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低功耗带隙基准电压源电路的設計

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简介:
本项目专注于设计一种低功耗的带隙基准电压源电路,致力于提高其稳定性和温度系数,适用于各种集成电路中。 本段落提出了一种三层self-cascode管子工作在亚阈值区的低功耗带隙基准电压源电路。该电路具有结构简单、功耗低、温度系数小、线性度好以及面积紧凑等特点。采用CSMC 0.18 μm标准CMOS工艺,并利用华大九天Aether软件验证平台进行仿真。 仿真的结果显示,在tt工艺角条件下,电路的启动时间为6.64微秒,稳定输出基准电压Vref为567毫伏;当温度范围在-40℃到125℃之间时,tt工艺角下基准电压Vref的温度系数TC为18.8 ppm/°C。电源电压从1.2 V变化至1.8 V范围内时,tt工艺角下的线性度为2620 ppm/V;在频率范围从10 Hz到1 kHz内,tt工艺角下基准电压Vref的电源抑制比(PSRR)达到51 dB;版图核心面积仅为0.00195平方毫米。

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    本项目专注于设计一种低功耗的带隙基准电压源电路,致力于提高其稳定性和温度系数,适用于各种集成电路中。 本段落提出了一种三层self-cascode管子工作在亚阈值区的低功耗带隙基准电压源电路。该电路具有结构简单、功耗低、温度系数小、线性度好以及面积紧凑等特点。采用CSMC 0.18 μm标准CMOS工艺,并利用华大九天Aether软件验证平台进行仿真。 仿真的结果显示,在tt工艺角条件下,电路的启动时间为6.64微秒,稳定输出基准电压Vref为567毫伏;当温度范围在-40℃到125℃之间时,tt工艺角下基准电压Vref的温度系数TC为18.8 ppm/°C。电源电压从1.2 V变化至1.8 V范围内时,tt工艺角下的线性度为2620 ppm/V;在频率范围从10 Hz到1 kHz内,tt工艺角下基准电压Vref的电源抑制比(PSRR)达到51 dB;版图核心面积仅为0.00195平方毫米。
  • CMOS设计
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    本项目专注于低功耗CMOS工艺下的带隙基准电压源设计,旨在实现高精度、低功耗与小面积集成,适用于各类集成电路中。 本段落首先分析了传统的带隙电压源原理,并提出了一种成本较低但性能较高的低压带隙基准电压源设计方案。通过采用电流反馈技术和一级温度补偿技术设计了适用于低电压环境的CMOS带隙基准电路,确保其能够在相对较低的工作电压下正常运行。文中详细介绍了该设计方案的基本原理和仿真结果分析。基于CSMC 0.5μm Double Poly Mix工艺流程进行了电路仿真,并获得了理想的结果。
  • 设计方法
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    本文探讨了低压环境下设计高效能带隙基准电压源的方法,旨在提高电路性能和稳定性。 本段落提出了一种在低电压供电条件下设计带隙基准电压源电路的方法。通过改进传统的带隙基准电路,该电路能够在600毫伏的输出基准电压下保持零温度系数的要求。
  • 技术中温度漂移和设计
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    本研究专注于开发一种在电源技术中具有重要应用价值的电路——低温度漂移与低功耗特性兼备的带隙基准源,致力于提升电子设备的稳定性和能效。 0 引言 便携式电子产品在市场上的份额越来越大,对低电压、低功耗基准电压源的需求也随之增加,这使得带隙基准的设计要求显著提高。带隙基准广泛应用于数模转换器、存储器以及开关电源等混合信号电路中。基准源的稳定性对于整个系统的内部电源产生和输出电压调整具有直接且至关重要的影响。此外,理想的基准电压应能够克服制造工艺偏差、系统内部电源电压的变化及外界温度的影响。 传统的一阶补偿方法通常可以实现约10 ppm/℃的温度系数,而近年来发展起来的一些成熟的补偿技术包括二阶温度补偿、分段线性补偿和指数温度补偿等。这些新方法虽然提高了性能,但电路结构相对复杂。
  • 整体
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    本研究聚焦于设计与分析带隙基准电压源的整体电路结构,探讨其在集成电路中的应用及其性能优化。 本段落介绍了一款高性能带隙基准电压源的总体电路图。该电路采用Chartered 0.35μm CMOS工艺实现,并使用3.3V电源电压,在-40至100℃的温度范围内,实现了低于6ppm/℃的温度系数;在1kHz和27℃条件下,电源抑制比达到了82dB。
  • 一种温度系数简化设计
