本文關鍵詞：基于雙極型工藝的帶隙基準電路的研究與設計

  更多相關文章： 雙極型工藝 帶隙基準電壓源 PTAT電壓 電阻補償 溫度系數(shù)

【摘要】：帶隙基準電壓源是模擬集成電路中的基本模塊,在各類電路中均有廣泛應用。本文首先概述了帶隙基準的發(fā)展歷史和發(fā)展方向,闡述了基于雙極工藝設計帶隙基準的優(yōu)勢和特點,指出了本課題的研究意義。接著介紹了本設計中相關的器件理論與工藝模型。闡述了帶隙基準的基本原理,詳細介紹了幾種帶隙基準的經(jīng)典結構及基準主要性能指標,分析了影響基準性能的誤差因素。然后基于充電管理系統(tǒng)的應用需求,分別確定了所要設計的兩種帶隙基準電壓源電路,并比較了這兩款基準在結構與性能上的差異。對幾種典型的帶隙基準溫度系數(shù)補償方法作了詳細介紹,分析了這些方法在本文應用環(huán)境和電路結構中的適用性,最終選擇利用兩種不同類型電阻的溫度系數(shù)差異,產(chǎn)生可以補償三極管基極發(fā)射極電壓高階項的PTAT2和PTAT3電壓,對所設計帶隙基準的溫度系數(shù)指標進行了優(yōu)化。采用CSMC 2um36V雙極工藝,利用Cadence Spectre仿真工具對整個電路進行前仿真。分析了采用電阻補償法在實現(xiàn)溫度系數(shù)補償過程中的誤差問題,并提出解決辦法。利用Cadence Virtuoso工具繪制了所設計基準電路的版圖,分析了雙極型工藝版圖驗證過程中的模型匹配問題,并提出解決辦法。最后,利用Hspice對電路進行了后仿,其中開關電源芯片中的帶隙基準溫度系數(shù)為3.18ppm/℃,在0～71.3Hz頻率范圍內(nèi)電源抑制比大于98.8dB,線性調整率為0.01mV/V,啟動時間約為15.2us,欠壓鎖定的開啟電壓為14.7V,關斷電壓為8.85V;充電控制芯片中的的帶隙基準電路溫度系數(shù)為2.17ppm/℃,在0～10.56Hz頻率范圍內(nèi)電源抑制比大于105dB,線性調整率為0.0044mV/V,啟動時間約為215us。仿真結果表明符合應用需求。
【關鍵詞】：雙極型工藝 帶隙基準電壓源 PTAT電壓 電阻補償 溫度系數(shù)
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN431.1
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 研究背景及意義15
• 1.2 基準電壓源發(fā)展歷程15-17
• 1.3 帶隙基準發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要內(nèi)容及本文結構18-19
• 第二章 雙極器件原理與模型19-26
• 2.1 雙極型管結構及其工作狀態(tài)19
• 2.2 影響雙極器件性能的因素19-23
• 2.2.1 基區(qū)寬度調變效應19-20
• 2.2.2 噪聲效應20-22
• 2.2.3 寄生電阻效應22-23
• 2.2.4 寄生電容效應23
• 2.3 器件模型23-26
• 第三章 帶隙基準理論基礎26-37
• 3.1 帶隙基準原理26-28
• 3.2 帶隙基準主要性能指標28-29
• 3.3 典型的帶隙基準電壓源結構29-32
• 3.3.1 三管帶隙基準源29-30
• 3.3.2 復合式帶隙基準源30-31
• 3.3.3 兩管帶隙基準源31-32
• 3.4 帶隙基準電壓源的誤差分析32-37
• 第四章 應用于充電管理系統(tǒng)的帶隙基準設計和仿真37-65
• 4.1 電動車電池充電管理系統(tǒng)簡介37-38
• 4.1.1 帶隙基準在充電管理系統(tǒng)中的作用37-38
• 4.2 應用于開關電源芯片的帶隙基準設計和仿真38-47
• 4.2.1 欠壓鎖定電路設計39-41
• 4.2.2 啟動電路設計41-42
• 4.2.3 偏置電路設計42-45
• 4.2.4 帶隙基準核心電路設計45-46
• 4.2.5 過流保護電路設計46-47
• 4.3 應用于充電控制芯片的帶隙基準設計和仿真47-51
• 4.3.1 啟動及偏置電路設計48
• 4.3.2 核心電路設計48-49
• 4.3.3 運放電路設計49-51
• 4.4 兩種電路結構總結和比較51-52
• 4.5 針對基準溫度系數(shù)指標的優(yōu)化設計52-58
• 4.6 仿真驗證58-65
• 4.6.1 應用于開關電源芯片中的基準仿真58-61
• 4.6.2 應用于充電控制芯片中的基準仿真61-64
• 4.6.3 仿真結果總結64-65
• 第五章 版圖設計與后仿驗證65-80
• 5.1 雙極工藝流程65-66
• 5.2 版圖設計66-72
• 5.2.1 版圖設計工具簡介67
• 5.2.2 雙極工藝版圖設計準則67-68
• 5.2.3 雙極工藝版圖設計規(guī)則68-69
• 5.2.4 基本器件版圖設計69-71
• 5.2.5 整體版圖的布局布線與設計71-72
• 5.3 版圖驗證72-74
• 5.3.1 版圖驗證主要內(nèi)容72-73
• 5.3.2 版圖驗證過程73-74
• 5.4 后仿驗證74-80
• 5.4.1 后仿工具簡介74
• 5.4.2 后仿驗證流程與仿真結果74-80
• 第六章 總結與展望80-81
• 參考文獻81-84
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況84

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本文編號：649887