《高精度基准电压源》PPT课件
宽温度范围高精度基准电压源设计
收稿日期:2021-01-15基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JM -583)通信作者:唐威,教授,博士,研究方向为集成电路设计㊂E-mail :tangwei @xupt .edu .cn电子元件与材料Electronic Components and Materials第40卷Vol .40第4期No .44月Apr2021年2021宽温度范围高精度基准电压源设计师洋洋,唐㊀威,刘㊀伟(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安㊀710121)摘㊀要:针对传统Brokaw 型带隙基准电压源温度系数较高的问题,采用高阶曲率补偿方法,利用PN 结反向饱和电流随温度敏感变化的原理,通过将与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流注入到基准核心部分,对基准输出电压进行温度补偿,实现了宽温度范围内基准电压源的高精度输出㊂电路基于0.18μm BCD 工艺设计㊂仿真结果表明,在3.3V 电源电压下,基准输出电压为1.978V ,在-40~+150ħ温度范围内,基准电压的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,低频时电源抑制比(PSRR )为79.4dB ㊂关键词:带隙基准;高精度;宽温度范围;曲率补偿中图分类号:TN 432文献标识码:ADOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2021.1736引用格式:师洋洋,唐威,刘伟.宽温度范围高精度基准电压源设计[J ].电子元件与材料,2021,40(4):387-392.Reference format :SHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage reference [J ].Electronic Components and Materials ,2021,40(4):387-392.Design of a wide -temperature -range and high -precision voltage referenceSHI Yangyang ,TANG Wei ,LIU Wei(School of Electronic Engineering,Xi an University of Post and Telecommunications,Xi an㊀710121,China)Abstract :A high -order curvature compensation method was used to solve the problem of high temperature coefficient of the traditional Brokaw bandgap reference.Since the reverse saturation current of PN junction changes sensitively with temperature and its trend with temperature is opposite to the reference voltage ,it was inputed into the core part of the reference as the compensation current ,and the temperature compensation of the output voltage was realized.As a result ,a high precision output of the reference was obtained over a wide temperature range.The circuit was designed based on 0.18μm BCD process.The simulation results show that the output voltage is 1.978V under 3.3V supply voltage.The temperature coefficient of thereference voltage is 5.82ˑ10-6/ħin the temperature range of -40～+150ħ.The PSRR is 79.4dB at low frequency.Key words :bandgap reference ;high precision ;wide -temperature rage ;curvature compensated㊀㊀带隙基准电压源因具有较低温度系数和较高电源抑制比的特点,被广泛用于DC -DC ㊁模数转换器(ADC )以及低压差线性稳压器(LDO )等数模混合集成电路中[1-2]㊂传统的带隙基准电压源是通过将双极型晶体管具有负温度系数的基极-发射极电压(V BE )与正温度系数(PTAT )的电压(ΔV BE )以适当的权重相加,从而得到零温度系数的输出电压值㊂然而,传统的带隙基准电压源仅对温度特性曲线进行一阶补偿,难以满足现代高精度系统的要求㊂为了得到低温漂的基准电压源,需要进行高阶补偿[3-5]㊂对此,许多文献提出了不同的补偿方法来降低温度系数㊂文献[6]采用分段补偿技术,通过在电路中加入两个不同的曲率补偿电路,在低温段和高温段分别实现对基准电压的曲率补偿,但这种电路较复杂,且电源抑制比(PSRR )较低;文献[7]利用MOS 管工作在亚阈值区时漏电流和栅源电压的非线性特性,通过引入与基电子元件与材料准电压温度系数成相反趋势的高阶补偿电流对基准电压进行曲率补偿;虽然文献[7]在宽温度范围内降低了温度系数,但是由于使用了较多的三极管,导致占用的面积较大㊂本文设计的带隙基准电压源基于Brokaw 基本结构,利用PN 结的反向饱和电流随温度敏感变化的原理,在高温段进行了曲率补偿,使其在-40~+150ħ的宽温度范围内表现出5.82ˑ10-6/ħ的低温漂特性㊂1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源图1是传统的Brokaw 型带隙基准结构㊂图中,运算放大器的输出端与Q 1㊁Q 2的基极相连,为Q 1㊁Q 2提供基极电流㊂由于运算放大器的电压钳位作用使得电阻R 3和R 4上的电压降相等,若R 3=R 4,则流过R 3和R 4两条支路的电流相等,此时三极管Q 1和Q 2的基极-发射极电压差为:ΔV BE =V BE1-V BE2=V T ln I S2I S1æèçöø÷=V T ln N (1)于是流过电阻R 1的电流为:I =ΔV BE R 1=V T ln N R 1(2)则流过电阻R 2的电流为2I ㊂该电流作用在R 2上,可以产生一个具有正温度系数的电压,将该电压与Q 2的基极-发射极电压V BE 相加,便可得到输出电压V REF的表达式为:V REF =V ΒΕ2+2R 2R 1V Τln N(3)通过改变R 1㊁R 2的大小,可以获得一个与温度无关的基准电压㊂由文献[8]可知,三极管的基极-发射极电压V BE随温度变化并不是线性的,它可以表示为[9]:V BE (T )=V G0-T T 0(V G0-V BE0)-(η-α)V T ln(T T 0)(4)式中:T 为热力学温度;T 0是参考温度;V G 0是在温度为T 0时的发射结电压;η是与工艺有关但与温度无关的常数;α的值与集电极电流I C 的温度特性有关(当I C 与温度成正比时,α=0;当I C 与温度无关时,α=1)㊂图1㊀传统Brokaw 型带隙基准电压源Fig .1㊀Conventional Brokaw -type bandgap voltage reference式(4)中的V T ln (T /T 0)体现出非线性项,式(3)只能实现一阶温度补偿,获得近似零温度系数的基准电压㊂因此,要得到高精度的基准输出电压,必须对V BE 的非线性分量进行高阶补偿㊂2㊀宽温度范围高精度基准电压源设计本文设计的宽温度范围高精度基准电压源整体电路如图2所示,包含启动电路㊁偏置电路㊁带隙基准核心电路和曲率补偿电路㊂2.1㊀带隙基准核心电路图2中的Q 3㊁Q 4和R 5~R 9以及运算放大器(M 16~M 23)组成一阶带隙基准电压源㊂其中,Q 3和Q 4发射极结面积之比为1ʒ8,R 5=R 6㊂利用运放的 虚短 特性,钳位A 点和B 点电压,使得V A =V B ㊂假设Q 3和Q 4的集电极电流为I 1,则:I 1=ΔV BE R 8=V T ln8R 8(5)由KCL 有流过R 9和R trim 的电流为2I 1,所以有:V C =V E4-V R8=2I 1(R 9+R trim )=V E3(6)因此Q 3基极电压为:V B3=V C +V BE3=2I 1(R 9+R trim )+V BE3(7)于是带隙基准电压可表示为:㊃883㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计V REF =2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3(8)然后通过电阻升压网络可得到基准输出电压V OUT :V OUT =V REF R 3+R 4R 4æèçöø÷=2(R 9+R trim )R 8V T ln8+V BE3éëêêùûúúR 3+R 4R 4(9)为了产生零温度系数的带隙基准电压,对V OUT 关于温度T 求偏导,即: V OUT T= V T T2(R 9+R trim )(R 3+R 4)ln8R 8R 4+V BE3 TR 3+R 4R 