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    本研究提出了一种创新性的简化带隙基准电压源设计方案,在低功耗条件下实现温度系数显著降低,提升电路性能稳定性。 本段落介绍了一种低温漂低功耗带隙基准电压源的设计方法,在模拟电路设计中提供一个稳定的参考电压,以确保整个电路的正常运行。该设计方案采用不受电源影响的串联电流镜作为偏置,并利用PTAT(正温度系数)电压和基极发射极电压之间的负向温度特性来构建零温漂特性的电压量。此方法避免了使用运算放大器,结构简单且原理清晰,适合初学者在短时间内理解和掌握。 实验结果表明,在0~70℃的范围内,该设计具有16.4 ppm/℃的低温度系数,并且当供电电压在5至6伏之间变化时能够达到57.7 dB的电源抑制比。此外,总输出噪声为140.3 μV,功耗仅为300.6 μW。
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    带隙基准源电路是一种在集成电路中广泛应用的电压参考电路,能够提供温度稳定的电压输出。它基于半导体材料的带隙电压特性设计,广泛应用于各种需要稳定电压源的电子设备中。 ### 带隙基准源详解 #### 一、引言 在模拟电子设计领域,带隙基准源(Bandgap Reference)是一种重要的电路组件,用于提供一个稳定且精确的电压参考值,不受温度变化的影响。这一特性使其成为精密电源管理、信号处理及数据转换等众多应用中的关键组成部分。本段落将详细介绍带隙基准源的基本原理、设计方法及其在实际应用中的重要性。 #### 二、带隙基准源的基本原理 带隙基准源的核心在于利用两种不同材料或结构的半导体元件之间的电压差随温度的变化率来抵消单一元件随温度变化的影响,从而实现温度补偿。通常情况下,该电路由两个PN结组成:一个是发射极与基极之间的电压(VBE),另一个是经过特殊设计的“带隙”电压(Vgap)。 1. **VBE温度特性**:对于典型的硅基PN结,VBE随着温度的升高而线性下降,其温度系数约为-2.1mV/°C。 2. **Vgap温度特性**:通过特定设计,可以得到一个几乎不随温度变化的电压值,即带隙电压Vgap。这个电压值通常在1.2伏左右(对于硅材料)。 将这两种电压组合起来,可以通过适当的电阻比例调整来消除温度的影响,从而获得一个稳定的参考电压。 #### 三、设计要点 1. **温度补偿**:选择合适的电阻比以确保VBE和Vgap的温度效应相互抵消。这通常涉及到复杂的电路设计和仿真分析。 2. **电流镜像技术**:为了保持电路中各部分的电流一致性,常采用电流镜像技术。这样可以减少由于电流不匹配导致的误差。 3. **工艺兼容性**:带隙基准源的设计需要考虑与现有半导体制造工艺的兼容性,确保能够在标准的CMOS工艺中实现。 #### 四、实际应用案例分析 根据所提供的部分内容,James D. Beasom在IEEE Journal of Solid-State Circuits上发表的文章详细介绍了温度效应对带隙参考源的影响及其准确分析方法。这表明了带隙基准源不仅在理论上有着深入的研究,在实践中也得到了广泛的应用和发展。 - **温度效应分析**:通过精确地分析不同温度下PN结的特性,能够优化电路设计,提高参考电压的稳定性。 - **高精度应用**:在需要极高精度电压参考的场合,如高性能ADCDAC、精密放大器等,带隙基准源的准确性至关重要。 - **辐射硬化设计**:文章提到的辐射硬化设计意味着这些电路能够在极端环境下工作,如太空应用等。 #### 五、总结 带隙基准源作为一种基本但极其重要的电路组件,在模拟电子设计中扮演着不可替代的角色。通过对基本原理的理解、精确的设计以及在实际应用中的不断优化,带隙基准源能够为各种电子产品提供稳定可靠的电压参考,从而确保系统的整体性能。未来,随着对更高精度和更小尺寸的需求不断增加,带隙基准源的技术也将继续发展和完善。
  • 一种6.4 ppm/℃设计
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    本设计提出了一种新型低功耗带隙基准电路,实现了6.4 ppm/℃的温度系数,在保持高精度的同时大幅降低了能耗。 我们设计了一款低功耗带隙基准,在温度超过某一阈值后引入渐变阻抗以改善温漂性能,并对传统带有运放的带隙结构进行了改进。仿真结果显示,该设计在5V电源供电下总体功耗为1.2 μW,在-40 ℃至150℃的工作范围内,温漂系数仅为6.40 ppm/℃。
  • 设计
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    本项目专注于设计一种高精度、低功耗的带隙基准电压源。通过优化电路结构和参数选择,旨在实现温度补偿功能,确保在不同环境条件下提供稳定的参考电压。 毕业设计题目为带隙基准电压源的设计(Bandgap)。
  • 高性能CMOS设计
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    本研究专注于高性能CMOS带隙基准电压源的设计与优化,致力于提升其温度稳定性、功耗效率及输出精度,在集成电路领域具有重要应用价值。 设计了一种应用于集成稳压器的高精度带隙基准电压源电路。采用共源共栅电流镜结构以及精度调节技术,有效提高了电压基准的温度稳定性和输出电压精度。通过Hynix 0.5 μm CMOS工艺仿真验证,在25 ℃时,温度系数几乎为零,电源电压变化导致的基准电压波动小于0.1 mV;在-40~125 ℃范围内,基准电压最大变化量为4.8 mV,满足设计指标要求。