带隙基准电压源PPT课件
带隙基准电压源的基本原理
电子知识2015年10月23日深圳华强北华强集团2号楼7楼电池管理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时间、避免电池过充过放的情况出现，在电子产品中起着至关重要的作用。
特别是可穿戴设备的兴起对电池管理系统提出新的挑战，此次“消费电子电池管理系统技术论坛”，我们将邀请业界领先的半导体厂商、方案设计商与终端产品制造商，共探消费电子电池管理系统市场发展趋势及创新技术，助力设计/研发工程师显著改进电池管理系统，进而从技术的层面为业界解决电子产品的电池续航问题。
立即报名>>IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。
欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。
可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。
IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
成。
IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。
《带隙基准电压源》课件
带隙基准电压源 的发展趋势与展 望
技术创新方向探讨
提高精度和稳定 性：通过改进电 路设计和材料选 择，提高基准电 压源的精度和稳 定性。
降低功耗：通过 优化电路设计和 采用低功耗器件， 降低基准电压源 的功耗。
集成化：将基准 电压源与其他电 路模块集成，提 高系统的集成度 和可靠性。
智能化：通过引 入智能控制算法， 提高基准电压源 的自适应能力和 抗干扰能力。
测试设备：包括电压源、电 流源、示波器、万用表等
测试步骤：按照测试标准进行， 包括设置参数、测量数据、分 析结果等
评估标准及流程详解
评估标准： 精度、稳 定性、温 度特性、 电源抑制 比等
评估流程： 测试准备、 测试实施、 数据分析、 结果评估 等
测试准备： 选择合适 的测试设 备、设置 测试条件 等
感谢您的观看
汇报人：PPT
案例一：用于ADC/DAC转换器的基准电压源设计
应用背景：ADC/DAC转换器需要稳定的基准电压源 设计要求：高精度、低噪声、低功耗 带隙基准电压源的优势：温度稳定性好、精度高、功耗低 设计方法：选择合适的带隙基准电压源芯片，进行电路设计和调试 应用效果：提高了ADC/DAC转换器的性能和稳定性
案例二：用于PLL锁相环的基准电压源设计
设计过程中需要注意电压源的稳定性和精度 优化建议：采用高精度的电阻和电容，提高电压源的稳定性 注意电源噪声对电压源的影响，采用滤波器进行抑制 优化建议：采用低噪声的电源，提高电压源的精度 注意温度对电压源的影响，采用温度补偿技术进行校正 优化建议：采用高精度的温度传感器，提高温度补偿的精度
带隙基准电压源 的应用案例分析
功耗：带隙基准电压源的功耗较低， 适合在低功耗系统中使用
带隙基准源原理简介
带隙基准源原理简介带隙基准源原理简介1.1基准电压源的⼏项主要性能指标产⽣基准的⽬的是建⽴⼀个与电源和⼯艺⽆关、具有确定温度特性的直流电压。
因此，基准的设计就是要解决以下两个问题：与电源⽆关的偏置和温度关系的确定。
利⽤正温度系数电压和负温度系数电压，我们可以可以设计出⼀个令⼈满意的零温度系数的基准，这就是带隙基准电压源。
下⾯我们来介绍基准电压源的⼏项主要性能指标。
1.1.1温度系数温度系数(Temperature Coefficient,单位ppm/oC)是基准电压源在整个扫描的⼯作温度范围内，输出电压的最⼤值和最⼩值的差值，相对于正常输出电压的变化。
温度系数表征基准电压源电路受温度变化影响的⼤⼩，性能优异的基准源电路设计具有⾮常⼩的温度系数。
温度的变化⽽引起输出电压的变化，其单位表⽰为ppm/oC，计算公式如下所⽰：（2-1）1.1.2电源抑制⽐电源抑制⽐(PSRR：Power supply Rejeetion Ratio，单位：分贝或dB)在⼩信号情况下，基准电压源的输出变化量与电源电压的变化量之⽐。