4(10)由式(10)可看出,通过调节电阻R 3㊁R 4㊁R 8和R 9的比值即可得到理想的零温度系数的基准输出电压V OUT ,然后通过分压网络可得到多个零温度系数电压值,分别为电路中需要的模块提供参考㊂其中,R trim 的作用是为了解决实际生产中的偏差失配问题加入的修调电阻,减少误差㊂式(9)是在理想条件下得到的基准输出电压值㊂图2中,由于三极管Q 3㊁Q 4存在来自于R 3的基极电流,这就导致R 3和R 4上的电流不一致,使V OUT 在V REF 的基础上产生一定的温差,并且精度㊁电源抑制比等参数也会受到影响[10]㊂因此,式(9)的表述并不准确,本文通过在Q 3㊁Q 4的基极加入电阻R 7来消除基极电流带来的误差[11]㊂首先假设三极管Q 3和Q 4的基极电流为I b ,则加入电阻R 7后带隙基准电压可表示为:VᶄREF =2(ΔV BE -I b R 7)R 8(R 9+R trim )+V BE3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=2(R 9+R trim )R 8ΔV BE +V BE3-2I b R 7R 8(R 9+R trim )=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )㊀㊀㊀㊀㊀㊀(11)式(11)第二项多项式中I b 随温度变化,使得V ᶄREF在V REF 基础上多了一个随温度变化的微小变量,从而导致基准输出电压V OUT 的温度特性也发生了一定的变化㊂由于Q 3和Q 4从R 3抽取了两份基极电流,因此基准输出电压可表示为:VᶄOUT=VᶄREF R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀=V REF -2I b R 7R 8(R 9+R trim )éëêêùûúúR 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3=V OUT -2I bR 7R 8(R 9+R trim )R 3+R 4R 4æèçöø÷+2I b R 3(12)图2㊀宽温度范围高精度基准电压源整体电路Fig .2㊀The complete circuit diagram of the voltage reference withwide -temperature -range and high -precision㊀㊀由式(11)可以看出,对于带隙基准电压V ᶄREF 来讲,即使加入了R 7仍然可以通过调节R 8和R 9的比值来得到一个零温度系数的基准电压㊂对于基准输出电压V ᶄOUT 来讲,通过调节R 7(R 9+R trim )(R 3+R 4)R 8R 4的值,使之等于R 3,即可将式(12)的后两项消除,从而㊃983㊃电子元件与材料可得到R7的值为:R7=R3R4R8(R3+R4)(R9+R trim)(13)2.2㊀曲率补偿电路曲率补偿电路由M28-M30和Q5构成㊂I S由BE结短接的NPN晶体管Q5形成,补偿电流I COMP1和I COMP2通过M28-M30电流镜结构分别注入到A点和B点,对PTAT电流进行补偿㊂IS可以表示为:I S(Τ)=CΤγexp(-qV G0kΤ)(14)式中:C是与PN结的结面积及掺杂浓度有关的常数;γ在一定温度范围内也是常数;VG0为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶电势差,对于给定的PN结材料,V G0为定值;q为电子的电荷量;k为玻尔兹曼常数;T为热力学温度㊂令λ=qV G0k,并用泰勒展开式e xʈ1+x+x22+x36展开,则I S可以表示为:I SʈC(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(15)图2中,M28㊁M29和M30的宽长比为1ʒ8ʒ1,于是补偿电流I COMP1和I COMP2为:I COMP1=C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=I S㊀(16)I COMP2=8C(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)=8I S(17)经过一阶补偿和曲率补偿后的带隙基准电压可以表示成:V REF=V BE3+2R9+R trim()R8V Tln8+R9+R trim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8V T+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()=V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+R9+Rtrim()I COMP1+I