带隙基准源
带隙基准源
开放性创意
• 1）用NMOS阈值电压的负温度系数，加上 PMOS阈值电压的正温度系数合成低温漂基 准源； • 2）从MOS管源-漏特性复制出与电源电压无 关的电学参数； • 3）两个温度系数的电压去相减；
失败尝试
低温漂CMOS基准源的设计
By 丁力
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第一二章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
研究原因
• 基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。它的温 度稳定性以及抗噪声能力影响到整个系统的精度和性能。 • 近年来，芯片系统集成（system on chip）技术已经受到学术 界及工业界广泛关注．随着电路系统结构的进一步复杂化，对 模拟电路基本模块提出了更高精度及速度的要求。 • 笔者个人的学习工作经历。
论文结构
• 1）介绍CMOS带隙基准源的现状、发展趋势 以及本课题研究目的意义； • 2）介绍基准源的分类，详细分析带隙基准源 的基本原理和几种基本框架，并分析其优缺 点； • 3）对高精度的CMOS带隙基准源进行设计分 析和模拟仿真；
基准源基本原理
MOS管型基准源
VGS1 VGS 2 I REF R
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第三章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
整体电路的设计
启动电路 偏置电路 运算放大电路 BANBA基准源
《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
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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》课件
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。
带隙基准源
带隙基准源随着科技发展的进步，越来越多的技术被不断发展出来，以满足各种应用的需要。
带隙基准源正是其中的一种。
它是一种特殊的基准源，可以替代传统的精密电阻和手动调节电位器，以实现在各种信号转换情况下进行精确检测和校准的目的。
与传统基准源相比，带隙基准源具有更宽的带宽、更高的分辨率和更优质的性能。
带隙基准源可以为信号转换提供精确的基准电压。
它还可以用于测量模拟和数字信号之间的差异，测量模拟信号的精确幅值，测量模拟参考信号的质量，测量量的高低质量，甚至在模拟-数字变换时进行质量检测，等等。
此外，带隙基准源在精密和抗电磁干扰方面表现优异。
由于它的高准确度，可以应用于航空、航天、数据通信、医疗等对高精度要求较高的行业。
在带隙基准源的结构中，基本组件包括电压发生器（Voltage Generator）、精密微控制器（Precision Microcontroller）、电解电容（Electrolytic Capacitor）、半导体二极管（Semiconductor Diode）和锂离子电池（Lithium-ion Battery）等元件。
它们之间的连接方式也不一样，可以是并联也可以是串联，以满足不同的工作要求。
带隙基准源的应用价值非常大，它们可提供精确、准确、稳定、可靠的信号转换，这可以满足各类信号处理系统的需求，从而提高系统效率和工作质量。
它们不仅在航空航天、数据通信和医疗行业都有重要的应用，在家用电器中也受到广泛使用，比如电视机、音响和空调等等。
总之，带隙基准源是非常有用的一种技术，可以为各种应用提供精确的信号转换。
它的优点有多种，结构紧凑，性能稳定、可靠，需要的功耗小，噪声抑制好，可靠性好等等。
随着技术的不断发展，带隙基准源将在未来有更广泛的应用。
带隙基准源研究现状与发展前景综述
带隙基准源研究现状与发展前景综述摘要：带隙基准源（Bandgap Reference），又称能隙基准源。
