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电源技术中的低温度漂移和低功耗带隙基准源设计

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简介:
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。

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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。
  • 高性能
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    本研究专注于开发一种高性能、低温度漂移特性的带隙基准源。通过优化电路结构和材料选择,显著提升了基准电压的稳定性和精度,适用于高精度测量与控制领域。 本段落设计并实现了一种新型的高PSRR(电源抑制比)且低TC(温度系数)带隙基准源,并着重研究了其在高频下的PSRR性能,在宽频范围内实现了高性能指标。采用0.35 μm BiCMOS工艺进行仿真,结果显示:当频率为1 Hz时,PSRR达到-108.5 dB;而当频率升至15 MHz时,仍能保持良好的抑制效果达-58.9 dB。此外,通过二次温漂补偿电路的应用,在常温条件下输出参考电压稳定在1.183 V,并且在整个温度范围(从-40 ℃到95 ℃)内实现了仅为1.5 ppm/℃的低温漂系数。
  • CMOS
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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。
  • 一种系数
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    本文介绍了一种创新性的带隙基准源设计方案,该方案在保证性能的前提下实现了更低的工作功耗和更小的温度影响系数。通过优化电路结构与参数选择,新方法显著提升了电子设备的稳定性和能效表现。 本段落设计了一种低温漂低功耗且无需trim的基准电压源,并采用低压共源共栅电流镜来减少输出电压对电源电压的影响。测试结果表明:电路在2 V电源电压下即可正常工作,输出基准电压为1.326 65 V;温度范围从-40℃到+85℃时,温漂系数仅为2.563 ppm/°C;当电源电压为3.3 V时,功耗低至2.81 μW。该电路适用于移动电子设备的应用场景。
  • 一种系数简化
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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。
  • 設計
    优质
    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。
  • 高PSRR
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    本项目专注于开发一种低能耗、高电源抑制比(PSRR)的基准电压源,旨在提高电子设备的能效和稳定性。通过优化电路结构与材料选择,实现更精确且稳定的电压输出,适应各种复杂环境下的高性能需求。 在现代电子设备尤其是电池驱动的装置中,低功耗、高电源抑制比(PSRR)基准电压源的设计至关重要。传统的自偏置基准电路虽然适用于大多数应用场景,但其微安级别的工作电流可能无法满足如充电电池保护芯片等特定应用中的低能耗需求。为解决这一问题,一种新的设计方案应运而生:它利用增强型和耗尽型MOS管的组合来降低静态电流,并提供精确的基准电压。 这种设计中包含一个由增强型MOS管(例如M6)与耗尽型MOS管(如M4)构成的电路结构。具体来说,当温度升高时,增强型MOS管的阈值电压会下降;而耗尽型MOS管则具有负阈值电压且其随温度变化的趋势正好相反于增强型。通过利用这两种不同类型的MOS管特性,可以在各种环境条件下保持基准电压的稳定性。 该方案的优点包括:能够生成较低的基准电压(例如低于1.2V),特别适合低供电电源芯片的应用;静态电流极小,通常仅为几百纳安,从而大大降低了整体功耗。此外,在系统上电后无需额外启动电路即可直接进入工作状态,这是因为耗尽型MOS管特有的特性。 然而,原结构的PSRR性能并不理想。为改善这一点,可以通过级联多个基准单元来增强电源抑制能力(如图2所示)。通过调整M1、M5等器件的宽长比以生成较小偏置电压的方式改进电路设计,在低频时可将PSRR提升至-120dB左右,并在高频范围保持约-90 dB,显著提高了对电源噪声的抑制效果。 实际应用中采用CSMC公司提供的0.6μm工艺进行仿真测试。结果显示该设计方案具有良好的温度系数(约为21 ppm/℃),线性调整率随温度上升而减小且最大功耗小于1μW,表明其同时实现了低能耗和电压稳定性目标。这种设计已被成功应用于电池充电保护芯片中,并展示了其实用性和效率。 以上就是对原文内容进行的重写,去除了与技术讨论无关的信息如联系方式等细节部分。
  • 一种6.4 ppm/℃
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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/℃。
  • 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。