高性能带隙基准电压源的分析与设计

带隙基准论文 温度曲率补偿论文 功耗论文
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在模拟和数模混合电路中,广泛地存在着与电源电压、温度和工艺变化几乎无关的带隙基准源,它已经成为各种电路中不可缺少的重要模块。带隙基准源的精度和稳定性直接影响了整个电路系统的性能好坏。因此,深入分析带隙基准源的各项重要性能参数,提出并优化电路结构从而设计出高性能的带隙基准源具有十分重要的意义。本文首先介绍了带隙基准电压源的形成原理和各项重要性能参数,在此基础上详细讨论了几种常见的温度高阶补偿技术,最后提出了一款低功耗、高电源抑制比的带隙基准电压源,并且完成了整个电路设计流程,包括电路的分析与设计、前仿真、版图的设计与验证以及后仿真。本文的带隙基准源设计采用0.13um标准CMOS工艺。电路原理图和版图的编辑使用Cadence软件的Virtuoso工具,仿真工具使用HspiceD仿真器,版图验证则采用Mentor公司提供的Calibre版图验证工具。正常工作电压为1.5~5.5V,典型工作情况下为3.5V。在典型工作条件下,前仿与后仿结果基本一致,结果显示:在低频时,电源抑制比高于80dB;在40kHz时,不低于30dB。当电源电压从1.5V到5.5V变化时,整体电路消耗的静态电流最低为5.1uA,最高仅为8.3uA。当电源电压从1.5V到5.5V跳变时,输出基准电压的变化最大为179uV,最小为133uV。
内容提要第4-7页
第一章 绪论第7-11页
    1.1 历史与研究现状第7-8页
    1.2 研究背景和意义第8-10页
    1.3 本论文的主要内容第10-11页
第二章 CMOS 带隙基准电压源第11-23页
    2.1 带隙基准电压源的基本原理第11-16页
        2.1.1 负温度系数电压的产生第11-13页
        2.1.2 正温度系数电压的产生第13-14页
        2.1.3 带隙基准电压的形成第14-16页
    2.2 几种典型的带隙基准电压源第16-21页
    2.3 带隙基准源的主要性能指标第21-23页
第三章 带隙基准源的温度补偿第23-35页
    3.1 VBE 的温度特性分析第23-26页
    3.2 几种常见的温度补偿技术第26-35页
        3.2.1 利用MOS 管亚阈区I-V 特性的非线性补偿技术第26-28页
        3.2.2 利用电阻的温度特性的曲率校正方法第28-30页
        3.2.3 VBE 线性化补偿方法第30-32页
        3.2.4 指数型温度补偿方法第32-34页
        3.2.5 几种温度高阶补偿方法的比较第34-35页
第四章 一种低功耗、高PSRR 带隙基准源的设计第35-53页
    4.1 核心电路的设计第35-38页
    4.2 运算放大器的设计第38-43页
    4.3 偏置电路的设计第43-46页
    4.4 启动电路的设计第46-47页
    4.5 仿真结果第47-53页
第五章 版图设计与后仿真第53-61页
    5.1 版图设计第53-59页
        5.1.1 运算放大器的版图第53-55页
        5.1.2 三极管的版图第55-56页
        5.1.3 电阻的版图第56-58页
        5.1.4 整体电路的版图第58-59页
    5.2 仿真结果第59-61页
第六章 总结第61-62页
参考文献第62-64页
致谢第64-65页
摘要第65-67页
ABSTRACT第67-69页
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