带隙基准电压源启动电路
《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
一种高性能cmos带隙基准源的设计与研究
摘要摘要在模拟及数模混合集成电路设计中，电压基准是非常重要的电路模块之一，而通过巧妙设计的带隙电压基准更是以其与电源电压、工艺、温度变化几乎无关的特点，广泛应用在LDO及DC-DC集成稳压器、射频电路、高精度A／D和D／A 转换器等多种集成电路中。
随着大规模集成电路的日益复杂和精密，亦对带隙基准电压的温度稳定性提出了更高的要求。
传统的带系基准电压源只能产生固定的近似1.2V的电压不能满足在低压场合的应用。
电流模带隙电路采用正温度系数的电流支路(PTAT)和负温度系数的电流支路(CTAT)并联产生与温度无关的基准电流。
然后让此电流在电阻上产生基准电压。
电流模带隙结构可以得到任意大小的基准电压。
本次设计的低压二次温度补偿高精度带隙基准电压源使用的工艺是TSMC 0.18μm 混合模拟CMOS 工艺，输出基准电压可调节，设计预期指标：温度系数10ppm/℃，电源抑制比在低频时接近80dB，高频时也能达到45dB，电源电压范围为1.5V到2.4V。
关键词：带隙基准源；二次温度补偿；温度系数；电源抑制比ABSTRACTA Low-voltage and High precision CMOS bandgap reference designIn the design analog and digital mix-mode circuits, bandgap reference is one mode of the most important circuits. And the bandgap voltage references which through clever design are also with its power supply voltage, process, with the characteristics of temperature change almost irrelevant, widely used in LDO and DC - DC integrated voltage stabilizer, RF circuit, high-precision A/D and D/A converter and so on many kinds of integrated circuits. Along with large scale integrated circuit of the increasingly complex and precision, also bandgap benchmark voltage temperature stability put forward higher request. The traditional belt department benchmark voltage source produces fixed approximate 1.2V, cannot satisfy the voltage in the application of low-pressure occasions. Current mode bandgap circuit USES is the temperature coefficient of current branch and negative temperature coefficient of current branch regardless of temperature of parallel produce benchmark current. Then let the current benchmark voltage produce in the resistance. Current mode bandgap structure can get any size benchmark voltage The design of low-pressure second temperature compensation high-precision bandgap voltage sources used benchmark craft is TSMC 0.18 um hybrid analog-digital craft, Output benchmark voltage can be adjusted, Temperature coefficient is 9ppm/℃, Power Supply Rejection Ratio can be 86dB,Supply voltage range from 1.5V to 2.5 V. Reached the expected performance indicators. Simple structure and realize low output voltage