CMOS带隙基准电压源的温度特性分析及设计

摘要

基准电压源作为集成电路的重要组成单元，广泛应用于 A/D、D/A、电源管理芯片等电路中，温度特性是影响基准电压源性能的关键因素，如果由于温度的改变导致基准电压源的输出电压发生变化，将影响到整个系统电路的性能。随着工艺水平的发展， CMOS带隙基准电压源得到了越来越多的关注，因此研究CMOS带隙基准电压源电路的温度特性具有理论研究意义和工程应用价值。
　　对基准电压源基础理论和典型CMOS带隙基准电压源的基本原理进行了分析，根据典型CMOS带隙基准电压源输出电压的温度特性表达式，研究输出电压随温度的变化关系，得出影响输出电压变化的主要因素是高阶项。依据 VBE的温度特性表达式，提出了一种对基准电压源高阶项进行补偿的方案，据此设计了 CMOS带隙基准电压源补偿电路，对补偿电路进行研究，推导出改进后电路输出电压的温度特性表达式。结合0.35μm CMOS工艺模型文件，根据VBE温度特性及其温度系数曲线，对典型CMOS带隙基准电压源电路和改进的CMOS带隙基准电压源电路中的器件参数进行了设计。
　　为了验证所设计电路的可行性，利用Spectre仿真工具，对CMOS带隙基准电压源电路进行仿真试验。经仿真得到以下结果：在-40℃～+125℃温度范围内，改进的CMOS带隙基准输出电压的温度系数为0.298ppm/℃。改进的CMOS带隙基准输出电压温度系数有明显提高，验证了理论分析的正确性及所设计电路的可行性。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究动态及发展趋势

1.3 主要研究内容

2 基准电压源的基础理论

2.1 基准电压源的基本原理

2.2 基准电压源的分类

2.3 基准电压源的主要性能参数

2.4 本章小结

3 CMOS带隙基准电压源的温度特性分析及补偿技术

3.1 CMOS带隙基准源的组成及原理

3.2 典型CMOS带隙基准电压源的温度特性分析

3.3 典型CMOS带隙基准电压源的补偿技术

3.4 本章小结

4 CMOS带隙基准电压源电路的设计

4.1 设计指标要求

4.2 典型CMOS带隙基准电压源的设计

4.3 改进的CMOS带隙基准电压源参数设计

4.4 本章小结

5 CMOS带隙基准电压源的仿真

5.1 Spectre仿真工具简介

5.2 CMOS带隙基准电压源温度特性的仿真

5.3 改进CMOS带隙基准电压源的其他指标参数仿真

5.4 本章小结

6 结论

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的专利及论文