设计一个低温系数高电注入截止比带隙基准源

简介：
在现代电子工程领域中，设计稳定基准带是实现高精度模拟电路的关键技术之一。这种基准源能够提供恒定的电压或电流参考，在模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）等混合信号电路中发挥着不可替代的作用。本研究基于SMIC工艺，采用0.18微米CMOS先进制造技术，开发了一种具有优异温度补偿特性和电源抑制比的低功耗基准源。该设计旨在改善传统基准源在低压供电条件下的性能局限，并通过可调参考电压功能满足多种应用需求。为提升电源抑制比，本方案采用了双级运算放大器和共射电流源结构，在1.8V供电下实现534mV的稳定输出电压。仿真数据显示，该基准源在-25℃至100℃温度范围内保持4.8ppm/℃的极低温度漂移，并可在1.6V至2.0V电压范围内的调节幅度达0.15mVV。通过优化电源抑制比和功耗性能，本设计实现了显著的技术进步。我们需要掌握带隙基准源的相关知识。这种电路能够基本不受温度波动影响地输出稳定的恒定电压，其典型应用包括精确的电子测量系统。该电路的核心模块主要包括V-TC转换电路和输出调节单元。其中，V-TC转换电路通常由正温度系数（PTAT）电压发生器与负温度系数（CTAT）电压发生器共同构成，并按照特定比例组合以获得稳定的带隙电压。具体实现时，可灵活选用电阻分压网络或电流镜技术对输出电压进行微调控制。在深入分析中，我们将探讨温度系数的相关知识。具体而言，温度系数量化了参考源输出电压对温度的变化率。其数值常以ppm/°C的形式给出。优化目标之一是在基准源的设计中实现较低的温度系数，这表明基准源的输出电压对温度的变化影响较小，进而确保了电路运行的稳定性和可靠性。PSRR作为评价电源噪声对其基准源输出干扰程度的关键参数，其数值越大则表明该基准源对抗扰动能力越强。较高的PSRR值表明该基准源对电源噪声具有良好的抗扰动能力。这不仅有助于提升整体电路的性能。 设计通过采用 cascode 电流源达到了提升电源 supply rejection ratio 的目的。该结构使得电流镜型电路的输出阻抗得以增强，在一定程度上减少了电源对电路供电能力的影响，从而实现了对 power supply 的高度隔离。同时，采用双级运算放大器的架构也是提高这一性能的关键因素之一。通过将增益和输出范围的最大化，这种设计方式增强了电路在处理 noise 的方面的能力。 在工程实践中，带有间隔的基准源常用于混合信号系统中。例如，常见的有模拟数字转换器（DAC）与数字模拟转换器（ADC）。这些电路中的基准源稳定性对其转换精度及整体系统性能具有重要影响。因此，在设计这类基准源时，需综合考虑其输出电压精度、温度稳定性和电源抗扰性等多个关键指标。该电路设计在1.8V供电情况下运行，展现出其对较广温区的稳定性能。此设计对其应用于低功耗、便携式设备的电源管理电路具有重要意义。鉴于电源电压在实际电路设计中可能出现的变化，此方案提供了从1.6V到2.0V的稳定线性调压能力，从而为设计者提供了更大的灵活性和适用性。 本研究在CMOS工艺下的模拟电路设计领域具有一定的创新性和实用性，在对电源抑制能力和温度稳定性要求较高的电路设计中发挥了重要作用。通过采用先进的CMOS工艺与模拟电路设计技术，本研究成功实现了一个低温度系数、高PSRR的带隙基准源，这一成果在混合信号电路的设计中提供了重要参考。