基准电压源电路的输出电压,既要受到环境温度的影响，⽽且还要受到电源电压噪声的影响。
所以性能优良的基准电压源电路，能够很好的抑制电源电压对于电路的影响。
1.1.3线性调整率在直流状态下，电源电压的波动对于基准源的影响程度。
其公式为：（2-2）1.1.4建⽴时间从电源上电到基准源输出达到正常输出电压的那段时间。
1.2传统带隙基准源的基本原理和结构1.1.1 概述基准源在集成电路设计中是极其重要的基本单元电路，然后在不同的应⽤电路中经常需要设计不同的基准源。
⽐如传统的带隙基准源电路，具有较低的温度系数、较低的电源电压以及可以与标准CMOS⼯艺兼容等等特点,成为⼀种⼴泛使⽤的典型基准源电路模块。
设计基准电路的⽬的是为了建⽴⼀个与电源和⼯艺都⽆关，⽽且具有确定温度特性的电流或电压。
由于许多⼯艺参数要随温度的改变⽽改变，所以如果所设计的基准源与温度没有关系的话，那么它与⼯艺也是没有关系的。
带隙基准电压源的基本原理
带隙基准电压源的基本原理
及其应用
基本原理
带隙基准电压源是一种电源，其中一个调节因子可以调节其输出电压
的大小，从而达到一定的基准电压值。
它的工作电路是通过一个可调整芯
片和一个稳压晶体管组成的。
它能够提供准确的输出电压，例如1.2V、
2.5V、
3.3V等，但只要把调节芯片置于不同的位置，就可以产生出不同
电压。
应用
带隙基准电压源可以用在许多领域，例如，对于高精度的电源，可以
用来控制精确的电流，以及控制复杂的电子电路的正确工作。
此外，它也
可以用来控制变压芯片的输出，以便精确的调节电路的工作参数。
此外，带隙基准电压源还可以用于电子技术的计算机技术，因为它可
以精确的控制微处理器的工作，而且可以提供准确的输出电压。
这意味着
它可以提供精确和稳定的电压，而不用担心产生任何不精确和不稳定的电压，在发生系统故障时，减少系统崩溃的机会，从而保证系统的正常运行。
pnp带隙基准电路
pnp带隙基准电路
摘要：
1.PNP 带隙基准电路的概述
2.PNP 带隙基准电路的工作原理
3.PNP 带隙基准电路的主要应用领域
4.PNP 带隙基准电路的优缺点分析
正文：
一、PNP 带隙基准电路的概述
PNP 带隙基准电路，是一种基于PNP 型晶体管的基准电压源电路。
它在电子电路设计中具有重要的应用价值，能够为电路设计者提供一个稳定的电压参考，以确保电路的稳定性和可靠性。
二、PNP 带隙基准电路的工作原理
PNP 带隙基准电路的工作原理主要基于PNP 晶体管的输出特性。
在正常工作状态下，PNP 晶体管的输出特性接近于线性，这使得它可以被用作电压基准源。
通过调整晶体管的偏置电阻，可以获得所需的基准电压。
三、PNP 带隙基准电路的主要应用领域
PNP 带隙基准电路广泛应用于各种电子设备和电路设计中，如电源电路、放大电路、振荡电路等。
在这些应用中，PNP 带隙基准电路可以提供稳定的电压参考，确保电路的性能和稳定性。
四、PNP 带隙基准电路的优缺点分析
优点：
1.输出电压稳定，精度高；
2.电源抑制能力强，抗干扰性能好；
3.结构简单，制作容易。
缺点：
1.对温度敏感，输出电压随温度变化而变化；
2.动态响应速度较慢，不适合高速电路应用。
总的来说，PNP 带隙基准电路是一种具有较高精度和稳定性的电压基准源，适用于各种电子设备和电路设计。
带隙基准电压源课件
关键工艺步骤详解
氧化工艺
采用干氧氧化或湿氧氧化方法 ，在硅片表面生长一层SiO2薄 膜，作为器件隔离和钝化层。
扩散工艺
在高温条件下，将掺杂剂扩散 至硅片内部，形成PN结和电阻 等元件。
光刻工艺
利用光刻胶和光刻机，将电路 图形转移至硅片表面，实现电 路定义。
金属化工艺
采用溅射、蒸发等方法，在硅 片表面沉积金属导电层，并通 过退火工艺提高金属与硅片的
黏附力。
制造过程中的挑战与解决方案
污染控制
严格控制原材料、设备、环境等各环 节，降低污染风险。采用清洗、烘干 等措施去除污染物。
工艺稳定性
成本控制
通过改进工艺、提高设备利用率、降 低原材料消耗等方式降低成本。开发 新型材料和工艺，提高产品性能和降 低成本。
优化工艺参数和设备性能，提高工艺 稳定性和良品率。加强过程监控和数 据分析，及时发现并解决问题。
版图设计与实现
元器件布局