requirements.Key Words: Bandgap benchmark source；Second temperature compensation；Temperature coefficient；Power Supply Rejection Rati目录第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2基准源的分类与特点 (1)1.3文章结构 (2)第2章偏置电路 (7)2.1偏置电路的概述 (7)2.2与电源无关的偏置电路 (7)第3章带隙基准的结构原理 (8)3.1带隙基准基本原理 (8)3.2W IDLAR 结构 (13)3.3K UJIK 结构 (13)3.4双极晶体管的温度特性-负温度系数电压 (12)3.5双极晶体管的温度特性-正温度系数电压 (14)3.6非线性项补偿带隙基准源电路图 (15)第4章带隙核心电路的设计 (16)4.1基准源整体结构 (16)4.2运放的设计 (16)4.2.1 运放的结构 (16)4.2.2相位的补偿 (18)4.2.3失调电压对基准电压源的影响 (18)4.2.4运放仿真结果 (19)4.3启动电路的设计 (20)4.4基准电路的设计 (23)第5章仿真结果 (24)第6章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第7章外文资料原文 (32)7.1 BANDGAP REFERENCE (32)7.2C OLLECTOR C URRENT V ARIATION (34)第8章译文 (35)8.1带隙基准 (35)8.2集电极电流变化 (38)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景基准电压源或电压参考(V oltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。
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。
常见的带隙基准电压产生电路
常见的带隙基准电压产生电路咱们今天来聊聊一个挺有意思的话题——常见的带隙基准电压产生电路。
大家可能听了这名字就有点蒙圈：“带隙？基准电压？这不是啥高大上的科技吗？”别担心，咱们简单聊聊，保准让你一听就明白。
这个电路就像咱们日常生活中的“电池”，它的作用呢，就是给电路提供一个稳定的电压来源。
简单说，就是它不管外界的环境变化多大，电压保持不变，给电路提供了一个可靠的参照值。
可能有些朋友会想：“这不是电压稳定器吗？”嗯，差不多，但它更精确一些。
这个“带隙基准”这名字怎么听着有点高深呢？其实就是指它在晶体管的带隙区间里找到了一个稳定的电压点。
你想啊，电压这东西，可不像你我生活中的情绪，时高时低的，要稳定它可不是那么容易的事。
你想，要在复杂的环境中找到一个不会随便“掉链子”的电压参考点，那可真得动点脑筋。
说到这里，很多人都会问，带隙基准电压产生电路到底是怎么工作的呢？好吧，咱们就来深挖一下！简单来说，这个电路通常包含几个关键部分——像是两个晶体管，差分放大器，还有一些电阻和运算放大器。
别看这些名字很“技术”，其实它们的任务就是通过一些小小的巧妙设计，调节电压，直到找到那个最稳定的点。
其实这就像你去一间热锅上的蚂蚁的厨房，找寻那最适合的火候，不高不低，正好那样。
好啦，咱们不说太深的，简单来说，这种电路的工作原理就是通过两个不同的晶体管（它们的“温度系数”不同）来“对比”出一个非常稳定的电压。
换句话说，它就像是一个“比谁的电压更稳定”的比赛，结果它通过对比赢得了这个比赛，然后把这个稳定电压作为参照输出。
这就是带隙基准电压的奥秘所在。
不过，别以为它简单哦！为了保证稳定性，电路中的每一个细节都不能出错。
你想啊，这个带隙基准电压产生电路的精度要求高，环境变化大，任何一个小小的干扰，都可能让它“失去方向”。
就像我们开车上路，忽然遇到个大坑，轮胎压坏了，整车都会受影响。
所以呢，设计师们可得把每个环节都考虑得非常周到，一点不马虎。
本文阐述了Banba和Leung两种基本带隙基准电压源电路的...
本科毕业论文带隙基准电路的研究院 系：信息学院微电子系 专 业：微电子专业姓 名：吴夏妮学 号：0372489指导老师：唐长文摘要本文阐述了Banba和Leung两种基本带隙基准电压源电路的工作原理，分析了Leung 结构对于Banba结构改进的方法，分别对两个电路的参数进行了设计，并仿真其性能，由此来比较了它们各自的特点。
得到的结论是Banba结构的输出电压温度系数更小，而Leung 结构的最低电源电压可以降到1V左右，有益于向低电压设计的发展。
仿真采用SMIC 0.18um标准CMOS Spice工艺模型在Hspice中进行，两者的输出电压都在0.5V左右，温度系数在10e-5数量级，成品受到其他非理想因素的影响，温度系数会大一点。
由于时间和设备有限，暂时无法实现成成品，所以目前所有指标都是仿真理想值。
