带隙基准电路ppt课件
第8章 带隙基准
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第8章 带隙电压基准
电压基准是模拟电路设计中不可或缺的一个单元模块。它为系统提供直流参考电压， 对电路性能，例如运算放大器的电压增益和噪声都有着显著的影响。在本章中，主要讨论 在 CMOS 技术中电压基准的产生，着重于通用的“带隙”技术。首先，将研究带隙电压基准 的基本原理，并介绍常用的带隙电压基准电路结构，以及衡量带隙电压基准性能的方法， 接着将针对其中的一种结构介绍带隙电压基准的设计流程，随后将分析带隙电压基准输出 噪声和仿真方法，最后将介绍一种低温漂带隙电压基准的结构和设计流程。
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8.2.2
正温度系数电压
IS 为双极晶体管饱和电流)偏置的集电极电流分别为 如果两个同样的晶体管(IS1=IS2=IS， nI0 和 I0，并忽略它们的基极电流，那么它们基极-发射极电压差值 ΔVBE 为：
ΔVBE = VBE1 − VBE2 = VT ln nI 0 I − VT ln 0 I S1 I S2
α⋅
∂V+ ∂V +β⋅ − =0 ∂T ∂T
(8-3)
这样就得到具有零温度系数的基准电压，其原理如图 8- 1 所示。式（8-4）为基准电压的基 本表达式。
VREF = α ⋅ V+ + β ⋅ V−
(8-4)
图 8- 1 带隙电压基准的一般原理
由于双极型晶体管 （BJT） 有以下两个特性： 1)双极型晶体管的基极-发射极电压 （VBE） 电压与绝对温度成反比；2)在不同的集电极电流下，两个双极型晶体管的基极-发射级电压 的差值（ΔVBE）与绝对温度成正比。因此，双极晶体管可构成带隙电压基准的核心。 8.2.1 负温度系数电压 对于一个双极型晶体管，其集电极电流（IC）与基极-发射极电压（VBE）的关系为：
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
《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
《带隙基准电压源》课件
4. 优化电路参数
根据仿真结果和实际测试数据，对电路参数进行优化，以提高带隙基 准电压源的性能。
电路设计的优化方法
温度补偿
通过引入温度补偿元件或采用 温度补偿技术，减小温度对带 隙基准电压源输出电压的影响
。
噪声抑制
采用低噪声元件、优化布线方 式和滤波技术等手段，减小带 隙基准电压源输出电压中的噪 声成分。
温漂
02
带隙基准电压源的温漂是指其在一定温度范围内的输出电压变
化量，温漂越小，性能越好。
热稳定性
03
带隙基准电压源在高温下的稳定性，良好的热稳定性可以保证
其在高温环境下正常工作。
04
带隙基准电压源的实现方式
模拟实现方式
01
02
03
运算放大器
使用运算放大器来调整和 稳定带隙基准电压，以实 现高精度和低噪声的输出 。
电阻和电容
通过精密电阻和电容来构 建带隙基准电压源，以实 现温度补偿和稳定性。
差分放大器
使用差分放大器来提高带 隙基准电压的精度和线性 度，以减小温度和电源电 压变化的影响。
数字实现方式
查找表
使用查找表来存储不同温度下的带隙基准 电压值，通过查表方式实现温度补偿。
数字滤波器
使用数字滤波器来处理带隙基准电压的输 出，以提高其稳定性和精度。
数字控制环路
使用数字控制环路来调整带隙基准电压的 输出，以实现高精度和低噪声的性能。
混合实现方式
模拟与数字相结合
将模拟和数字技术相结合，以实现高性能的带隙基准电压源。例如，可以使用 模拟电路来实现温度补偿和稳定性，同时使用数字电路来实现高精度和低噪声 的性能。
11 第十一章 带隙基准(1)
VREF ≈ VBE + 17.2VT ≈ 1.25V
现在设计一个电路使VBE增加至17.2VT。考虑图中的 电路，其中的基极电流被忽略，晶体管Q2由几个并联 的单元组成，Q1是一个单元的晶体管。设想我们以某 种方式使V01和V02相等。于是，VBE=RI+VBE2且
¾在忽略沟道长度调制效应时图（a）和（b）电路几乎不受电源的 影响。正因如此，该电路中所有的晶体管均采用等长的沟道长度。
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10
启动问题
¾独立于电源偏置的一个重要问题：存在“退化”偏置点。
第十一章 带隙基准
金湘亮 博士 xiangliangjin@
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1、概述 2、与电源无关的偏置 3、与温度无关的基准 4、PTAT 电流的产生
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1
独立于电源的偏置（1）
如图(a)所示，如果IREF不 随VDD而变化，并且忽略 M2和M3的沟道长度调制效 应，那么ID2 和ID3就保持
与电源电压无关。问题就在 于：我们如何产生IREF?