由于其具有优异的温度稳定性，常用于高精度的电压参考。
基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。
它的温度稳定性以及抗噪声能力影响到整个系统的精度和性能。
近年来，芯片系统集成（SOC）技术已经受到学术界及工业界广泛关注。
随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高精度及速度的要求。
而带隙基准源相较于传统基准源有诸多优点，应用广泛，研究价值大，发展前景良好。
关键词：带隙基准源；集成电路；芯片系统集成；高精度1、引言输出不随温度、电源电压变化的基准源在模拟和混合集成电路中应用非常广泛,例如数据转换电路与稳压电路[1]。
在集成电路中,有三种常用的基准源:掩埋齐纳(Zener)基准源、XFET基准源和带隙(Bandgap)基准源[2]。
随着片上系统(SOC)的迅速发展,系统要求模拟集成模块能够兼容标准CMOS工艺,在SOC上,数字集成模块的噪声容易通过电源和地耦合到模拟集成模块,这要求模拟集成模块的PSRR非常高。
同时,由于移动电子设备的逐渐增多,要求模拟集成电路的电源电压能够降至1 V左右,功耗在μW量级上[3]。
所以,尽管掩埋齐纳基准源和XFET基准源的输出温度稳定性非常好,但是它们的制造流程都不能兼容标准CMOS工艺,并且掩埋齐纳基准源的输出电压一般大于5V。
带隙基准电压源包括双极型带隙基准源和CMOS带隙基准源,工艺条件宽。
带隙基准电压源的性能较其他基准有了很大的飞跃。
带隙基准输出电压受温度和电源电压影响小,并且其精度高。
基准的初始精度、温度系数、长期漂移、噪声电压等性能指标从低到高覆盖面比较宽,适用于多种不同精度要求的系统中。
该类基准既有为通常目的设计的类型,也有静态电流小至几十微安,输入输出电压差较低而适用于电池供电场合的产品,因而应用范围很宽。
综合来看,带隙基准性能良好,价格适中,是性价比最高的电压基准。
带隙基准源
带隙基准源基本指标：共模抑制比（高）；开环增益（）；失调电压（低）；压摆率（）；随温度变化率/系数（低）；温漂（低）；功耗（低）；相位裕度，理想相位裕度60°；温度系数TC(temperature coefficient)：指温度变化引起的输出电压的变化，一般用ppm/℃来表示。
温度系数反映基准源在整个工作温度范围内输出电压最大值与最小值相对正常输出时的变化，对于一阶补偿的带隙基准源电路而言，温度系数一般在几十ppm/℃，经过二阶或高阶的非线性补偿的电路，温度系数可以达到几个ppm/℃以下。
目前常用的高阶温度补偿技术包括：二阶曲线补偿技术[10]，指数曲线补偿技术，线形化V BE的技术[11]，基于电阻比值的温度系数的曲线补偿方法等。
线性调整率：用来描述直流情况下电源电压波动对基准电压的影响程度。
调整率越小，基准输出电压越稳定。
它是基准电压的直流特性参数，与瞬时状态无关。
电源抑制比：表示电源电压在小信号情况下的变化量与基准的变化量之比。
亦即等于差分放大倍数与由于Vdd变化引起的放大倍数之比，表达式为A V （Vdd=0）/A V dd（Vin=0），它是基准电压的交流特性参数。
噪声：基准输出电压中的噪声通常包括宽带热噪声和窄带l / f 噪声。
宽带噪声可以应用RC滤波器等电路有效的过滤清除。
而l / f 噪声是基准源内在固有的噪声，不能被滤除，一般在0.1到10Hz范围内发挥作用。
对高精度系统，低频的l / f 噪声的影响是一个重要的参数。
建立时间：指电源上电后，基准源输出达到正常值所需的时间。
表4-1电压基准源设计指标设计指标描述最小值典型值最大值单位工作温度-40 27 85 ℃工作电压 4.5 5 5.5 V 输出电压 1.24/2.48 1.25/2.50 1.26/2.52 V 输出电流 2 mA 温度系数30 ppm/℃电源纹波抑制比(2MHz) -20 -30 -50 dB采用自举输入还有以下优点:1)消除了Q1和Q2管的厄尔利效应不对称对K CMR的影响,同时,Q1,2的基极电压和Q5,6的基极电压将随输入共模电压变化,形成共模反馈,所以,K CMR得以大大提高;2)V CB1,2≈0,能有效地消除集-基反向漏电流I CBO对I B的有害干扰;3)由于基极电流很小,所以,该电路有很高的输入阻抗。