COMP2()(18)将式(18)代入式(9)可得到基准输出电压V OUT的表达式为:V OUT=R3+R4R4æèçöø÷V BE3+2ln8R9+R trim()R8KTq+éëêê㊀㊀㊀㊀R9+R trim()I COMP1+I COMP2()ùûúú(19)令K0=R3+R4R4K1=2K ln8(R3+R4)(R9+R trim)qR4R8K2=(R3+R4)(R9+R trim)(C+8C)R4ìîíïïïïïïïï(20)结合式(16)~(17)和式(19)~(20)可得基准输出电压为:V OUT=K0V BE3(T)+K1T+K2(Tγ-λTγ-1+λ2Tλ-22-λ3Tλ-36)(21)式中:K0为负温度系数电压V BE3的系数;K1为一阶温度补偿系数;K2为高阶曲率补偿系数㊂其中一阶温度补偿系数K1主要与R8和R9的比值相关,而高阶曲率补偿系数K2主要与PN结面积相关㊂2.3㊀偏置电路图2中,偏置电路由电流源(M1~M9㊁Q1㊁Q2和R1)和电流偏置(M10~M15)组成㊂正常工作时,电流源产生与电源电压无关的PTAT电流后,经过电流镜成比例复制给电流偏置部分,为M16管提供偏置电压㊂令M1~M5的宽长比相等,Q1和Q2流过的集电极电流相同,假设该电流为I PTAT,Q1和Q2发射极结面积比为8ʒ1,忽略它们的基极电流,于是有:ΔV BE=V T ln I PTAT8IS2æèçöø÷-V T lnI PTATI S2æèçöø÷=V T ln8(22)I PTAT=ΔV BER1=V T ln8R1(23)通过M1~M4㊁M10㊁M12和M15电流镜结构将IPTAT按比例精确复制,产生偏置电流和M16偏置电压㊂2.4㊀启动电路带隙基准电路中,电路存在 简并 偏置点,当电源上电时,所有的晶体管均传输零电流,于是它们㊃093㊃师洋洋,等:宽温度范围高精度基准电压源设计可以无限期地保持关断,因此需要设计启动电路㊂启动电路仅应在上电时提供启动功能,当基准核心电路建立稳定后保持关闭或低功耗状态,如图2所示,M 24~M 27和C 1构成启动电路㊂当电源刚开始上电的时候,并且提供有效的使能信号EN 1,EN 1和EN 2互为反向信号,启动电路开始工作㊂EN 1为低电平时,EN 2为高电平,M 25关闭,M 26的栅端没有电荷,栅电压为0,M 23管关闭,因此Q 3基极没有电流注入;随着电源电压逐渐上升,EN 1为高,EN 2为低,M 25管导通,M 26栅端电压被抬高,从而将M 23管的栅端电压拉低,M 23管导通,开始从电源汲取电流,并注入基准核心电路,使基准核心电路开始工作;同时,M 25管的漏电流逐渐增大并对电容C 1充电,M 26栅端的电压逐渐升高,当基准核心电路正常工作时,M 23的漏端电压升高,使M 27管导通㊂从而将M 26栅端电压拉低,M 26管关断,启动电路关闭㊂3 电路仿真验证基准电压源电路采用0.18μm BCD 工艺设计,并使用Spectre 工具进行仿真验证㊂仿真条件为:V DD =3.3V ,温度范围为-40~+150ħ㊂图3和图4分别是补偿前与补偿后的基准输出电压温度特性的仿真结果㊂从图中可以看出,没有进行高阶补偿的温度系数为17.52ˑ10-6/ħ,补偿后的温度系数为5.82ˑ10-6/ħ,补偿后温度系数降低了11.7ˑ10-6/ħ,精度提高了66.8%㊂图3㊀补偿前的基准输出电压温度特性Fig .3㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage before compensation图5是在V DD =3.3V ,不同工艺角下基准输出电压随温度变化的仿真结果㊂从图5可以看出,在TT工艺角下基准电压源有最佳温度系数值5.82ˑ10-6/ħ,在SS 工艺角下有最差温度系数值14.6ˑ10-6/ħ㊂图6是当V DD =3.3V ,温度为27ħ时,在TT ㊁SS ㊁FF 三种工艺角下,基准电压源的电源抑制比(PSRR )仿真结果㊂从图6可以看出,低频时,TT 工艺角下的PSRR 为79.4dB ,在10kHz 时电源抑制比也有58.9dB㊂图4㊀补偿后的基准输出电压温度特性Fig .4㊀Temperature characteristics of the reference outputvoltage aftercompensation图5㊀基准电压源在不同工艺角下的温度特性Fig .5㊀Simulation results for different processcorners图6㊀基准电压源的电源抑制比曲线Fig .6㊀PSRR curves of the voltage reference表1为本文与部分参考文献带隙基准源的性能比较㊂从表1可看出,本文设计的基准电压源的温度系数优于文献[7-8],低频下的PSRR 也优于文献[6-8],且本文设计的基准电压源具有可调节的多值输出电压㊂㊃193㊃电子元件与材料表1㊀本文与其他文献带隙基准源的性能参数对比Tab.1㊀Performance