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：

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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

Abstract

Bandgap 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 words

Bandgap 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。掩埋型齐纳二极管是一种比常规齐纳二极管更稳定的特殊齐纳二极管，这是因为它采用了将击穿区植入硅表面以下的结构。掩埋齐纳基准则是由掩埋型齐纳二极管构成的基准。它具有很高的初始精度，好的温度系数和长期漂移稳定性，噪声电压低，总体性能优于其它类型的基准，故常用于12位或更高分辨率的系统中。掩埋齐纳基准通常要求至少SV以上的供电电压，并要消耗几百微安的电流，功耗比较大，并且价格比较昂贵。

XFET(extra implantation junction Field Effect Transistor)基准是一种新型的电压基准，其核心是利用JFET(Junetion Field Effeet Transistor)设计的，利用一对具有不同夹断电压JFET，将其差分输出电压放大以产生一个稳定的基准电压。由于两个JFET中的一个JFET在制造时外加了一步离子注入工艺，所以称为外加离子注入结型场效应管(extra implantation junction Field Effect Transistor)基准电压源，简称XFET基准电压源。XFET基准静态电流很低，可用于3V电压系统，并且仍能保持良好的性能。它有三项显著的特点:其一是在相同的工作电流条件下，它的峰一峰值噪声电压通常比带隙基准低数倍;其二是XFET基准静态电流很低，但可以为负载提供的输出电流不是很低，并且输出端不需要加去祸电容;其三是XFET基准具有极好的长期漂移稳定性。XFET基准的性能水平界于带隙和齐纳基准之间，其缺点是需要特殊工艺来实现，成本较局。

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。所以研究带隙基准源的前景是十分可观的，本文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。