bandgap带隙基准源电路
bandgap带隙基准源电路Bandgap带隙基准源电路是一种用于产生带隙基准电压的电路，它在模拟电路设计和集成电路设计中具有重要的作用。
带隙基准电压是一种与温度和电源电压无关的直流电压，它可以用于电路的偏置、ADC的基准、温度传感器等。
带隙基准源电路的设计原理是基于硅材料的带隙能量，它的带隙能量为1.12eV，对应于温度为273.15K。
带隙基准源电路的核心思想是将带隙能量转化为直流电压，并通过一定的放大和调节电路，得到温度和电源电压无关的基准电压。
带隙基准源电路的基本结构包括三个部分：偏置电路、带隙电压产生电路和放大电路。
其中，偏置电路用于产生一个与电源电压无关的直流电流，带隙电压产生电路用于将带隙能量转化为直流电压，并且放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
偏置电路通常采用一个PNP晶体管和一个电阻组成，PNP晶体管的基极-发射极电压作为偏置电压。
这个偏置电压具有负的温度系数，即随着温度的升高，它的值会减小。
为了使整个电路的温度系数为零，需要将这个偏置电压与一个具有正温度系数的电压进行补偿。
带隙电压产生电路通常采用两个晶体管和电阻组成，其中一个晶体管的基极-发射极电压作为带隙电压，另一个晶体管的基极-发射极电压具有正的温度系数。
通过调节两个晶体管的发射极电流比值，可以得到一个与温度无关的带隙电压。
放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
通常采用一个高精度、低噪声的放大器，将带隙基准电压进行放大和调节。
放大器的增益和带宽需要满足一定的要求，以确保带隙基准电压的精度和稳定性。
在实际应用中，带隙基准源电路还需要考虑一些其他的因素，如电源噪声、温度范围、功耗等。
为了实现高精度的带隙基准电压，需要采用一些优化设计方法，如低噪声电源、温度补偿技术、自偏置电路等。
在实际应用中，带隙基准源电路有着广泛的应用。
它可以用于各种类型的模拟电路和数字电路中，如运算放大器、比较器、ADC、DAC、PLL等。
它可以提供高精度的基准电压，帮助这些电路实现高精度、低噪声、稳定的性能。
带隙基准源工作原理
带隙基准源工作原理
嘿，朋友们！今天咱就来好好聊聊带隙基准源的工作原理，这可真是个超级有趣的东西呢！
你知道不，带隙基准源就好像是电路世界里的定海神针！比如说，想象一下你的手机，要是没有一个稳定可靠的基准源，那各种功能还不得乱套呀？它能给电路提供一个非常精准、几乎不受温度等外界因素影响的电压或电流基准。
咱先看看它是怎么工作的哈。
带隙基准源就像是一个聪明的小魔法师，它通过巧妙地利用半导体的特性来实现神奇的功能。
就像你在游戏里不断组合技能来打败怪兽一样，带隙基准源利用不同的半导体元件和电路结构，变出那个稳定精确的基准。
比如说，一些特殊的晶体管就像是它的魔法道具，通过它们之间的相互作用和配合，哇塞，稳定的基准就出来啦！
然后呢，它还特别厉害，不管周围环境怎么变化，温度忽高忽低，它都能稳稳地坚守自己的阵地。
这多牛啊！就好像在一个狂风暴雨的天气里，别人都被吹得东倒西歪，而带隙基准源就像那个坚定的灯塔，一动不动地给电路指引方向。
“哎呀，这带隙基准源也太神了吧！”你可能会这么感叹。
没错呀，它就是这么神奇！它在各种电子设备里默默工作，我们可能平时都注意不到它，但要是没有它，那可就乱套啦！所以说，千万别小看这个小小的带隙基准源哦！
我觉得啊，带隙基准源真的是电子世界中不可或缺的一部分，它虽然不起眼，但发挥的作用那是巨大无比的。
没有它，我们的电子设备哪会有这么稳定可靠的性能呀！怎么样，现在是不是对带隙基准源的工作原理更感兴趣啦？。
带隙电压基准源的设计与分析
带隙电压基准源的设计与分析摘要介绍了基准源的发展和基本工作原理以及目前较常用的带隙基准源电路结构。
设计了一种基于Banba结构的基准源电路，重点对自启动电路及放大电路部分进行了分析，得到并分析了输出电压与温度的关系。
文中对带隙电压基准源的设计与分析，可以为电压基准源相关的设计人员提供参考。