parameters comparison of bandgapreference source of this paper and other literatures参数文献[6]文献[7]文献[8]本文工艺(μm)0.180.180.250.18电源电压(V) 3.3 5.0 4.5 3.3温度范围(ħ)-40~+125-40~+150-40~+150-40~+150温度系数(10-6/ħ) 3.02 6.9410 5.82 PSRR(dB)5777.47079.4基准输出电压(V)1.241 1.229 1.214 1.978是否多值输出否否否是4㊀版图设计版图的匹配性决定了基准电压源精度的误差大小㊂由式(9)和式(10)可知,电阻比值的大小直接影响着基准输出电压的精度和温漂特性㊂因此本文设计将基准电压源中的所有电阻放置在同一区域,并采用叉指法以减少工艺刻蚀造成的误差㊂此外,对于电流源电路和带隙核心电路中使用的三极管部分的版图,本文设计由8个并联的NPN三极管分别构成Q1㊁Q4,分布在Q2和Q3周围,使Q1和Q2㊁Q3和Q4均形成对称性匹配㊂图7为基准电压源的版图㊂其中,运算放大器㊁偏置电路和电阻都分别进行了合理的布局㊂图7㊀基准电压源版图Fig.7㊀Layout of the reference voltage source5㊀结论本文在传统的Brokaw型带隙基准电压源的基础上,设计了一种宽温度范围高精度的基准电压源㊂利用PN结反向饱和电流随温度敏感变化的原理在高温段产生与基准电压温度系数呈相反趋势的补偿电流,对传统的一阶补偿的带隙基准电压源进行曲率补偿,提升了基准输出电压的精度和温漂特性,并采用电阻分压网络输出多个不同的零温度系数电压值㊂仿真结果表明,在3.3V电源电压下,-40~+150ħ温度范围内,TT工艺角下,基准电压源温度系数为5.82ˑ10-6/ħ;低频时PSRR为79.4dB,通过合理的版图设计,可以应用到数模混合芯片中㊂参考文献:[1]Kostanyan H T,Hayrapetyan A K,Petrosyan A S,et al.5V widesupply voltage bandgap reference for automotive applications[C]//39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO).NY,USA:IEEE,2019:229-232.[2]Abbasi M U,Raikos G,Saraswat R,et al.A high PSRR ultra-lowpower1.2V curvature corrected bandgap reference for wearable EEG application[C]//13th International New Circuits and Systems Conference(NEWCAS).NY,USA:IEEE,2015:1-4. [3]Hu J L,Sun J,Bai Y B,et al.A novel1.03ppm/ħwide-temperature-range curvature-compensated bandgap voltage reference[C]//2nd International Conference on Circuits System and Simulation(ICCSS).NY,USA:IEEE,2018:22-26.[4]An J H,Wu C J,Xu D C.A wide temperature range4.6ppm/ħpiecewise curvature-compensated bandgap reference with no amplifiers[C]//International Conference on IC Design and Technology(ICICDT).NY,USA:IEEE,2019:1-4.[5]王永顺,崔玉旺,赵永瑞,等.宽温度范围高精度带隙基准电压源的设计[J].固体电子学研究与进展,2016,36(1):54-59. [6]张东亮,曾以成,陈星燕,等.曲率补偿低温漂带隙基准电压源设计[J].电子元件与材料,2015,34(11):85-88. [7]李树镇,冯全源.一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(10):95-99. [8]张龙,冯全源,王丹.一种带曲率补偿的低功耗带隙基准源设计[J].电子元件与材料,2014,33(9):58-61.[9]Wang Y F,Sun J,Ye W X.A high-order temperature compensatedCMOS bandgap reference[C]//3rd International Conference on Cloud Computing and Internet of Things(CCIOT).NY,USA: IEEE,2018:325-328.[10]Zhu G Q,Yang Y T,Zhang Q D.A4.6-ppm/ħhigh-ordercurvature compensated bandgap reference for BMIC[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs,2019,66: 1492-1496.[11]杨宁,史仪凯,袁小庆,等.高精度㊁低功耗带隙基准源及其电流源设计[J].传感技术学报,2014,27(1):58-63.㊃293㊃。