合理的元器件布局可以减 小电路中的寄生效应和噪 声干扰，提高电路的性能 指标。
电源线、地线设计
电源线、地线的设计要考 虑电流的大小和方向，以 避免电源噪声对电路的影 响。
保护电路设计
为保护电路免受外部电磁 干扰和静电放电等损害， 需要设计相应的保护电路 。
03
带隙基准电压源制造工艺
工艺流程介绍
硅片清洗与烘干
去除硅片表面污染，保证产品 质量和稳定性。
金属化
利用溅射、蒸发等工艺在硅片 表面形成金属导电层，实现电 路连接。
原材料准备
选择高质量硅片、掺杂剂等原 材料，并进行严格检验。
氧化、扩散与光刻
通过氧化、扩散工艺形成PN 结，并通过光刻技术定义电路 图形。
带隙基准
电流和电源无关，和电阻有关。 当沟道长度效应很小时，电流和电源的依赖性很小。 电路有另一个稳定点： Iout = 0 必须加启动电路。 电路在上电时，启动电路驱动偏置电路摆脱“简并”偏置 点 如图：M3-M5-M2-Rs提供了一条电源 到地的通路，使M2和M3工作。 M2和M3导通后， Vgs5 < Vth M5被关断，不影响偏置电路的正常工作
∴Vout > Veff 2 +Veff1 = Veff + nVeff = (n +1)Veff
例如，取
n =1, ⇒Vout > 2Veff
显然，摆幅可以增加。
改进的电流源
注意M5的栅极偏置电压：
VG1 = VG4 = VG5 = (n +1)Veff +Vth
同时： VDS4 >Veff 4 = nVeff
QVDS4 = VG3 −Veff = (Vth +Veff ) −Veff = Vth Vth > Veff 4 = nVeff
是可以保证的
上述偏置使M2和M3处在饱和与线性区的边缘 若： Ibias ≥ Iin, 则，M5栅极电压足够使M3和M2处在饱和与区 若： Ibias = Iin, I ↑⇒Veff1 ↑⇒γ ≠ 0,Vth4 ↑⇒VDS3 < Veff ⇒ Rout ↓ 使
∂Vbe ∂VT = α1 +α2 lnn ∂T ∂T ∂T ∂V ∂VT k Q be = −1.5mV /o K = = 0.087 /o K mV ∂T ∂T q α1 =1 α2 = α ∂Vref ⇒α lnn =17.2时， =0 ∂T ∂Vref
Vref = α1Vbe +α2VT lnn = Vbe +17.2VT ≈1.25 V
带隙基准源原理简介
带隙基准源原理简介1.1基准电压源的几项主要性能指标产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压。
因此，基准的设计就是要解决以下两个问题：与电源无关的偏置和温度关系的确定。
利用正温度系数电压和负温度系数电压，我们可以可以设计出一个令人满意的零温度系数的基准，这就是带隙基准电压源。
下面我们来介绍基准电压源的几项主要性能指标。
1.1.1温度系数温度系数(Temperature Coefficient,单位ppm/oC)是基准电压源在整个扫描的工作温度范围内，输出电压的最大值和最小值的差值，相对于正常输出电压的变化。
温度系数表征基准电压源电路受温度变化影响的大小，性能优异的基准源电路设计具有非常小的温度系数。
温度的变化而引起输出电压的变化，其单位表示为ppm/oC，计算公式如下所示：（2-1）1.1.2电源抑制比电源抑制比(PSRR：Power supply Rejeetion Ratio，单位：分贝或dB)在小信号情况下，基准电压源的输出变化量与电源电压的变化量之比。
基准电压源电路的输出电压,既要受到环境温度的影响，而且还要受到电源电压噪声的影响。
所以性能优良的基准电压源电路，能够很好的抑制电源电压对于电路的影响。
1.1.3线性调整率在直流状态下，电源电压的波动对于基准源的影响程度。
其公式为：（2-2）1.1.4建立时间从电源上电到基准源输出达到正常输出电压的那段时间。
1.2传统带隙基准源的基本原理和结构1.1.1 概述基准源在集成电路设计中是极其重要的基本单元电路，然后在不同的应用电路中经常需要设计不同的基准源。
比如传统的带隙基准源电路，具有较低的温度系数、较低的电源电压以及可以与标准CMOS工艺兼容等等特点,成为一种广泛使用的典型基准源电路模块。
