带隙基准源电路的基本原理及仿真分析
带隙基准电压源PPT课件
∑
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
对失调不敏感的带隙基准源
对失调不敏感的带隙基准源带隙基准源是一种集成电路，用于提供稳定的电压基准，通常在数字和模拟电路中广泛应用。
带隙基准源的主要优点是其输出电压与温度和电源电压的变化具有良好的稳定性。
然而，在某些情况下，带隙基准源可能对失调（或误差）表现出一定的敏感性。
下面将对这种敏感性进行详细讨论，并探讨如何减少其对系统性能的影响。
一、带隙基准源的工作原理带隙基准源依赖于硅的能带隙来产生基准电压。
硅的能带隙约为1.1eV，这个能带隙对应于约3600K的绝对温度。
带隙基准源利用了在不同温度下，双极晶体管的基极-发射极电压（Vbe）与温度的关系。
通过将两个具有不同基极-发射极电压的晶体管以适当的权重组合在一起，可以产生一个与温度变化无关的电压。
二、带隙基准源的失调原因带隙基准源的失调可能由多种因素引起。
其中一些主要的因素包括：1.制造过程中的失配：在制造过程中，由于工艺限制或环境因素，可能导致晶体管的性能存在差异。
这种差异可能导致带隙基准源的输出电压偏离理想值。
2.温度变化：虽然带隙基准源的设计目标是使其输出电压与温度变化无关，但实际应用中，温度的变化可能会对基准源的输出电压产生微小的影响。
3.电源电压变化：电源电压的变化也可能对带隙基准源的输出电压产生影响。
4.老化：随着时间的推移，带隙基准源可能会发生老化，导致其输出电压发生变化。
三、减少带隙基准源失调的方法为了减少带隙基准源的失调，可以采取以下几种方法：1.优化制造工艺：通过改进制造工艺，可以减少晶体管之间的失配，从而降低带隙基准源的失调。
2.温度补偿：通过添加温度补偿电路，可以减小温度对带隙基准源输出电压的影响。
3.电源电压稳定：通过使用稳定的电源，可以减少电源电压变化对带隙基准源的影响。
4.老化补偿：可以通过监测带隙基准源的输出电压随时间的变化，来预测其老化的程度，并采取相应的补偿措施。
四、结论带隙基准源是一种广泛应用于数字和模拟电路中的电压基准源。
虽然其设计目标是提供稳定的输出电压，但在实际应用中，可能受到制造过程中的失配、温度变化、电源电压变化以及老化等因素的影响，导致其输出电压偏离理想值。
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BandGap的调节与理论分析
不同电压的温度扫描
图示为电源电压为3.0V， 3.3V，3.6V， restypical， captypical，diotypical， biotypical，sf的工艺模型下 的DC仿真。可以看出， 输出电压为1.24V到1.27V 之间，温漂系数为
不同电压的温度扫描
图示为电源电压为3.0V， 3.3V，3.6V， restypical， captypical，diotypical， biotypical，fs的工艺模型下 的DC仿真。可以看出， 输出电压为1.23V到1.26V 之间，温漂系数为
与温度关系变化的确定。
带隙电压基准的基本原理：将两个拥有相反温度系
数的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度 系数的基准电压。
负温度系数电压
双极晶体管的基极-发射极或者说是pn结二极管具
有负温度系数。
VBE VT I C VT E g ln (4 m) 2 VT T T IS T kT Eg VBE VBE (4 m)VT q T T V BE 。 V K 当 BE =750mv，T=300 时， =-1.5 T
2.静态工作点的调试
首先，确保部分管子工作在饱和区，不受电源电压变
化的影响。 然后，寻找合适的双极晶体管比例，这里给出Q1，Q2， Q3，Q4，Q5为2:2:2:16:16。 再次，寻找合适的电阻比例：
VREF VBE (VT lnn) VREF VBE R3 VBE 3 R2 R R 17.2 lnn 17.2 3 ln n 17.2 3 R2 R2 lnn
3.3V时基准电压曲线
如图所示为3.3V时， BandGap输出电压曲线， 可以看到Vmax=1.251， Vmin=1.249. 计算得出温漂系数为 9.434
bandgap带隙基准源电路
bandgap带隙基准源电路
带隙基准源电路是一种用于产生稳定的基准电压的电路。
它基于半导体材料的能带结构，利用了半导体材料的禁带宽度（也称为带隙）的特性。
在带隙基准源电路中，常使用两个不同的半导体材料（如硅和镓）组成的二极管。
这两个材料的带隙不同，导致二极管在正向偏置时的电压降产生差异。
仅在这个差异电压较小的区域内工作，以增强其稳定性。
带隙基准源电路通常还包含一个负反馈电路，用于调节二极管的电流，以保持其工作点稳定。
这样可以确保带隙基准源电路提供的电压输出具有很高的稳定性和精确性。
带隙基准源电路常用于精密测量仪器、模拟电路和微电子器件中，用于提供标准的参考电压。
它们的优点包括高精度、低温漂移和较好的长期稳定性。
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。
bandgap带隙基准源电路
bandgap带隙基准源电路Bandgap带隙基准源电路是一种用于产生带隙基准电压的电路，它在模拟电路设计和集成电路设计中具有重要的作用。
