带隙基准源
带隙基准源
开放性创意
• 1）用NMOS阈值电压的负温度系数，加上 PMOS阈值电压的正温度系数合成低温漂基 准源； • 2）从MOS管源-漏特性复制出与电源电压无 关的电学参数； • 3）两个温度系数的电压去相减；
失败尝试
低温漂CMOS基准源的设计
By 丁力
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第一二章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
研究原因
• 基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。它的温 度稳定性以及抗噪声能力影响到整个系统的精度和性能。 • 近年来，芯片系统集成（system on chip）技术已经受到学术 界及工业界广泛关注．随着电路系统结构的进一步复杂化，对 模拟电路基本模块提出了更高精度及速度的要求。 • 笔者个人的学习工作经历。
论文结构
• 1）介绍CMOS带隙基准源的现状、发展趋势 以及本课题研究目的意义； • 2）介绍基准源的分类，详细分析带隙基准源 的基本原理和几种基本框架，并分析其优缺 点； • 3）对高精度的CMOS带隙基准源进行设计分 析和模拟仿真；
基准源基本原理
MOS管型基准源
VGS1 VGS 2 I REF R
1 洞察
研究原因 论文结构 基准源基本原理
第三章
扩散思考
2 实践
带隙电路设计 运放设计 偏置设计 启动电路设计
3 效果
直流特性 温度特性 交流特性 启动瞬态仿真
整体电路的设计
启动电路 偏置电路 运算放大电路 BANBA基准源
《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。
带隙基准源
带隙基准源随着科技发展的进步，越来越多的技术被不断发展出来，以满足各种应用的需要。
带隙基准源正是其中的一种。
它是一种特殊的基准源，可以替代传统的精密电阻和手动调节电位器，以实现在各种信号转换情况下进行精确检测和校准的目的。
与传统基准源相比，带隙基准源具有更宽的带宽、更高的分辨率和更优质的性能。
带隙基准源可以为信号转换提供精确的基准电压。
它还可以用于测量模拟和数字信号之间的差异，测量模拟信号的精确幅值，测量模拟参考信号的质量，测量量的高低质量，甚至在模拟-数字变换时进行质量检测，等等。
此外，带隙基准源在精密和抗电磁干扰方面表现优异。
由于它的高准确度，可以应用于航空、航天、数据通信、医疗等对高精度要求较高的行业。
在带隙基准源的结构中，基本组件包括电压发生器（Voltage Generator）、精密微控制器（Precision Microcontroller）、电解电容（Electrolytic Capacitor）、半导体二极管（Semiconductor Diode）和锂离子电池（Lithium-ion Battery）等元件。
它们之间的连接方式也不一样，可以是并联也可以是串联，以满足不同的工作要求。
带隙基准源的应用价值非常大，它们可提供精确、准确、稳定、可靠的信号转换，这可以满足各类信号处理系统的需求，从而提高系统效率和工作质量。
它们不仅在航空航天、数据通信和医疗行业都有重要的应用，在家用电器中也受到广泛使用，比如电视机、音响和空调等等。
总之，带隙基准源是非常有用的一种技术，可以为各种应用提供精确的信号转换。
它的优点有多种，结构紧凑，性能稳定、可靠，需要的功耗小，噪声抑制好，可靠性好等等。
随着技术的不断发展，带隙基准源将在未来有更广泛的应用。
带隙基准源研究现状与发展前景综述
带隙基准源研究现状与发展前景综述摘要：带隙基准源（Bandgap Reference），又称能隙基准源。
由于其具有优异的温度稳定性，常用于高精度的电压参考。
基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。
它的温度稳定性以及抗噪声能力影响到整个系统的精度和性能。
近年来，芯片系统集成（SOC）技术已经受到学术界及工业界广泛关注。
随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高精度及速度的要求。
而带隙基准源相较于传统基准源有诸多优点，应用广泛，研究价值大，发展前景良好。
关键词：带隙基准源；集成电路；芯片系统集成；高精度1、引言输出不随温度、电源电压变化的基准源在模拟和混合集成电路中应用非常广泛,例如数据转换电路与稳压电路[1]。
在集成电路中,有三种常用的基准源:掩埋齐纳(Zener)基准源、XFET基准源和带隙(Bandgap)基准源[2]。