可以为串联型稳压电路、A／D和D／A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。
基准源广泛应用于各种模拟集成电路、数模混合信号集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。
在模／数转换器(ADC)、数／模转换器(DAC)、动态存储器(DRAM)等集成电路设计中，低温度系数、高电源抑制比(PSRR)的基准源设计十分关键。
在集成电路工艺发展早期，基准源主要采用齐纳基准源实现，如图1(a)所示。
它利用了齐纳二极管被反向击穿时两端的电压。
由于半导体表面的沾污等封装原因，齐纳二极管噪声严重且不稳定。
之后人们把齐纳结移动到表面以下，支撑掩埋型齐纳基准源，噪声和稳定性有较大改观，如图1(b)所示。
其缺点：首先齐纳二极管正常工作电压在6～8 V，不能应用于低电压电路；并且高精度的齐纳二极管对工艺要求严格、造价相对较高。
1971年，Widlar首次提出带隙基准结构。
它利用VBE的正温度系数和△VBE的负温度系数特性，两者相加可得零温度系数。
相比齐纳基准源，Widlar型带隙基准源具有更低的输出电压，更小的噪声，更好的稳定性。
接下来的1973年和1974年，Kujik和Brokaw分别提出了改进带隙基准结构。
新的结构中将运算放大器用于电压钳位，提高了基准输出电压的精度。
以上经典结构奠定了带隙基准理论的基础。
文中介绍带隙基准源的基本原理及其基本结构，设计了一种基于Banba结构的带隙基准源，相对于Banba结构，增加了自启动电路模块及放大电路模块，使其可以自动进入正常工作状态并增加其稳定性。
1 带隙基准源工作原理由于带隙电压基准源能够实现高电源抑制比和低温度系数，是目前各种基准电压源电路中性能最佳的基准源电路。
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。
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
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。
bjt带隙基准源
bjt带隙基准源一、背景介绍BJT（双极性晶体管）是一种常用的电子器件，具有广泛的应用领域。
在某些应用中，需要准确、稳定的电压参考源。
而bjt带隙基准源就是一种常用的电压参考源。
二、bjt带隙基准源原理bjt带隙基准源是利用PN结的温度特性来产生稳定的电压参考源。
其原理如下：1. 在bjt带隙基准源中，使用两个PN结，即基-发射结和基-集电结。
2. 基-发射结和基-集电结的温度特性是不同的，基-发射结的电压随温度的升高而下降，而基-集电结的电压随温度的升高而上升。
3. 通过合理选取PN结的参数和电路设计，可以使得基-发射结和基-集电结的温度特性互相抵消，从而产生稳定的电压参考源。
三、bjt带隙基准源的优势bjt带隙基准源具有以下优势： 1. 稳定性高：由于利用了PN结的温度特性，bjt带隙基准源的输出电压稳定性较高。
2. 温度系数小：由于基-发射结和基-集电结的温度特性互相抵消，bjt带隙基准源的温度系数较小。
3. 成本低：bjt带隙基准源的制造成本相对较低，适用于大规模生产。
四、bjt带隙基准源的应用bjt带隙基准源在电子设备中有广泛的应用，主要包括以下几个方面： 1. 温度传感器：由于bjt带隙基准源的温度系数小，可以用作温度传感器的基准源，提高测量的准确性。
2. A/D转换器：在A/D转换器中，需要一个稳定的参考电压源，以确保转换的准确性。
bjt带隙基准源可以提供稳定的参考电压。
3. 电压源：在一些需要稳定电压的电路中，bjt带隙基准源可以作为电压源使用，提供稳定的工作电压。
4. 温度补偿：由于bjt带隙基准源的温度系数小，可以用作其他元件的温度补偿源，提高整个电路的稳定性。
五、bjt带隙基准源的改进方法为了进一步提高bjt带隙基准源的性能，可以采取以下改进方法： 1. 优化PN结参数：通过改变PN结的参数，如材料类型、掺杂浓度等，可以改变PN结的温度特性，从而提高bjt带隙基准源的性能。
带隙基准电压源(Bandgap)设计范例
REFERENCE