带隙基准电压是一种与温度和电源电压无关的直流电压，它可以用于电路的偏置、ADC的基准、温度传感器等。
带隙基准源电路的设计原理是基于硅材料的带隙能量，它的带隙能量为1.12eV，对应于温度为273.15K。
带隙基准源电路的核心思想是将带隙能量转化为直流电压，并通过一定的放大和调节电路，得到温度和电源电压无关的基准电压。
带隙基准源电路的基本结构包括三个部分：偏置电路、带隙电压产生电路和放大电路。
其中，偏置电路用于产生一个与电源电压无关的直流电流，带隙电压产生电路用于将带隙能量转化为直流电压，并且放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
偏置电路通常采用一个PNP晶体管和一个电阻组成，PNP晶体管的基极-发射极电压作为偏置电压。
这个偏置电压具有负的温度系数，即随着温度的升高，它的值会减小。
为了使整个电路的温度系数为零，需要将这个偏置电压与一个具有正温度系数的电压进行补偿。
带隙电压产生电路通常采用两个晶体管和电阻组成，其中一个晶体管的基极-发射极电压作为带隙电压，另一个晶体管的基极-发射极电压具有正的温度系数。
通过调节两个晶体管的发射极电流比值，可以得到一个与温度无关的带隙电压。
放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
通常采用一个高精度、低噪声的放大器，将带隙基准电压进行放大和调节。
放大器的增益和带宽需要满足一定的要求，以确保带隙基准电压的精度和稳定性。
在实际应用中，带隙基准源电路还需要考虑一些其他的因素，如电源噪声、温度范围、功耗等。
为了实现高精度的带隙基准电压，需要采用一些优化设计方法，如低噪声电源、温度补偿技术、自偏置电路等。
在实际应用中，带隙基准源电路有着广泛的应用。
它可以用于各种类型的模拟电路和数字电路中，如运算放大器、比较器、ADC、DAC、PLL等。
它可以提供高精度的基准电压，帮助这些电路实现高精度、低噪声、稳定的性能。
带隙基准电路设计与仿真
带隙基准电路设计与仿真带隙基准电路是一种用于产生稳定电压参考的电路，它的工作原理是利用带隙参考电压源的稳定性，将其转换为稳定的输出电压。
在电子设备中，带隙基准电路被广泛应用于各种需要稳定参考电压的场合，如模拟电路中的比较器、放大器、ADC、DAC等。
1.确定设计指标和要求：首先需要确定带隙基准电路的设计指标和要求，包括输出电压的精度、波动、温漂等。
这些指标将直接影响到整个电路的设计和性能。
2.选择合适的带隙参考电压源：带隙参考电压源是带隙基准电路的核心部分，选择合适的电压源对于整个电路的性能至关重要。
常见的带隙参考电压源有基准二极管电压源、基准电流源和温度补偿电压源等。
3.设计和优化调整电路：调整电路用于校准输出电压，使其达到所需的精度，也可以用于调整输出电压的温度系数。
调整电路通常由运放、电阻网络和校准电压源等组成，通过合理选择和设计这些元件，可以优化整个电路的性能。
4.进行仿真和优化：在设计结束后，需要进行电路的仿真和优化。
通过仿真可以验证电路的性能，并进行参数调整和优化，以满足设计指标和要求。
5.制作原型并测试：在设计和仿真完成后，可以制作原型并进行测试。
测试结果将反馈给设计人员，并根据需要进行进一步的调整和优化。
设计带隙基准电路需要综合考虑电路的稳定性、精度、功耗和成本等因素。
在选择和设计电路元件时，可以采用一些常用的优化方法，如小信号模型分析、傅里叶级数分析、参数扫描等。
最后，需要注意的是，在设计带隙基准电路时，还应考虑一些特殊因素，如温度变化、噪声干扰、工作电流等影响电路性能的因素，并采取相应的补偿措施。
总之，带隙基准电路的设计与仿真是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素，通过合理的选择和设计来满足设计指标和要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
带隙基准源电路的基本原理及仿真分析
模拟电路中广泛地包含电压基准(reference voltage)和电流基准(current reference)。
在数／模转换器、模／数转换器等电路中，基准电压的精度直接决定着这些电路的性能。
这种基准应该与电源和工艺参数的关系很小，但是与温度的关系是确定的。
在大多数应用中，所要求的温度关系通常分为与绝对温度成正比(PTAT)和与温度无关2种。
近年来有研究指出，当漏电流保持不变时，工作在弱反型区晶体管的栅源电压随着温度升高而在一定范围内近似线性降低。
基于该特性，带隙基准源所采用的基极-发射极结可以被工作在弱反型区的晶体管代替产生低温度系数的基准源。
文献中提到采用该设计原理的基准源，利用0．13μm工艺的低阈值电压NMOS管和衬底调整的PMOS管实现其中的放大器。
本文所采
用的基准源电路利用传统带隙基准源的核心电路原理，通过饱和状态MOS
等效电阻对PTAT电流动态反馈补偿，基本实现了基准源的稳定要求。
1 带隙基准源的基本原理
带隙基准源可以在0～70℃的温度范围内有lO ppm／℃的温度系数。
由室温下温度系数为-2．2 mV／℃的PN结二极管产生电压为VBE。
同时也产生一个热电压VT(VT=kT／q)，其与绝对温度(PTAT)成正比，室温下的温度。