带隙基准课程讲义

简介：
《带隙基准课程讲义》是一份系统介绍半导体电路设计中关键概念和技巧的学习资料，深入讲解了带隙基准源的设计原理与应用。 ### 带隙基准电路详解：西工大奉献的模拟集成电路宝典 #### 引言 在模拟与数字混合系统中，电压参考源的精度和电源噪声耦合误差往往成为性能瓶颈，而集成电压参考电路通常占据模拟部分相当大的功耗份额。本段落深入探讨了一种低功耗差分CMOS带隙基准电路设计，该设计由Motorola公司研发并在ISSCC94会议上发表，旨在为10.24MHz过采样数据转换器提供一个稳定的2.0V电压参考，并确保高电源抑制比（PSR）和精度。同时，它仅消耗了2.2mW的功率。 #### 带隙基准电路原理 带隙基准电路利用硅材料特性来创建一种温度不敏感的基准电压，通过将对温度敏感的电流与电压进行组合实现这一目标。核心在于精密的电路结构和元件匹配以抵消温度变化的影响。本段落讨论的CMOS带隙设计建立了一个比例于绝对温度（PTAT）参考电流，并生成了单端带隙电压Vk以及额外的电压Vx，用于差分参考电压。 #### 差分参考电压生成 通过向电阻R5供应具有正温度系数的电流和从电阻R3吸收负温度系数的电流来产生差分参考电压。这种技术利用大尺寸匹配晶体管M34与M35建立等于基极-发射极电压Vbe的电位降，以实现这一目标。 #### 高摆幅级联技术 传统的高摆幅级联电流镜需要额外偏置电路增加功耗；而自我偏置高摆幅级联技术则通过电阻开发偏置电压来避免。这种设计确保了在接近饱和区域边缘运行的设备具有高的输出阻抗，从而提高了电源抑制比（PSR）和整体性能。 #### CMOS带隙电路创新点 - **低功耗**：优化的电路结构与元件选择实现了高性能的同时大幅降低能耗。 - **高精度及稳定性**：设计充分考虑了温度变化影响，并通过精密电流、电压组合实现稳定的基准输出，不受温度波动的影响。 - **差分输出**：引入差分参考电压概念增强了抗干扰能力和信号完整性，特别适用于高速数据转换器等场景。 #### 结论 带隙基准电路作为模拟集成电路的核心部分，在确保系统性能、降低功耗以及提高稳定性方面发挥重要作用。Motorola公司研发的低功耗CMOS差分带隙电路展示了技术创新，并为未来设计提供了新思路和方向。随着对低能耗高性能电子产品需求的增长，这一领域的研究将继续成为热点，推动模拟集成电路技术的发展。