关键词——能隙源，低电压，温度无关ABSTRACTTwo bandgap circuits – a Banba one and a Leung one are presented in this work. It also includes the analysis of their working principles and the design of the perimeters, the simulation of their functions. At last, it compares their differences. The former one bears less temperature dependence and the later can lower the minimum supply voltage to about 1V, which could be used for low voltage design. This work is simulated by Hspice with the SMIC 0.18um technology. Both of the reference voltages generated are about 0.5V. Their temperature coefficient is about 10e-5, but the product after manufacture may be influenced by other imperfect aspects. Since the limits of time and devices, I have only got the last product of these circuits, so the results printed are all simulation results.Index Terms——Bandgap reference, low voltage, temperature independent目录第一章引言 (1)1.1研究背景与目的 (1)1.2主要工作 (1)1.3论文结构 (1)第二章带隙基准的基本原理与结构 (2)2.1工作原理 (2)2.2基本结构 (3)2.3本论文中采用的两种结构 (5)2.4最新研究成果 (5)第三章BANBA结构的设计 (6)3.1B ANBA结构的原理 (6)3.2B ANBA结构的参数设计 (7)3.3B ANDA结构的H SPICE仿真及优化 (11)第四章LEUNG结构的设计 (18)4.1L EUNG结构的原理 (18)4.2L EUNG参数设计 (20)4.3L EUNG结构的H SPICE仿真及优化 (21)第五章比较及改进想法 (25)5.1参数指标的比较 (25)5.2进一步比较与分析说明 (25)第六章总结 (27)6.1论文小结 (27)6.2应用与未来展望 (27)参考文献： (28)致谢 (29)第一章引言第一章 引言1.1研究背景与目的随着IC设计不断向深亚微米工艺发展，可制造的最小线宽也在不断减小，目前已经可以达到45nm。
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。
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
带隙基准—CAD实验报告
一：实验目的
1：学会熟练运用ORCAD—pspice 的各项功能，正确的进行仿真。
2：学会基准电路，启动电路，放大电路，偏置电路的设计和功能仿真。
二：实验要求
搭建基本的带隙基准电路并仿真相关参数。
三：带隙基准的基本电路
同样根据P管和N管的饱和条件：N管： Vgs >Vtn; Vd>Vg-Vthn.P 管:Vgs<Vtp;Vd<Vg+|Vtp|.将各个管偏置在饱和区，静态工作点已经调解好了。
1：整体电路
2：放大电路部分
通过运放的虚短特性使三极管Q2，Q3射级电压相等，基准电路才能变成实用的电路。
3：启动电路部分
启动原理分析:启动电路是由MP8、MN2、MN6组成的。
在整个电路未开启时，MN6管的栅极为低电压，被截止此时，MN2的栅极电压是高电压，则其漏极电压下降。
MN2的漏极是上面偏置P管的栅极，使其向基准电路，放大电路提供电路，MN6的栅极电压上升，致使其导通，MN2栅极电压下降，MN2截止，此时电路被启动。
4基准电压产生电路
四：带隙仿真
整个仿真以军品级别的温度-55°--125°作为仿真温度，在DC Sweep仿真temperature ，变化范围为-55°--125°。
仿真结果如下
此时得到的温度系数2.6276/（180 *1.1637）*1000=12.54ppm。
1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计
1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计摘要----在数字ＣＭＯＳ技术中，带隙基准电路的设计提出了一些设计难题，应为电源电压低于硅带隙在电子伏下的电压（１．２ｖ）。
