低壓低功耗高精度基準源研究.pdf

1、基準電壓源電路是模擬集成電路中一個非常重要的模塊，被廣泛地應用在諸如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D Converter)，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(D/A Converter)，電源控制電路(Power management circuit)以及存儲器(Memories)等電路中。近年來隨著便攜式電子系統(tǒng)的普遍應用，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗、速度和精度提出了更高的要求。本文設(shè)計了一個應用在12bit100Msps Pipelined ADC中的基準電壓源，

2、采用CMOS0.18μm、1.8V工藝，要求基準源在-40℃到85℃的溫度范圍內(nèi)溫度系數(shù)小于6.84ppm/℃，隨電源電壓(1.5V-2.1V)的變化小于1860ppm/V。
　　本文首先介紹了帶隙基準電壓源的各項指標和基本原理，分析了傳統(tǒng)帶隙基準源(BGR)結(jié)構(gòu)的缺點和不足。在此基礎(chǔ)上，利用寄生 PNP管的有限增益以及放大系數(shù)β的非線性，提出了一個新型的基于電流模式的凹凸曲線補償技術(shù)實現(xiàn)方式，從而實現(xiàn)了低壓下的高階溫度補償，并采

3、用共源共柵結(jié)構(gòu)提高電源電壓抑制比。功耗與面積之間存在折衷，為實現(xiàn)低功耗，不可避免地增加了芯片面積，采用Y網(wǎng)絡(luò)等效網(wǎng)絡(luò)可以有效降低這一影響。仔細分析了運算放大器對帶隙的影響，設(shè)計了一個高增益的兩級運算放大器。
　　在輸出緩沖器設(shè)計過程中，首先分析了帶隙基準直接輸出將遇到的問題，通過建立基準輸出在中的等效模型，得出了緩沖器單位增益帶寬和跨導與 Pipelined ADC速度和精度的關(guān)系。設(shè)計得到的緩沖器，不僅溫度系數(shù)低，而且能夠很好地

4、抑制噪聲。
　　使用CMOS0.18μm的工藝庫，在Cadence仿真環(huán)境下進行了電路仿真。仿真結(jié)果表明，-40℃到85℃溫度范圍內(nèi)，基準源溫度系數(shù)為1.77ppm/℃；在1.5V-2.1V電源電壓范圍內(nèi)電源電壓調(diào)整率為864.1ppm/V；室溫25℃下，電源電壓抑制比為-63dB，啟動時間為61ns。隨著工藝角的變化，在1.8V工作電源下，本模塊消耗的最大功耗為0.65mW，最小功耗為0.46mW。整個電路設(shè)計符合項目總體設(shè)計要