一种高精度自偏置带隙基准源设计

带隙基准源是集成电路的基本组成部分。在此对传统 CMOS带隙基准源电路的分析和总结上 ,基于无锡上华的 015μm混合 CMOS工艺 ,应用电流镜共源共栅结构的屏蔽作用 ,并结合一级温度补偿、 电流反馈技术和运放电路 ,设计一款 高电源抑制比、 低温度系数及自偏置电压带隙基准源电路。 ### 一种高精度自偏置带隙基准源设计的关键知识点 #### 1. 带隙基准源（Bandgap Reference, BGR）的重要性 - **基本组成部分**：带隙基准源是集成电路的基本组成部分之一，其主要功能是提供一个稳定且不受温度、电源电压变化影响的参考电压或电流。 - **应用领域广泛**：在数字和模拟电路中，特别是在DRAM、Flash存储器、稳压器以及模数/数模转换器等领域中有着广泛应用。 #### 2. 设计背景与目标 - **工艺兼容性**：为了满足片上系统的发展需求，特别是对于兼容标准CMOS工艺的需求，带隙基准源的设计显得尤为重要。 - **性能要求**：随着系统稳定性要求的不断提高，对带隙基准源的性能提出了更高的要求，包括更低的温度系数、更高的电源抑制比（PSRR）等。 - **设计目标**：本研究旨在设计一款基于CSMC 0.15μm混合CMOS工艺的带隙基准源电路，该电路具有高电源抑制比、低温度系数以及自偏置电压特性。 #### 3. 技术细节 - **传统CMOS带隙基准源电路分析**：首先对传统CMOS带隙基准源电路进行了深入的分析和总结，以理解其工作原理及其存在的问题。 - **工艺选择**：选择了无锡上华的0.15μm混合CMOS工艺作为设计基础，该工艺在保证电路性能的同时，也便于实现大规模集成。 - **关键技术应用**： - **电流镜共源共栅结构**：利用电流镜共源共栅结构的屏蔽作用，有效提高了电路的稳定性，减少了噪声干扰。 - **一级温度补偿**：通过一级温度补偿技术，进一步降低了输出电压随温度变化的敏感度。 - **电流反馈技术**：采用电流反馈技术，增强了电路的动态范围和稳定性。 - **运放电路**：引入运放电路，用于信号放大和处理，提高了整个系统的精度和稳定性。 #### 4. 设计原理 - **带隙基准的基本原理**：带隙基准的基本原理是通过将具有负温度系数的pn结二极管产生的电压VBE与具有正温度系数的热电压Vt相加，经过适当的调节后，得到一个温度系数接近于零的参考电压VREF。 - **计算公式**：根据公式\(V_{REF} = V_{BE} + K \cdot V_t\)，其中\(K\)是通过计算确定的常数，以确保\(V_{REF}\)的温度系数为零。 #### 5. 结论 - 本研究设计了一款基于CSMC 0.15μm混合CMOS工艺的高精度、自偏置电压的带隙基准源电路，该电路具有高电源抑制比、低温度系数的特点，能够有效满足现代集成电路对基准电压稳定性和精度的高要求。 - 通过采用电流镜共源共栅结构、一级温度补偿、电流反馈技术以及运放电路等关键设计方法，显著提高了电路的整体性能。 #### 6. 应用前景与挑战 - **应用前景**：随着集成电路技术的不断发展，高性能的带隙基准源将在更多领域发挥重要作用，尤其是在物联网、汽车电子、医疗设备等对精度和稳定性要求较高的应用中。 - **面临挑战**：虽然通过上述设计方法提高了带隙基准源的性能，但在更极端的工作条件下（如高温、高压等），如何进一步提高电路的稳定性和可靠性仍然是一个值得研究的问题。此外，随着工艺尺寸的不断缩小，如何在更小的空间内实现更高性能的带隙基准源也是一个亟待解决的技术难题。