随着片上系统(SOC)的迅速发展,系统要求模拟集成模块能够兼容标准CMOS工艺,在SOC上,数字集成模块的噪声容易通过电源和地耦合到模拟集成模块,这要求模拟集成模块的PSRR非常高。
同时,由于移动电子设备的逐渐增多,要求模拟集成电路的电源电压能够降至1 V左右,功耗在μW量级上[3]。
所以,尽管掩埋齐纳基准源和XFET基准源的输出温度稳定性非常好,但是它们的制造流程都不能兼容标准CMOS工艺,并且掩埋齐纳基准源的输出电压一般大于5V。
带隙基准电压源包括双极型带隙基准源和CMOS带隙基准源,工艺条件宽。
带隙基准电压源的性能较其他基准有了很大的飞跃。
带隙基准输出电压受温度和电源电压影响小,并且其精度高。
基准的初始精度、温度系数、长期漂移、噪声电压等性能指标从低到高覆盖面比较宽,适用于多种不同精度要求的系统中。
该类基准既有为通常目的设计的类型,也有静态电流小至几十微安,输入输出电压差较低而适用于电池供电场合的产品,因而应用范围很宽。
综合来看,带隙基准性能良好,价格适中,是性价比最高的电压基准。
带隙基准源
带隙基准源.doc带隙基准源基本指标:共模抑制比(高);开环增益();失调电压(低);压摆率();随温度变化率/系数(低);温漂(低);功耗(低);相位裕度，理想相位裕度60?;温度系数TC(temperature coefficient):指温度变化引起的输出电压的变化，一般用ppm/?来表示。
温度系数反映基准源在整个工作温度范围内输出电压最大值与最小值相对正常输出时的变化，对于一阶补偿的带隙基准源电路而言，温度系数一般在几十ppm/?，经过二阶或高阶的非线性补偿的电路，温度系数可以达到几个ppm/?以下。
目前常用的高阶温度补偿技术包括:二阶曲线补偿技[10][11]术，指数曲线补偿技术，线形化V的技术，基于电阻比值的温度系数的曲BE 线补偿方法等。
线性调整率:用来描述直流情况下电源电压波动对基准电压的影响程度。
调整率越小，基准输出电压越稳定。
它是基准电压的直流特性参数，与瞬时状态无关。
电源抑制比:表示电源电压在小信号情况下的变化量与基准的变化量之比。
亦即等于差分放大倍数与由于Vdd变化引起的放大倍数之比，表达式为AV(Vdd=0)/A(Vin=0)，它是基准电压的交流特性参数。
Vdd噪声:基准输出电压中的噪声通常包括宽带热噪声和窄带l / f 噪声。
宽带噪声可以应用RC滤波器等电路有效的过滤清除。
而l / f 噪声是基准源内在固有的噪声，不能被滤除，一般在0.1到10Hz范围内发挥作用。
对高精度系统，低频的l / f 噪声的影响是一个重要的参数。
建立时间:指电源上电后，基准源输出达到正常值所需的时间。
表4-1电压基准源设计指标设计指标描述最小值典型值最大值单位工作温度 -40 27 85 ?工作电压 4.5 5 5.5 V 输出电压 1.24/2.48 1.25/2.50 1.26/2.52 V 输出电流 2 mA 温度系数 30 ppm/?电源纹波抑制比(2MHz) -20 -30 -50 dB采用自举输入还有以下优点:1)消除了Q1和Q2管的厄尔利效应不对称对KCMR的影响,同时,Q1,2的基极电压和Q5,6的基极电压将随输入共模电压变化,形成共模反馈,所以,KCMR得以大大提高;2)VCB1,2?0,能有效地消除集-基反向漏电流ICBO对IB的有害干扰;3)由于基极电流很小,所以,该电路有很高的输入阻抗。
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。
带隙基准源工作原理
带隙基准源工作原理
嘿，朋友们！今天咱就来好好聊聊带隙基准源的工作原理，这可真是个超级有趣的东西呢！
你知道不，带隙基准源就好像是电路世界里的定海神针！比如说，想象一下你的手机，要是没有一个稳定可靠的基准源，那各种功能还不得乱套呀？它能给电路提供一个非常精准、几乎不受温度等外界因素影响的电压或电流基准。
咱先看看它是怎么工作的哈。
带隙基准源就像是一个聪明的小魔法师，它通过巧妙地利用半导体的特性来实现神奇的功能。
就像你在游戏里不断组合技能来打败怪兽一样，带隙基准源利用不同的半导体元件和电路结构，变出那个稳定精确的基准。
比如说，一些特殊的晶体管就像是它的魔法道具，通过它们之间的相互作用和配合，哇塞，稳定的基准就出来啦！
然后呢，它还特别厉害，不管周围环境怎么变化，温度忽高忽低，它都能稳稳地坚守自己的阵地。
这多牛啊！就好像在一个狂风暴雨的天气里，别人都被吹得东倒西歪，而带隙基准源就像那个坚定的灯塔，一动不动地给电路指引方向。
“哎呀，这带隙基准源也太神了吧！”你可能会这么感叹。
没错呀，它就是这么神奇！它在各种电子设备里默默工作，我们可能平时都注意不到它，但要是没有它，那可就乱套啦！所以说，千万别小看这个小小的带隙基准源哦！