过程校准仪中高精度电压源的设计
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因为这是仪表能否校准好的关键所在。 率为 ００ｍＶ，动态范围为 ０ ． ． ２ ～２５ Ｖ
然而单纯使用单片Ｄ 实现源的方法 的基本 电压 信号 Ｖ ＡＣ 。 删，然后通过放 倍 就可 不仅成本高 ，而且各项性 能并不能得 大电路将该基本电压放大５ ，
，
ＴＰＳ７ ５Ｏ ６３
系 ，单 纯 的 由程 序 控 制 不 能 达 到 与 Ｔ ６ ０ Ｃ７ ６
０１ ．ｍＶ的分辨率要求。这就 是为什么 分别提供 部
要采用精密数字电位器的原因。
分芯 片需要
Ｖ 当Ｗ＝ ７ ／５ 时可以得到 Ｖ的分 的 ± ５ 电 １１ ６ ２
辨率 ＝Ｏ０ ５ ＝ ．１ ．１Ｗ Ｏ０ ｍＶ
２６ ５ 档的ＡＤ ４ ０ ８ ０ ，设ｗ 为 Ａ ４ ０的 Ｄ８ ０
这样在节约 了成本的同时 ，动态范 围 标准电压值号 ｖ 喇的产生 与精度也都达到了要求。 经过分析 ， 使
本设计中使用 的是双 １ 位Ｄ Ａ芯 ２ ／
用双 １ 位 ＤＡ转换器 Ｌ Ｃ ５ ０ ２ ／ Ｔ １ ９ 完全可 片 Ｌ Ｃ１９ Ｃ Ｔ ５ ０ Ｎ，示意 图如图 １ 所示 。 以实现 动态范 围 ０ ２５ 分辨率为 ～１ ．Ｖ，
／ ０ ＝Ｗ × ２ ５ ４ ９ × ２ ０ ２ ０ ． Ｖ／ ０ ６ ０
的 电压 Ｖ ２经 过衰 减
００ ３ （ 、 ． Ｗ ｍＶ ０
贝 ＶＩ Ｖ１ 辨 ０ ＝ 分 率×Ｎ，Ｖ ” Ｖ ” ２ ＝ ２分 辨 率×Ｍ（ Ｎ，Ｍ＝ ￣ ０ ６的整数） ０ ４９
最终的输出电压 Ｖ为 Ｖ１ Ｖ２ 之 、 ” 和放大 ５ ，于是有 ： 倍
基准电压源芯片
基准电压源芯片基准电压源芯片是一种电子元件，用于产生稳定可靠的基准电压。
在电子设备中，许多电路需要一个稳定的基准电压，以确保整个系统的正常工作。
基准电压源芯片通常是一个集成电路，由一系列的电阻、电容及电子元件组成，通过精密的工艺制造而成。
这些芯片通常采用高度精密的制造工艺，以确保产生的基准电压的稳定性和准确性。
在制造过程中，芯片上的各个组件会按照特定的电路连接方式进行布局，以实现所需的电压输出。
基准电压源芯片的工作原理通常基于稳定的参考电压源。
这种参考电压源通常由一个稳定的电压源和一个反馈电路组成。
电压源产生一个稳定的电压信号，而反馈电路将这个信号与芯片内部的参考电压比较，以产生一个稳定的基准电压输出。
这样，即使外部的工作条件发生变化，基准电压源芯片也能够保持输出稳定。
基准电压源芯片通常具有以下几个特点：1. 稳定性：基准电压源芯片可以在不同的工作条件下提供稳定的电压输出。
无论是温度、湿度、电源波动等外界条件的变化，基准电压源芯片都能够保持输出稳定。
2. 准确性：基准电压源芯片能够提供高精度的电压输出。
通常，这些芯片能够提供几个微伏至几个毫伏的电压输出，以满足不同电路的需求。
3. 低噪声：基准电压源芯片通常具有低噪声的特点。
这是由于芯片内部的设计和制造工艺，以及反馈电路的优化。
4. 节能：基准电压源芯片通常能够在较低的功耗下工作。
这不仅可以提高系统的能效，还可以延长芯片的寿命。
5. 小型化：基准电压源芯片通常采用集成化设计，使得它们在体积和尺寸上比起传统的电压源更小巧。
基准电压源芯片在许多电子设备中扮演着重要的角色。
比如，它们广泛应用于模拟电路、传感器、自动控制系统等领域。
它们能够提供稳定可靠的电压供应，确保设备的正常运行。
在选择基准电压源芯片时，需要考虑一些关键参数，如稳定性、准确性、功耗、成本等。
根据具体的应用需求，选择适合的芯片是确保系统正常工作的关键。
基准电压和标称电压
基准电压和标称电压引言：在电子电路中，基准电压和标称电压是两个重要的概念。
它们在电路设计、元件选型和工作稳定性等方面起着至关重要的作用。
本文将分别介绍基准电压和标称电压的定义、特点以及在电路中的应用。
一、基准电压基准电压是指在电路中作为参考的稳定电压。
它通常由特定的电路或元件提供，并具有以下特点：1. 稳定性：基准电压应具有高精度和良好的稳定性，以确保电路的准确工作。
2. 可调性：某些基准电压源可以根据需要进行调整，以满足不同电路的要求。
3. 低噪声：基准电压应具有低噪声水平，以避免对电路的干扰。
