参考基准源(Reference)是集成电路中的一个重要模块,广泛应用于各种模拟集成电路,数模混合信号集成电路和片上系统芯片(SOC)中。随着集成电路产业扩张以及电子产品对于性能要求的进一步提升,高性能高精度的系统成为设计者的主要目标。而作为影响集成电路性能甚至功能的最重要的模块之一的参考基准源,设计指标要求越来越高。因此本论文从基准源设计的基础理论入手,深入学习基准设计要领,并基于0.3μm的BiCMOS工艺,采用经典的Brokaw单元设计一款高精度高可靠的偏置电路模块,主要应用于一款应用于笔记本内部供电的5.5V工作电压,3A电流工作频率为1MHz的同步降压变换器。本文首先对基准源的基本背景知识进行阐述,从应用场合出发,分析了影响基准性能的最重要指标,并分析当前学术界与产业界基准源研究的最新技术进展;其次对基准设计的一些考虑做出深入细致的研究:包括理论推导,基准架构对比,影响基准精度的指标的定量分析,噪声,启动电路以及修调技术的讨论;接下来对基于BiCMOS工艺的经典基准架构进行研究,力求从架构上选择最优的基准单元进行实际电路的设计;最后以Brokaw基准单元为基准,设计出一款包括启动电路,使能功能,BG_OK信号产生电路,基准电压源,基准电流源以及内部稳压线性电路的偏置系统,并给出理论分析与仿真验证结果。仿真结果表明:在2.8V/3.3V/5.5V输入电压情况下,TEMP=-40~150°C条件下,基准电压输出精度在1%以内,启动,BG_OK,使能功能正常,内部线性稳压电路在启动,关断过程中工作正常,其的输出电流能力达到1mA。偏置电路整体性能满足系统的要求。