我觉得啊，带隙基准源真的是电子世界中不可或缺的一部分，它虽然不起眼，但发挥的作用那是巨大无比的。
没有它，我们的电子设备哪会有这么稳定可靠的性能呀！怎么样，现在是不是对带隙基准源的工作原理更感兴趣啦？。
带隙电压基准源的设计与分析
带隙电压基准源的设计与分析摘要介绍了基准源的发展和基本工作原理以及目前较常用的带隙基准源电路结构。
设计了一种基于Banba结构的基准源电路，重点对自启动电路及放大电路部分进行了分析，得到并分析了输出电压与温度的关系。
文中对带隙电压基准源的设计与分析，可以为电压基准源相关的设计人员提供参考。
可以为串联型稳压电路、A／D和D／A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。
基准源广泛应用于各种模拟集成电路、数模混合信号集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。
在模／数转换器(ADC)、数／模转换器(DAC)、动态存储器(DRAM)等集成电路设计中，低温度系数、高电源抑制比(PSRR)的基准源设计十分关键。
在集成电路工艺发展早期，基准源主要采用齐纳基准源实现，如图1(a)所示。
它利用了齐纳二极管被反向击穿时两端的电压。
由于半导体表面的沾污等封装原因，齐纳二极管噪声严重且不稳定。
之后人们把齐纳结移动到表面以下，支撑掩埋型齐纳基准源，噪声和稳定性有较大改观，如图1(b)所示。
其缺点：首先齐纳二极管正常工作电压在6～8 V，不能应用于低电压电路；并且高精度的齐纳二极管对工艺要求严格、造价相对较高。
1971年，Widlar首次提出带隙基准结构。
它利用VBE的正温度系数和△VBE的负温度系数特性，两者相加可得零温度系数。
相比齐纳基准源，Widlar型带隙基准源具有更低的输出电压，更小的噪声，更好的稳定性。
接下来的1973年和1974年，Kujik和Brokaw分别提出了改进带隙基准结构。
新的结构中将运算放大器用于电压钳位，提高了基准输出电压的精度。
以上经典结构奠定了带隙基准理论的基础。
文中介绍带隙基准源的基本原理及其基本结构，设计了一种基于Banba结构的带隙基准源，相对于Banba结构，增加了自启动电路模块及放大电路模块，使其可以自动进入正常工作状态并增加其稳定性。
1 带隙基准源工作原理由于带隙电压基准源能够实现高电源抑制比和低温度系数，是目前各种基准电压源电路中性能最佳的基准源电路。
亚1v曲率补偿cmos带隙基准源设计思路
亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路随着集成电路技术的不断发展，电子产品对于基准源的要求也越来越高。
其中，曲率补偿CMOS带隙基准源作为一种新型的基准源设计方案，受到了广泛关注。
本文将围绕这一主题展开，介绍亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路。
1. 阐述亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的基本原理亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是基于CMOS工艺的一种新型基准源设计方案。
其基本原理是利用CMOS技术中的晶体管和电容器等器件，结合曲率补偿和带隙参考电压的原理，实现对基准源的高精度输出。
2. 分析常见的亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计方案目前，针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计方案有多种，比如基于单电源电路的设计方案、基于电流源和电压源的混合设计方案等。
这些设计方案各有特点，可以根据具体的应用需求选择合适的方案。
3. 探讨亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计中的关键技术问题在设计亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源时，需要克服一些关键技术问题，比如温度漂移、功耗、线性度等。
针对这些问题，可以通过优化电路结构、选择合适的器件参数以及采用合适的校准技术等方法进行解决。
4. 提出优化亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计，可以从多个方面进行优化，比如优化电路结构、选择高精度的器件、采用先进的校准技术等。
