1. 研究目的与意义
近些年来集成电路的高速发展,基准源在高精度比较器、线性稳压器 LDO、模数转换器 ADC、数模转换器 DAC、随机动态存储器等集成电路中得到了越来越广泛的应用。例如在高性能运算放大器中,基准源提供精确的电压或电流偏置,来保证其正常工作。常见的线性稳压器 LDO 至少包含基准电压源、误差放大器、传输晶体管三个部分。基准电压源向系统提供比较电压,与采样电路提供的电压进行比较,驱动调整管工作,稳定输出电压。线性稳压器噪声的主要来源是基准电压源和传输管,因此内部基准电压源要求是低噪声的。在模数转换器、数模转换器中,基准源提供精确的基准电压,与输入电压进行对比,以确定适当的输出。CMOS温度传感器包括三个主要模块:带隙基准源、温度传感单元、前置放大器。带隙基准源为温度传感单元提供一个恒定的基准电压,温度传感单元利用基准电压产生一个基准电流,通过检测晶体管 BE 结电压的变化,得出相应的温度值。前置放大器用来放大和电平转移温度传感单元输出的电压值,以便后续电路模块处理。因此基准源作为高性能电路系统的核心部分,其性能的好坏将直接影响到整个系统的稳定。
2. 课题关键问题和重难点
(1)低温度系数
温度系数是基准源的重要技术指标之一,低温漂的基准源对于高性能系统至关重要,而传统一阶补偿基准源的温度系数约在 20~100ppm/℃,必须采用高阶温度补偿技术减小基准源的温漂。现有高阶温度补偿技术有:利用不同电阻温度系数补偿法、分段线性补偿法、指数曲率补偿法、VBE 线性化补偿法等。
(2)高精度
3. 国内外研究现状(文献综述)
1.基准电压源概述
基准电压源是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。模拟电路使用基准源或者是为了得到与电源无关的偏置,或者是为了得到与温度无关的偏置,其性能好坏直接影响电路的性能稳定 , 可见基准源是电子电路不可或缺的一部分,因此也可 以说性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和关键的要求之一 。
随着电路系统结构的进一步复杂化,对模拟电路基本模块,如A/D、D/A 转换器、滤波器以及锁相环等电路提出了更高的精度和速度要求,这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。另外,基准电压源是电压稳压器中的一个关键电路单元,它也是 DC一DC 转换器中不可缺少的组成部分 在各种要求较高精确度的电压表、欧姆表、电流表等仪器中都需要电压基准源。
4. 研究方案
基准电压源可以按照不同性能等级分为零阶、一阶、二阶。零阶基准电压源温度系数大约为 1.5~5mV/℃。一阶基准电压源温度系数约为 20~100 ppm/℃。二阶基准电压源的温度系数约在 20 ppm/℃以下。本设计预设以高阶温度补偿思路和传统 Brokaw 型基准源为基础,对其电路进行优化,预设采用电阻温度系数补偿技术、电压负反馈增强 PSRR 技术以及击穿二极管修调网络来实现设计目标。
性能指标(预设参考):温度系数小于30ppm/C;电源抑制比大于60dB;直流功耗小于1mW。
5. 工作计划
第1周: 下载任务书完成审题,查找文献。
第2周: 完成文献的翻译,撰写开题报告,经导师确认后上传毕设系统。
第3周: 电路的总体设计和规划。
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