4. 温度稳定性：基准电压应具有良好的温度稳定性，以确保在不同温度下仍能保持准确。
基准电压在电路中的应用非常广泛。
例如，在模拟电路中，基准电压可以用作比较器的参考电压，以实现精确的电压比较。
在数字电路中，基准电压可以用作时钟信号的参考，以确保数据的准确传输和处理。
二、标称电压标称电压是指电子元件或设备的制造商在规格书中标注的额定电压。
它通常用来表示元件的工作电压范围，具有以下特点：1. 公差范围：标称电压通常具有一定的公差范围，表示元件在正常工作条件下的电压波动范围。
2. 设计依据：电路设计师可以根据标称电压来选择合适的元件，以保证电路的正常工作。
3. 安全性考虑：标称电压也是在元件设计和生产过程中考虑到的安全因素之一，以确保元件不会受到过高的电压损害。
标称电压在电路设计和元件选型中起着重要作用。
例如，在电源电路中，选择合适的电容器和电阻器的标称电压可以确保电路的工作稳定性和安全性。
在集成电路设计中，标称电压是设计师根据工艺和性能要求选择合适的工作电压的重要指标。
结论：基准电压和标称电压在电子电路中都是至关重要的概念。
基准电压作为电路的参考电压，具有高精度、稳定性和温度稳定性等特点，广泛应用于模拟电路和数字电路中。
标称电压则是电子元件或设备的额定电压，用于选择合适的元件和确保电路的稳定性和安全性。
了解和正确应用基准电压和标称电压，对于电路设计和元件选型具有重要意义，能够提高电路的可靠性和性能。
各种电压基准
各种电压基准1. 什么是电压基准？在电气工程中，电压基准指的是作为比较参照的标准电压值。
它通常用于校准和比较各种电气设备和测量仪器的电压输出或输入。
2. 常见的电压基准2.1 标称电压标称电压是指制造商在产品规格中所声明的额定电压。
这个数值通常用于指导用户正确选择和使用设备，并确保设备在正常工作范围内。
2.2 国际标准电压国际标准电压是由国际标准化组织（ISO）制定的一组全球统一的标准化电压值。
这些标准化值主要用于国际贸易、旅行和跨国公司等场景，以便不同地区之间的设备能够互通。
目前，国际上广泛采用的国际标准电压为：•单相交流：230V•三相交流：400V2.3 国家/地区特定的电压基准不同国家或地区可能会有特定的供电标准，这些标准主要受到历史、技术和法律等因素的影响。
以中国为例，中国的电压基准为：•单相交流：220V•三相交流：380V2.4 行业标准电压某些特定行业可能会制定自己的标准电压，以满足其特殊需求。
这些标准通常由行业协会或组织发布，并且只适用于特定行业内的设备和系统。
例如，计算机行业常用的标准电压为：•直流：12V、5V、3.3V3. 电压基准的重要性3.1 设备互操作性不同设备之间的互操作性是现代社会中非常重要的一个问题。
通过采用统一的电压基准，不同设备可以在不同地区之间进行互联和通信，从而促进了信息交流和技术发展。
3.2 安全性电气设备和系统的安全性是至关重要的。
通过采用统一的电压基准，可以确保设备在正常工作范围内运行，并避免因电压不稳定或过高而引发火灾、爆炸等安全事故。
3.3 能源效率电气设备的能源效率直接影响到能源的消耗和环境保护。
通过统一电压基准，可以更好地优化设备的设计和操作，提高能源利用效率，减少能源浪费。
4. 电压基准的测量和校准为了确保电压基准的准确性和稳定性，需要进行定期的测量和校准。
4.1 电压测量仪器常用的电压测量仪器包括数字万用表、示波器、功率质量分析仪等。
高精度带曲率补偿基准电压源的设计
高精度带曲率补偿基准电压源的设计摘要：通过对基本带隙基准电压源原理的分析，得出基本带隙基准电压源在精度上仍然存在的缺陷，从而提出通过曲率补偿的方式来提高带隙基准电压源的精度，该方法是通过对双极晶体管基极-发射极电压的二阶温度补偿，进而大大改善带隙基准的温度特性，本设计采用smic 0.18um工艺，利用cadence spectre仿真工具进行仿真，结果表明，温度范围在-20～-80之间时，该基准电压源的温度系数为8.8ppm/℃。
关键词：高精度；带隙基准；曲率补偿0 引言在现代集成电路设计中，特别是片上系统的设计中，片内的基准电压源是必不可少的。
基准源的精度往往直接决定了片上系统的精度，特别是系统中的a/d、d/a等。
由于基准源的精度与温度有关，为了提高基准源的精度，必须尽量降低其温度系数（tc）。
由于带隙基准电路能够实现高电源抑制比和低温度系数，因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路[1]。
传统带隙基准电压源在精度上往往不能做到很高，主要是只考虑了一阶温度影响，本文通过对双极晶体管基极发射极电压的二阶温度补偿，大大改善了带隙基准的温度特性。
1 带隙基准电压源原理[2]图1（a）为带隙电压基准源的原理示意图。
pn结压降vbe在室温下的温度系数约为-2.0mv/k，热电压vt(vt=k0t/q)，在室温下的温度系数为0.085mv/k，将vt乘以常数k并和vbe相加可得到输出电压vref为：（1）将式（1）对温度t进行一次微分，并在室温下等于零（输出电压在室温下的理论温度系数等于零），解得常数k，即：图1（b）是传统的cmos带隙电压基准源电路，图中的运算放大器的作用是使电路处于深度负反馈状态，从而让运放两输入端电压相等。