设计基准电路的目的是为了建立一个与电源和工艺都无关，而且具有确定温度特性的电流或电压。
由于许多工艺参数要随温度的改变而改变，所以如果所设计的基准源与温度没有关系的话，那么它与工艺也是没有关系的。
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∑
VREF a1VBE a2VT
VREF T
a1
VBE T
a2
VT T
0
利用上面的正、负温度系数电压，我们可以设计出一个令人满 意的零温度系数带隙基准电压源：
因此令 a1 1
VREF VBE a2 (VT ln n)
原理
室温附近：
VBE / T 1.5mV / K VBE k ln n 0.087 ln n(mV / K )
而目前产业界用得最多的电压基准源就是带隙基准电压源，几乎在 绝大多数的芯片都能看到带隙基准电压源的身影！在模拟集成电路设计 的三大教材中也专门对此进行了讲解说明：
原理
半导体工艺中具有正温度系数和负温度系数的两种电压： • 负温度系数的PN结电压VBE • 正温系数的热电压VT
为了产生零温度系数电压基准信号可将负温度系数的PN结电压 VBE和正温度系数的热电压VT进行组合即可实现，这样就会得到零 温度系数（ZTC：Zero Temperature Coefficient）带隙电压基准源。
17.2 -17.1455
100 % 0.32%
误差很小，说明实验效果很好。 17.2
谢谢观看
廖方云 4031431807
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/26
那么我们首先来回顾一下上面提到的两种随温度变化的电压：
• PN结结电压 • 热电压
原理
将与绝对温度呈正比例变化的电压VT 和与绝对温度呈反比例变化 的电压VBE进行线性组合从而产生带隙电压基准源。
与绝对温度呈反比电压
VBE VCTAT
a1
与绝对温度呈正比电压
VT VPTAT
a2
零温度系数电压
带隙基准电压源
1 意义 2 原理 3 电路仿真
意义
电压基准源通常要求具有较高的精度和稳定度：
• 不的上述特性，其在集成电路的设计中扮演极其重要 的作用。尤其各种DAC，ADC，传感器芯片，检测芯片，电源管理类等 芯片中广泛使用！
（3）
将（3）与 VREF VBE a2 (VT ln n) 联立可得：
PPM= R2 ln n 17.2 R1
由此可设计电路，假设取n=7，令R1=26k，计算 得R2=260k
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/26
实验电路仿真
实验所用如下仿真电路图，图中使用NMOS 管、PMOS管、三极管PNP管构成如原理图中的 电路，其中MOS管宽长比为10/2um、三极管设 定面积倍数关系为7倍。图中MOS管均处于饱和 状态。
T q
要获得零温度系数的电压基准源，那么：
a2 ln n 17.2
零温度系数带隙基准电压源：
VREF VBE 17.2VT 1.25
传统基准源电路
由图可知此基准源电路Q2与Q1电压差为： （1）
运放处于深度负反馈状态，使得运放两 输入节点电压相等，故：
（2） 由于M1和M2镜像作用，I1=I2，将（1）（2）代入得：
已知既定温漂系数 PPM为17.2，且n=7， 因为R1为26k，由公式
PPM R2 ln n R1
可推出R2，取整后暂 时R2设置为260k.
实验电路仿真
电阻R2初始值为260k时，输出电压随温度变化而变化的曲线。
实验电路仿真
为探究输出曲线的 最佳温度特性，设电阻 R2为变量R，并给其一 个变化范围，并缩小范 围找出同等温度范围内， 相对最好的温度特性的 输出曲线。右图为R设 置为200K到300K之间 的输出曲线。由图可知 R2为260k时，曲线较 为平缓，温度特性较好.
实验电路仿真
将R2细分范围 在260k附近得到右 图所示曲线。
如图所示，R2 为255k时，曲线较 为平缓，因而确定 为255k时，输出曲 线温度特性最为理 想。
计算PPM结果
电阻为255k条件下进行仿真实验，计算PPM
结果。由计算器计算可得PPM为17.1455，与前面
既定的17.2相比较，误差为： 误差