压等因素密切相关。

在实际应用中，需要根据具体情况来选择合适的运放和基准电压设计方案，以满足系统的要求。

基准电压是运放电路中的重要参数，它的准确性和稳定性对于运放的性能和应用至关重要。

通过合理设计和选择电路元件，采用适当的技术手段，可以提高基准电压的准确性和稳定性，从而实现更好的放大器性能和精度。

LDO稳压器高精度电压基准源的分析与设计

LDO稳压器高精度电压基准源的分析与设计LDO稳压器是一种线性稳压器件，其主要功能是在输入电压变化的情况下稳定输出电压。

在很多应用中，需要使用高精度的电压基准源，以确保系统的稳定性和可靠性。

本文将对LDO稳压器高精度电压基准源的分析与设计进行详细讨论。

一、LDO稳压器的基本原理1.输入部分：输入电压经过低通滤波器（包括电容和电感等元件）减少高频噪声，并经过差分放大器的差模输入端。

差分放大器通过放大输入电压与参考电压之间的差值，并产生控制信号。

2.控制部分：控制信号经过放大后驱动功率晶体管的基极，由功率晶体管控制输出电压的大小。

3.输出部分：输出电压通过低通滤波器进一步去除噪声，并输出给负载。

二、高精度电压基准源的要求在很多应用中，需要使用高精度的电压基准源来提供稳定的参考电压。

高精度电压基准源的主要要求如下：1.电压稳定性：电压基准源必须具有高稳定性，即在输入电压变化的情况下，输出电压的变化极小。

2.温度稳定性：电压基准源应具有良好的温度特性，即在不同温度下，输出电压的变化较小。

3.噪声抑制：电压基准源应具有较好的噪声抑制能力，避免将噪声传导到输出端。

三、LDO稳压器高精度电压基准源的设计为了设计一个高精度的LDO稳压器电压基准源，需要考虑以下几个方面：1.参考电压源：选择合适的参考电压源是设计高精度电压基准源的关键。

通常使用基于温度补偿的电流源或电压源作为参考电压。

2.温度补偿：为了提高电压基准源的温度稳定性，可以采用温度补偿电路。

该电路可以根据温度的变化自动调整参考电压的大小。

3.噪声抑制：为了降低电压基准源的噪声水平，可以采用滤波电路和抑制电容等方法。

滤波电路可以减小输入电压的高频噪声，而抑制电容则可以降低输出电压的噪声。

4.反馈控制：为了保持输出电压的稳定，需要设计一个反馈控制电路。

该电路可以将输出电压与参考电压进行比较，并调整差分放大器的放大倍数，以实现稳定的输出电压。

在设计过程中，还需要考虑其他因素，如功耗、成本和尺寸等。