在电路稳定输出时：将式（6）两端对温度t微分，理论上令vref对t微分等于0，即可求出r2与r1的比值，从而确定电路。
但是如果绘制带隙电压对温度的函数曲线，其曲率是有限的，即带隙电压的温度系数在某一温度下为零，在其他温度下为正值或负值，该曲率由基极-发射极电压、集电极电流和失调电压随温度改变引起。
高精度CMOS带隙基准电压源电路设计
（ ９ ２ ９ ４ １部 队 ９ ２分 队 辽 宁 葫芦 岛 １ ２ ５ ０ ０ １ ）
摘要 ： 设 计 了一 种 应 用 于 集 成 稳 压 器 的 高精 度 带 隙基 准 电压 源 电路 。 采 用共 源共 栅 电流 镜 结 构 以及 精 度 调 节 技 术 ， 有 效 提 高 了 电压 基 准 的 温度 稳 定性 和 输 出电 压 精 度 。 经 Ｈ ｙ ｎ ｉ ｘ ０ ． ５ ｐ Ｌ ｍ Ｃ ＭＯ Ｓ． Ｙ － 艺仿 真 验 证 表 明 ， 在２ ５℃时 ， 温度 系
数几乎 为零 ． 基 准 电 压 随 电 源 电压 变 化 小 于 ０ ． １ ｍ Ｖ； 在一 ４ ０ ～ １ ２ ５ ｏ Ｃ 温 度 变化 范 围 内 ， 基 准 电压 变 化 最 大 ４ ． ８ ｍＶ， 满 足 设计指标要求 。
关 键 词 ：集 成 稳 压 器 ；带 隙基 准 ；高精 度 ； 基 准 调 节 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ４ ３ ２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ７ １ — ０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃ ＭＯＳ ｂ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｉ Ｃ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ￣ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ
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４ ０ —１ ２ ５ ｏ Ｃ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ，Ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ４ ． ８ ｍＶ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
基准电压相关知识详解
集成电路设计中的基准电压相关知识详解基准电压是集成电路设计中的一个重要部分，特别是在高精度电压比较器、数据采集系统以及A/D和D/A转换器等中，基准电压随温度和电源电压波动而产生的变化将直接影响到整个系统的性能。
因此，在高精度的应用场合，拥有一个具有低温度系数、高电源电压抑制的基准电压是整个系统设计的前提。
传统带隙基准由于仅对晶体管基一射极电压进行一阶的温度补偿，忽略了曲率系数的影响，产生的基准电压和温度仍然有较大的相干性，所以输出电压温度特性一般在20ppm/℃以上，无法满足高精度的需要。
基于以上的要求，在此设计一种适合高精度应用场合的基准电压源。
在传统带隙基准的基础上利用工作在亚阈值区MOS管电流的指数特性，提出一种新型二阶曲率补偿方法。
同时，为了尽可能减少电源电压波动对基准电压的影响，在设计中除了对带隙电路的镜相电流源采用cascode结构外还增加了高增益反馈回路。
在此，对电路原理进行了详细的阐述，并针对版图设计中应该的注意问题进行了说明，最后给出了后仿真结果。
l电路设计1.1传统带隙基准分析通常带隙基准电压是通过PTAT电压和CTAT电压相加来获得的。
由于双极型晶体管的基一射极电压Vbe呈负温度系数，而偏置在相同电流下不同面积的双极型晶体管的基一射极电压之差呈正温度系数，在两者温度系数相同的情况下将二者相加就得到一个与温度无关的基准电压。
传统带隙电路结构如图1所示，其中Q2的发射极面积为Q1和Q3的m倍，流过Q1～Q3的电流相等，运算放大器工作在反馈状态，以A，B两点为输入，驱动Q1和Q2的电流源，使A，B两点稳定在近似相等的电压上。
假设流过Q1的电流为J，有：由于式(5)中的第一项具有负温度系数，第二项具有正温度系数，通过调整m 值使两项具有大小相同而方向相反的温度系数，从而得到一个与温度无关的电压。
理想情况下，输出电压与电源无关。
然而，标准工艺下晶体管基一射极电压Vbe随温度的变化并非是纯线性的，而且由于器件的非理想性，输出电压也会受到电源电压波动的影响。