Book: [1] Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis et. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits(4th Edition). John Wiley & Sons, Inc., 2001. 314-326. [2] Behzad Razavi. Design of Analog CMOS Integrated Circuit. The McGraw-Hill Companies，Inc. ，2001. P384～P390 [3] 比查德.拉扎维（著） ，陈贵灿，程军等(译). 模拟 CMOS 集成电路设计. 西 安交通大学出版社，2003，312-320
I1 I2 I 1 AE19 VR21 = ∆VBE = VBE19 − VBE12 = VT ln I − VT ln I = VT ln I A S12 S19 2 E12
（1.3） 式中， AE19、 AE12 是 Q19 、 Q12 管的发射区面积， 它们的比值为 N： 1。由于 VA=VB， I1=I2，代入（3）式得
VR 21 = VT ln ( N )
（1.4）
故 VREF 为 VREF = VBE11 + VR 21 + VR20 + VR19 = VBE11 + （ （1.5） 从上式中可得到基准电压只与 PN 结的正向压降、 电阻的比值以及 Q12 和 Q19 的发射区面积比有关，因此在实际的工艺制作中将会有很高的精度。当基准建立 之后，基准电压与输入电压无关。第一项 VEB 具有负的温度系数，在室温时大约 为-2mV/℃，第二项 VT 具有正的温度系数，在室温时大约为+0.087mV/℃，通过 设定合适的工作点，便 可以使两项之和在某一温度下达到零温度系数，从而得到 具有较好温度特性的电压基准。 图 2（a）中 IBIAS 是基准提供给其它模块的电流，它与微电流源产生的电流 Iref 成比例关系，I0 为提供给参考电压产生模块的电流源，它同微电流源同样成 一定的比例关系，而对于微电流源我们有： VBE 25 = VBE26 + Iref * Rnew1
bjt带隙基准源
bjt带隙基准源（最新版）目录1.概述2.原理3.应用领域4.发展趋势正文1.概述bjt 带隙基准源，全称为双极型晶体管带隙基准源，是一种基于双极型晶体管的基准电压源。
作为模拟集成电路中的一种重要元器件，bjt 带隙基准源在电子设备中有着广泛的应用。
2.原理bjt 带隙基准源的原理主要基于双极型晶体管的导通电压与带隙电压之间的关系。
双极型晶体管的导通电压由发射结和集电结的电压差决定，当发射结电压达到一定值时，晶体管开始导通。
而带隙电压是指晶体管的发射结和集电结之间的电压差，当发射结电压达到带隙电压时，晶体管进入导通状态。
bjt 带隙基准源的工作原理是：通过调整晶体管的结构参数，使得晶体管的发射结电压达到带隙电压，从而实现稳定的基准电压输出。
3.应用领域bjt 带隙基准源广泛应用于各种模拟电路和数字电路中，如电压基准源、电流基准源、比较器、振荡器等。
在实际应用中，bjt 带隙基准源具有较低的温度漂移、较高的稳定性和可靠性等优点，能够为电子设备提供稳定的基准电压，保证电路性能的可靠性。
4.发展趋势随着电子技术的不断发展，对 bjt 带隙基准源的需求也在不断提高。
未来，bjt 带隙基准源的发展趋势将主要表现在以下几个方面：（1）更高的精度：随着集成电路工艺的不断进步，bjt 带隙基准源的精度将得到进一步提升，以满足更高精度电子设备的需求。
（2）更低的温度漂移：通过优化晶体管结构和制造工艺，降低 bjt 带隙基准源的温度漂移，提高其在不同温度下的稳定性。
（3）更小的体积：随着微电子技术的发展，bjt 带隙基准源的体积将进一步缩小，以满足微型化、集成化的需求。
带隙基准电压源课件ppt
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。
已知既定温漂系数 PPM为17.2，且n=7， 因为R1为26k，由公式
PPM R2 lnn R1
可推出R2，取整后暂 时R2设置为260k.