(a)使用一个理想电流源作为偏置的电流镜， (b)使用一个电阻作为偏置的电流镜
图(b)：作为电流源的近似，我们在VDD到M1的栅极之间接
¾ 除了电源、工艺和温度变化外，还有若干参数对于参 考源也很关键，包括输出阻抗、输出噪声和功耗。
高压带隙基准及其启动电路
高压带隙基准及其启动电路
高压带隙基准是一种用于产生稳定高压的电路。
它通常用于测试和校准高压设备，例如电源、传感器和仪器。
高压带隙基准的主要功能是产生一个已知的稳定高压输出，以便对其他设备进行校准和测试。
高压带隙基准的启动电路通常包括以下几个部分：
1. 电源部分，用于提供基准电路所需的电源。
这可能涉及到变压器、整流器和滤波器等组件，以确保基准电路获得稳定的电源。
2. 参考电压源，用于产生一个稳定的参考电压。
这通常可以通过使用稳压器、参考电压源芯片或者精密电阻器等元件来实现。
3. 驱动电路，用于控制高压输出的开关元件，例如场效应管或者晶闸管。
驱动电路通常需要一个精确的时序控制以确保高压输出稳定。
4. 反馈回路，用于监测和调节高压输出，以使其保持在设定的数值范围内。
这通常包括一个比较器和反馈元件，例如电阻网络或
者电容器。
5. 保护电路，用于保护基准电路免受过载、短路和其他异常情况的影响。
这可能包括过压保护、过流保护和温度保护等功能。
总的来说，高压带隙基准及其启动电路是一个复杂的系统，需要精心设计和调试以确保其稳定性和可靠性。
在实际应用中，工程师们需要综合考虑电路的性能指标、成本和可靠性等因素，选择合适的元件和设计方案来实现所需的高压输出。
带隙基准电路设计
带隙基准电路设计
嘿，朋友们！今天咱来聊聊带隙基准电路设计。
这玩意儿啊，就像是电路世界里的定海神针！
你想想看，在那复杂纷繁的电路海洋中，要是没有一个可靠的基准，那不就像船在大海上没了指南针，瞎转悠嘛！带隙基准电路就是那个能给其他电路指明方向、提供稳定参照的宝贝。
它就好比是一场比赛中的裁判，公正公平地给出标准，让其他电路元件能按部就班地工作。
要是没有它，那电路里还不得乱套呀！各种信号乱跑，功能都没法正常实现了。
设计带隙基准电路可不容易哦！得像个细心的工匠，一点一点地雕琢。
从选择合适的元件开始，这就跟挑食材做饭一样，得挑新鲜的、好的食材，才能做出美味的菜肴。
元件选不好，那后面可就难办咯！
然后呢，还得精心设计电路的布局，这可不是随便摆摆就行的。
就好像搭积木，得考虑怎么搭才最稳固、最合理。
每个元件的位置都有讲究，牵一发而动全身呐！
在调试的过程中，那可得有耐心。
有时候就像解谜一样，一点点地找问题，解决问题。
要是没耐心，那肯定不行呀！难道遇到点困难就打退堂鼓啦？那可不行！
而且啊，这带隙基准电路还得适应各种环境呢！就像人一样，得能经得住各种考验。
热了不行，冷了也不行，得始终保持稳定可靠。
你说它容易吗？
咱再想想，要是没有带隙基准电路，那些电子设备还能这么好用吗？手机说不定一会儿信号好，一会儿信号差；电脑可能会时不时地出故障。
哎呀，那可太糟糕了！
所以说呀，带隙基准电路设计真的太重要啦！咱可得重视起来，好好研究，把它设计得稳稳当当的。
让我们的电子世界因为它而更加精彩，更加可靠！这就是我对带隙基准电路设计的看法，你们觉得呢？。
与温度无关的电流模带隙基准
与温度无关的电流模带隙基准1 什么是与温度无关的电流模带隙基准？与温度无关的电流模带隙基准（Current Mode Bandgap Reference，CMBR）是一种基准电路，可以提供一个恒定的、相对稳定的参考电压，而不受温度变化的影响。
它是由一个电流源、一个电阻和多个二极管组成的。
CMBR的原理是利用二极管的温度特性，在一定的电阻与电流源的作用下，产生具有恒定温度系数的电压。
2 CMBR的优点和应用领域CMBR的优点在于其高稳定性和低漂移率。
它可以提供一个相对稳定的电压，可以应用于任何需要电压参考的电子电路中，如放大器、模拟转换器、示波器等。
在集成电路中，CMBR可以用于提供电压参考，使其它电路更加准确地运行。
它还可以被用作校准其他元件的电压参考。