有一种旨在解决由电源低压所引起的的主要问题的电流模式结构得到使用，但是应用在运放和专用启动电路中值得我们警惕。
即使像耗尽型ＭＯＳ管这样的非标准器件有助于管理供电比例，它们也很少使用且不好控制。
所以，他们必须避免放在一个具有高移植性的健全电路设计中。
本文提出的这些电路可以适用于低压运放并解决了在达到合适电源电压偏置点的主要问题。
在数字０．１８－０．３５μｍ技术中，一些带隙基准电路可以在最小电源电压的为０．９到１．５ｖ的情况下实现５００ｍｖ的标称输出。
关键词带隙基准ＣＭＯＳ集成电路低压设计电压基准一介绍现在，模拟和数字电路都需要对温度敏感度低的基准电压生成器，比如ＤＲＡＭ和闪存芯片。
因为传统的基准电源提供接近于硅带隙在电子伏下的电压，他不能用于最新的电源电压在１ｖ以下深亚微米中。
曾经报道的采用电流模式的实现技术的ＣＭＯＳ带隙基准电源具有绕过电源电压限制的可能性。
但是，这项技术需要最小２ｖ的电源电压（用耗尽型ＭＯＳＴｓ提供），而且需要额外增加一个在模拟和混合电路中很少使用的复位电源信号。
最近报道了采用ＢｉＭＯＳＥ技术的电流模式带隙基准电源，但是低压运放不能用于数字ＣＭＯＳ技术中。
本文将会讨论低压带隙基准电源设计和提出一些有用的电路技术。
此外，还提出了一些在０．１８－０．３５μｍＣＭＯＳ技术的实现最小供电电源从０．９－１．５ｖ的技术。
二ＣＭＯＳ带隙基准电源在带隙基准电源中，对温度低敏感的输出电压由加在ｐｎ结上的电压和与温度成正比的相加得到。
设输出电压Ｖbg大致与硅带隙在电子伏下的电压相等，有可能抵消它的温度敏感性。
在CMOS，采用竖向PNP的双极晶体管。
由于输出电压为1.2v，这种结构不能用于最新的的CMOS技术中，这种技术的电源电压从1.8V（0.18μm）到1.2V（0.13μm），到下一代技术规模中，将会降到0.9V。
高性能快速启动CMOS带隙基准及过温保护电路
、
，
导通 ， Ｄ点 电压 比较 高 ， 因此 偏 置 电路 启 动 管 导 通 。 这 样 点 电压 比 ０点 电 压
迅速 导通 ， 基
工作 ， 且
高 ， 而使运放 输 出 电压 比较 高 ， 从 的电压 比较低 ， 这样
供的偏置电流具有 正温度 系数 ， 实现了过 温保护。采用上华 ０ ５ ．
结果表 明带隙基准 电压 为 １ ２２Ｖ。该 电路温度 系数低 ， ．４ 电源抑制 比高 ， 启动速度 快（ 启动时间仅 １ ｓ ， ０ ） 过温保 护性能 良好 。 关键 词 带隙基准 快速启 动 过温保护 Ａ 电源抑制比
启动 电路 、 隙 电压 产 生 电路 、 算 放 大器 和 偏 置 带 运
电路 组成 。
２ｏ ｏ ８年 ６月 ３ 日收 到
第一作者简介 ： 季轻舟 （９ ９ ） 男 ， １ ７一 ， 陕西 临潼人 ， 硕士研究生 ， 研
究方 向： 数模混合集成 电路分析与设计 。
２ 期 ｌ
季轻舟 ， ： 等 高性能快速启 动 Ｃ Ｓ带隙基准及过温保护 电路 ＭＯ
芯片 的优劣 。带 隙基 准发 展 至 今 ， 虽然 已有 许 多经
密度时 ， 它们 的基极一 射极 的电压 的差 值 △ 正 发
比于绝对 温度 ， 正 温度 系数 ； 呈 双极 晶体 管 基 极一 发
射极 的电压 呈 负温度 系数 。取
＝ ＋Ａ Ｋ （） １
典 的电路 ｕ ， 是 其 电源 抑 制 比（ Ｓ Ｒ） 低 、 Ｊ但 ＰＲ 较 启 动较慢 且温度 系数 比较高 。现基 于 Ｃ Ｓ工 艺设计 ＭＯ 了一种 低 温 度 系数 、 电 源 抑 制 比且 快 速 启 动 的 高 Ｃ Ｓ带 隙基 准 和过 温 保 护 电路 ， 合 集 成在 电 源 ＭＯ 适 管理芯 片及其 它模 拟 电路 中。
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带隙基准电压源启动电路
带隙基准电压源启动电路是电子领域中非常重要的一种电路，其
用途广泛，被广泛应用于各种电子设备，如计算机、手机、电视机等等。
带隙基准电压源启动电路可以将宽范围的电压变换成精确的电压，为电子设备提供更加稳定、精确的电压。
带隙基准电压源启动电路主要由基准电压、基准电流、比较器和
反馈电路四个部分组成。
其中，基准电压和基准电流是构成带隙基准
电压源的两个关键因素。
基准电流是通过调整电阻值来实现的，而基
准电压则是通过使用带隙结产生的。
带隙基准电压源启动电路在使用时需要注意一些细节，例如在设
计电路时需要注意防止误差，选择合适的电阻、电容和晶体管等元器件，以及在加工反馈电路时需要注意电路的布局和排线。
此外，在使
用带隙基准电压源启动电路时还需要注意保持电路的稳定性，防止电
压过高或过低导致电路损坏。
总的来说，带隙基准电压源启动电路是一种非常重要、有广泛用
途的电路。
它能够将宽范围的电压变换成精确、稳定的电压，给电子
设备提供了更加可靠、精确的电源。
因此，在电子领域中，学习和掌
握带隙基准电压源启动电路的原理和应用是非常必要的。