14位Pipeline ADC设计的带隙电压基准源技术

文章摘要：目前，基准电压源被广泛应用与高精度比较器，A/D，D/A转换器，动态随机存储器等集成电路中。基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。它产生的基准电压精度，温度稳定性和抗噪声干扰能力直接影响到芯片，甚至整个系统的性能。特别是在D/A，A/D数据转换系统中，基准源的性能与量化器的量化精度密切相关。随着D/A，A/D精度的不断提高，精确稳定的基准源的设计成为关键。因此，设计一个高性能的基准电压源是具有十分重要的意义。1 分析电路设计及原理1.1 传统带隙基准的分析传统的带隙电压基准结构中，通过具有正温度系数的VT和一个具有负温度系数电压VBE的线性组合，在输出端得到一个对温度恒定的稳定输出Vref

14位Pipeline ADC设计的带隙电压基准源技术,标签：电源电路,电路设计,http://www.88dzw.com

目前，基准电压源被广泛应用与高精度比较器，A/D，D/A转换器，动态随机存储器等集成电路中。基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。

它产生的基准电压精度，温度稳定性和抗噪声干扰能力直接影响到芯片，甚至整个系统的性能。特别是在D/A，A/D数据转换系统中，基准源的性能与量化器的量化精度密切相关。随着D/A，A/D精度的不断提高，精确稳定的基准源的设计成为关键。因此，设计一个高性能的基准电压源是具有十分重要的意义。

1 分析电路设计及原理

1.1 传统带隙基准的分析

传统的带隙电压基准结构中，通过具有正温度系数的VT和一个具有负温度系数电压VBE的线性组合，在输出端得到一个对温度恒定的稳定输出Vref。图1是一个传统的带隙基准电压源。但是在实际应用中，补偿Vref中得不到补偿的高阶电压分量是设计的关键。高阶温度系数主要来自于双极晶体管的温度特性。



经过整理得到：


根据上式可知在大部分工艺下，通过调节电路，一阶系数项可以很容易消除。但是由于工艺参数r的值和由电阻引入的系数δ不能很好的抵消，使得高阶电压分量仍然存在。即C₂项不可能消除，导致温度系数不能达到足够低。



1.2 改进的高阶补偿带隙基准源

为了得到温度系数足够低的带隙基准源，高阶温度系数需要进一步补偿，补偿的方法如图2所示的电路结构。在传统的电路基础上，加入补偿电路结构：由于运放A₃的增益很大，运放强制Q₂和R₄的端电压相等，则I₄=V_BE，Q₂／R₄，电流镜使流过晶体管Q₃的电流：



从而在Q₂，Q₃的V_BE之间产生一个差值Tln T项。这个差值项通过运放gm₁，gm₂被引入到I_R1中来修正V_BE,_Q1中的高阶项。



在图2中，输入端连接V₁，V₂和V₂，V₃的四输入运放，其输出端连接在一起，因此他们具有相同增益A1，各参数完全相同，即输出阻抗也相同：



对于管子Q₁，Q₂，他们完全相同，所以他们的端电压只和他们集电极流过电流相关。

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