实验电路仿真
电阻R2初始值为260k时，输出电压随温度变化而变化的曲线。
实验电路仿真
为探究输出曲线的 最佳温度特性，设电阻 R2为变量R，并给其一 个变化范围，并缩小范 围找出同等温度范围内， 相对最好的温度特性的 输出曲线。右图为R设 置为200K到300K之间 的输出曲线。由图可知 R2为260k时，曲线较 为平缓，温度特性较好.
带隙基准电压源
意义
电压基准源通常要求具有较高的精度和稳定度：
• 不随电源电压变化 • 不随温度变化 • 不随半导体工艺变化
由于电压基准源的上述特性，其在集成电路的设计中扮演极其重要 的作用。尤其各种DAC，ADC，传感器芯片，检测芯片，电源管理类等 芯片中广泛使用！
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：
（3）
将（3）与 V R E FV B Ea2(V Tlnn)联立可得：
PPM= R2 lnn 17.2 R1
由此可设计电路，假设取n=7，令R1=26k，计算 得R2=260k
带隙基准电压源的基本原理
带隙基准电压源的基本原理带隙基准电压源是一种用于产生精确稳定的参考电压的电路。
在许多电子器件中，需要一个稳定的电压来作为参考，例如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）、放大器、航天器等。
而带隙基准电压源能提供一个非常稳定且几乎不受温度和供电电压变化的电压。
1.硅基隙参考电压：带隙基准电压源的原理基于半导体物质中的能带隙。
在半导体材料中，能带是指电子在晶格中移动的能力。
在导带（conduction band）和价带（valence band）之间有一个能带隙，它是电子无法自由传导的区域。
该能带隙的大小决定了半导体材料的导电性和光电特性。
硅是一个常用的半导体材料，其能带隙约为1.1电子伏特（eV）。
2.基于二极管的温度补偿：带隙基准电压源使用基于二极管的温度补偿技术来实现电压稳定性。
基于二极管的温度补偿电路利用半导体材料随温度变化而改变的特性。
在这种电路中，两个二极管的温度特性相互抵消，从而通过将它们串联，可以得到一个与温度变化关系较小的电压输出。
3.反馈环路设计：4.温度补偿和功耗：将温度补偿器件放置在设备中，可以在温度变化时自动适应电源电压的变化，从而保持输出电压的稳定性。
在实际应用中，为了减少功耗，可以通过动态功率调整技术来控制带隙基准电压源的功耗。
5.噪声抑制：综上所述，带隙基准电压源是通过利用半导体材料中的能带隙原理，结合基于二极管的温度补偿技术和反馈环路设计，实现稳定、精确和低噪声的参考电压源。
它在很多电子器件中被广泛应用，能够提供稳定的电压参考，从而提高了其他电路的性能和精确度。
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。
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流过mos管的电流为： I Iq1 VBE1 / R1 1.2 0.685 / R1 2.8
Mos管尺寸：
(
W 2I )1,2,3 1.38 L pCox (VGS VTH )2
运算放大器的设计
Architecture（构建） 消除负面情绪 扩大正面声音 引导舆论内容
运算放大器的设计
Architecture（构建） 消除负面情绪 扩大正面声音 引导舆论内容
偏置电路
偏置电路
2 I in 2 Iin I R nCox (W1 / L1 ) nCox (W1 / L1 ) out
偏置电路
工作原理： 由于 PMOS 管 M1的栅极接地， 所 以 MS1始终导通， 这样使得 S点电平升高，S 也是 M2管的栅极，因此 M2管导通，这样如果 启动点为 PMOS栅极和源极短接，该 PMOS管 就导通了，电路可以开始工作。最后还必须使 M2脱离当电路开始正常工作时，M3管开启， 这样就再次使 S节点电平下降，M2管由此关断 脱离了启动部分。由于 MSA常导通，对于功耗 是一种浪费，所以要使流过M1的电流尽量小， 可以设计的时候使 M1的W 小于 L，具体还需经 过仿真来验证。 最终参数： WSA=0.22u LSA=10u; WSB=0.5u LSB=0.5u; WSC=0.5u LSC=0.5u