3 CMBR的实现方法与技术难点CMBR的实现方法有多种，如基于三极管、MOS、电容等。
其中基于MOS的CMOS CMBR是目前最常用的实现方法之一。
CMOS CMBR的实现存在一些技术难点。
例如，电流源的稳定性和精度，电阻的温度系数，二极管的匹配和温度效应等问题，都会对实现CMBR的稳定性和准确性产生影响。
4 CMBR的未来发展趋势CMBR作为一个重要的电压参考技术，在未来仍然会有广泛的应用。
未来的发展趋势主要包括适用范围的拓展、精度的提高和功耗的降低。
针对CMOS CMBR存在的技术难点，研究人员正在积极探索新的实现方法，以提高其稳定性和精度。
同时，随着电子元件的微型化和功耗要求的提高，CMBR也将会向更低功耗、更小尺寸的方向发展。
5 总结与温度无关的电流模带隙基准是一个用于提供参考电压的重要技术，它具有高稳定性和低漂移率的优点，可以应用于各种电子电路。
CMOS CMBR是目前最常用的实现方法，并有着广泛的应用前景和未来发展潜力。
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12
3
启动电路
.
图2.1 核心电路（含启动电路）
2.运放电路
三级运放 通过运放，使整个核心电路 的偏置电压独立于电源电压， 从而提高电源抑制比。
.
图2.2 运放电路
3.启动电路
2.3
图
保证运放正常工作，并提供偏置
启
动
电
路
.
启动电路
.
三级运放
此电路共计49个MOS管，5个三极管，8个电阻和1个电容 图2.4 整体电路
当VBE 750mV ,T 300K时，VBE T -1.5mV / K
VBE
VT
ln
IC IS
,VT
KT
q
VBE2 VT ln n (R2 R3) R3 VREF
.
图1.2 基本的带隙基准源
第二章 BandGap电路设计
1.核心电路（含启动电路）
VREF
2VT ln R45
n
R43
VBEQ32
基于0.35微米CMOS工艺的 带隙基准源设计
Based on 0.35um BCD Process BandGap reference design
.
第一章 概述
1.BCD工艺简介 BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）功率集成电路器件， 通过MOS管的最高电压可达40V，最低为5V。
2.带隙基准源简介及其应用 模拟集成电路广泛地包含带隙基准电压源，由于带隙基准 电压源的输出电压与电源电压、工艺参数和温度的关系很 小，所以带隙基准电压源一直是集成电路中的一个重要的 基本模块，例如可应用于LDO或者电荷泵等。
SS
TT
FF
.
温度系数
5.79ppm/℃ 1.13ppm/℃ 0.74ppm/℃
4.功耗
3.4
图
功 耗 仿 真 图
SS
TT
FF
.
功耗
0.99mW 1.35mW 2.05mW
5.蒙特卡罗分析
输出电压
温度系数
.
电源抑制比 功耗
蒙特卡罗分析结果
输出电压（V） 电源抑制比（dB） 温度系数（ppm/℃） 功耗（uA）
SS 1.356-1.041 98.54-51.226 105.78-1.337
218-182
TT 1.342-1.023 106.58-51.55 89.205-0.566
321-274
FF 1.332-1.013 95.71-48.64 78.72-2.183
441-383
.
参考文献： 1.高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源_吴志明 2.模拟CMOS集成电路设计_毕查德拉扎维
核心电路
第三章 仿真结果
1.输出电压
3.1
图
输 出 电 压 仿 真 图
ห้องสมุดไป่ตู้
SS
TT
FF
.
输出电压 1.25V 1.23V 1.22V
2.电源抑制比（PSRR）
3.2
图
电 源 抑 制 比 仿 真 图
SS
TT
FF
.
PSRR
73dB 72dB 93dB
3.温度系数（TC）
3.3
图
温 度 系 数 仿 真 图