在设计过程中，还可以借鉴先进的模拟电路设计理念，确保设计的稳定性和可靠性。
5. 结语亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是一种具有广阔应用前景的新型基准源设计方案。
通过优化设计思路和克服关键技术问题，可以实现对基准源输出精度的提升，为电子产品的性能提升提供可靠的支撑。
以上便是关于亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路的一些介绍，希望对读者有所帮助。
在未来的发展中，随着集成电路技术的不断进步，相信这一设计方案将会得到更广泛的应用，并为电子产品的性能提升带来新的活力。
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带隙基准源
基本指标：共模抑制比（高）；开环增益（）；失调电压（低）；压摆率（）；随温度变化率/系数（低）；温漂（低）；功耗（低）；相位裕度，理想相位裕度60°；
温度系数TC(temperature coefficient)：指温度变化引起的输出电压的变化，一般用ppm/℃来表示。
温度系数反映基准源在整个工作温度范围内输出电压最大值与最小值相对正常输出时的变化，对于一阶补偿的带隙基准源电路而言，温度系数一般在几十ppm/℃，经过二阶或高阶的非线性补偿的电路，温度系数可以达到几个ppm/℃以下。
目前常用的高阶温度补偿技术包括：二阶曲线补偿技术[10]，指数曲线补偿技术，线形化V BE的技术[11]，基于电阻比值的温度系数的曲线补偿方法等。
线性调整率：用来描述直流情况下电源电压波动对基准电压的影响程度。
调整率越小，基准输出电压越稳定。
它是基准电压的直流特性参数，与瞬时状态无关。
电源抑制比：表示电源电压在小信号情况下的变化量与基准的变化量之比。
亦即等于差分放大倍数与由于Vdd变化引起的放大倍数之比，表达式为A V （Vdd=0）/A V dd（Vin=0），它是基准电压的交流特性参数。
噪声：基准输出电压中的噪声通常包括宽带热噪声和窄带l / f 噪声。
宽带噪声可以应用RC滤波器等电路有效的过滤清除。
而l / f 噪声是基准源内在固有的噪声，不能被滤除，一般在0.1到10Hz范围内发挥作用。
对高精度系统，低频的l / f 噪声的影响是一个重要的参数。
建立时间：指电源上电后，基准源输出达到正常值所需的时间。
表4-1电压基准源设计指标
设计指标描述最小值典型值最大值单位工作温度-40 27 85 ℃工作电压 4.5 5 5.5 V 输出电压 1.24/2.48 1.25/2.50 1.26/2.52 V 输出电流 2 mA 温度系数30 ppm/℃电源纹波抑制比(2MHz) -20 -30 -50 dB
采用自举输入还有以下优点:1)消除了Q1和Q2管的厄尔利效应不对称对K CMR的影响,同时,Q1,2的基极电压和Q5,6的基极电压将随输入共模电压变化,形成共模反馈,所以,K CMR得以大大提高;2)V CB1,2≈0,能有效地消除集-基反向漏电流I CBO对I B的有害干扰;3)由于基极电流很小,所以,该电路有很高的输入阻抗。
图：折叠式自偏置低压共源共栅放大器实现高抗噪性能
为了研究高性能带隙基准电压源的设计，本文将首先着手究影响带隙基准电压源(BGR)性能的因素和提高BGR性能的方再对低压线性(LOD)调节器的高性能GBR进行完整设计分析，借助仿真软件HSPICE 对电路进行模拟仿真，包括带隙基准源源电压调整率、温漂、电源抑制比、启动时间等。
最后对带准电压源进行版图设计。
本文主要内容如下:
1、介绍本课题的研究目的和意义
2、介绍基准源的性能指标及分类，详细分析带隙基准源的基理和几
种基本架构，并分析其优缺点
3、分析影响带隙基准电压源温度性能的原因并总结目前的改
法
4、对LDO的高性能带隙基准电压源进行设计分析
5、对LDO的高性能带隙基准电压源进行模拟仿真
6、对LDO的高性能带隙基准电压源进行版图设计
DLO线性低压差电源的工作原理如下:输出电压经过采样反馈网络R1、R2后和误差放大器的同相端连接，并与带隙基准电压源输出的参考电压比较，控制电压调整管，保持输出电压稳定。
假设输出电压变大，经反馈电阻R1、R2分压后，误差放大器的同相端V INP电压升高，使误差放大器的输出电压升高，功率通路器件的栅源电压V Gs减小，导致R PE变大，迫使输出电压降低，这样整个回路构成一个深度负反馈的系统。
认为误差放大器输入端电压相等的情况下，可以得到
输出电压
22
1 R R
R
V
V
ref
out +
=。
由上式可知，带隙基准源是影响LDO性能的关键因素。
带隙基准源的性能直接影响LDO的性能。