由于热电压 VT kT / q ，即两个正向导通二极管的电压差 与绝对温度T成正比。
开放性创意
• 1）用NMOS阈值电压的负温度系数，加上 PMOS阈值电压的正温度系数合成低温漂基 准源； • 2）从MOS管源-漏特性复制出与电源电压无 关的电学参数； • 3）两个温度系数的电压去相减；
失败尝试
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第三章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
整体电路的设计
启动电路 偏置电路 运算放大电路 BANBA基准源
核心电路
Architecture（构建） 消除负面情绪 扩大正面声音 引导舆论内容
当 VD =750mV，T=300K时，
VD / T
的值约为-1.5mV/K1
在两条支路电流相等的条件下，如果增大二极管D2 的反射区面积，就会使得D2上的压降比D1小，该电 压差将会落在电阻R1上。
VD VD1 VD2 VT ln N
低温漂CMOS基准源的设计
By 丁力
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第一二章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
研究原因
• 基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。它的温 度稳定性以及抗噪声能力影响到整个系统的精度和性能。 • 近年来，芯片系统集成（system on chip）技术已经受到学术 界及工业界广泛关注．随着电路系统结构的进一步复杂化，对 模拟电路基本模块提出了更高精度及速度的要求。 • 笔者个人的学习工作经历。
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第四章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
电源电压的直流仿真结果
·电源电压在3.5V～5V范围内变化时， 基准源输出电压小于0.12mV，几乎保 持不变，因此基准源具有良好的稳定 性。
谢谢各位老师与同学！
温度特性的仿真结果
·在-20℃～100℃的范围内,基准电压 的输出变化小于3mV，由公式
T
Vmax Vmin 106 Vmean (Tmax Tmin )
得到其相对温度系数为20.7ppm/℃， 具有良好的温度特性。
交流小信号分析的仿真结果
·常温下，带隙基准电压在整个工作带 宽内都具有很高的电源抑制比，高频 区域有了很明显的下降。在1MHZ以上 时，基准电压的电源抑制比都在 -60dB以下。
I REF 2 1 2 2 (1 ) R nCOX (W1 / L1 ) K
1 I REF I REF 2 R 1 n T R T N T
TCI REF
基准源基本原理
二极管型基准源
负温度系数CTAT
Eg VD (4 m)VT Eg / q VD VT I V ln( D ) (4 m) T 2 VT T T IS T kT T
论文结构
• 1）介绍CMOS带隙基准源的现状、发展趋势 以及本课题研究目的意义； • 2）介绍基准源的分类，详细分析带隙基准源 的基本原理和几种基本框架，并分析其优缺 点； • 3）对高精度的CMOS带隙基准源进行设计分 析和模拟仿真；
基准源基本原理
MOS管型基准源
VGS1 VGS 2 I REF R
启动电路的瞬态仿真结果
·当电源从0到5V的跳变时。启动电路 的M2导通，有一个电流通过M2。使自 偏置电路进入工作状态。其后启动电 路M3导通使得M2关断。启动电路从主 电路脱离。
结论
• 本文通过对CMOS带隙基准电压源进行深入的研究，设计出了 一种精度较高的带隙基准源。 • 由电路的仿真结果可将基准源的性能概括如下: • 1）产生1.25V基准电压； • 2）电压范围3.2V～5 V内基准源变化小于0.1mV； • 3）输入电压为5V时，在0℃～100℃范围内，温度系数可以达 到20.7ppm/℃； • 4）基准源有较高的电源抑制比，在1HZ到10MHZ范围内，平 均电源抑制比（PSRR）已经达到-60dB； • 以上结果表明，该带隙基准电压源各项重要的性能指标完全合 乎要求，是一种高精度的CMOS带隙基准电压源。