本文關(guān)鍵詞：基于雙極型工藝的帶隙基準(zhǔn)電路的研究與設(shè)計(jì)

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【摘要】：帶隙基準(zhǔn)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(yīng)用。本文首先概述了帶隙基準(zhǔn)的發(fā)展歷史和發(fā)展方向,闡述了基于雙極工藝設(shè)計(jì)帶隙基準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),指出了本課題的研究意義。接著介紹了本設(shè)計(jì)中相關(guān)的器件理論與工藝模型。闡述了帶隙基準(zhǔn)的基本原理,詳細(xì)介紹了幾種帶隙基準(zhǔn)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)及基準(zhǔn)主要性能指標(biāo),分析了影響基準(zhǔn)性能的誤差因素。然后基于充電管理系統(tǒng)的應(yīng)用需求,分別確定了所要設(shè)計(jì)的兩種帶隙基準(zhǔn)電壓源電路,并比較了這兩款基準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。對(duì)幾種典型的帶隙基準(zhǔn)溫度系數(shù)補(bǔ)償方法作了詳細(xì)介紹,分析了這些方法在本文應(yīng)用環(huán)境和電路結(jié)構(gòu)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(bǔ)償三極管基極發(fā)射極電壓高階項(xiàng)的PTAT2和PTAT3電壓,對(duì)所設(shè)計(jì)帶隙基準(zhǔn)的溫度系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。采用CSMC 2um36V雙極工藝,利用Cadence Spectre仿真工具對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行前仿真。分析了采用電阻補(bǔ)償法在實(shí)現(xiàn)溫度系數(shù)補(bǔ)償過(guò)程中的誤差問(wèn)題,并提出解決辦法。利用Cadence Virtuoso工具繪制了所設(shè)計(jì)基準(zhǔn)電路的版圖,分析了雙極型工藝版圖驗(yàn)證過(guò)程中的模型匹配問(wèn)題,并提出解決辦法。最后,利用Hspice對(duì)電路進(jìn)行了后仿,其中開(kāi)關(guān)電源芯片中的帶隙基準(zhǔn)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(diào)整率為0.01mV/V,啟動(dòng)時(shí)間約為15.2us,欠壓鎖定的開(kāi)啟電壓為14.7V,關(guān)斷電壓為8.85V;充電控制芯片中的的帶隙基準(zhǔn)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(diào)整率為0.0044mV/V,啟動(dòng)時(shí)間約為215us。仿真結(jié)果表明符合應(yīng)用需求。
【關(guān)鍵詞】：雙極型工藝 帶隙基準(zhǔn)電壓源 PTAT電壓 電阻補(bǔ)償 溫度系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(zhǔn)電壓源發(fā)展歷程15-17
• 1.3 帶隙基準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要內(nèi)容及本文結(jié)構(gòu)18-19
• 第二章 雙極器件原理與模型19-26
• 2.1 雙極型管結(jié)構(gòu)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(diào)變效應(yīng)19-20
• 2.2.2 噪聲效應(yīng)20-22
• 2.2.3 寄生電阻效應(yīng)22-23
• 2.2.4 寄生電容效應(yīng)23
• 2.3 器件模型23-26
• 第三章 帶隙基準(zhǔn)理論基礎(chǔ)26-37
• 3.1 帶隙基準(zhǔn)原理26-28
• 3.2 帶隙基準(zhǔn)主要性能指標(biāo)28-29
• 3.3 典型的帶隙基準(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)29-32
• 3.3.1 三管帶隙基準(zhǔn)源29-30
• 3.3.2 復(fù)合式帶隙基準(zhǔn)源30-31
• 3.3.3 兩管帶隙基準(zhǔn)源31-32
• 3.4 帶隙基準(zhǔn)電壓源的誤差分析32-37
• 第四章 應(yīng)用于充電管理系統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)和仿真37-65
• 4.1 電動(dòng)車電池充電管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介37-38
• 4.1.1 帶隙基準(zhǔn)在充電管理系統(tǒng)中的作用37-38
• 4.2 應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源芯片的帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)和仿真38-47
• 4.2.1 欠壓鎖定電路設(shè)計(jì)39-41
• 4.2.2 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)41-42
• 4.2.3 偏置電路設(shè)計(jì)42-45
• 4.2.4 帶隙基準(zhǔn)核心電路設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.5 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)46-47
• 4.3 應(yīng)用于充電控制芯片的帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)和仿真47-51
• 4.3.1 啟動(dòng)及偏置電路設(shè)計(jì)48
• 4.3.2 核心電路設(shè)計(jì)48-49
• 4.3.3 運(yùn)放電路設(shè)計(jì)49-51
• 4.4 兩種電路結(jié)構(gòu)總結(jié)和比較51-52
• 4.5 針對(duì)基準(zhǔn)溫度系數(shù)指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)52-58
• 4.6 仿真驗(yàn)證58-65
• 4.6.1 應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源芯片中的基準(zhǔn)仿真58-61
• 4.6.2 應(yīng)用于充電控制芯片中的基準(zhǔn)仿真61-64
• 4.6.3 仿真結(jié)果總結(jié)64-65
• 第五章 版圖設(shè)計(jì)與后仿驗(yàn)證65-80
• 5.1 雙極工藝流程65-66
• 5.2 版圖設(shè)計(jì)66-72
• 5.2.1 版圖設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)介67
• 5.2.2 雙極工藝版圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)則67-68
• 5.2.3 雙極工藝版圖設(shè)計(jì)規(guī)則68-69
• 5.2.4 基本器件版圖設(shè)計(jì)69-71
• 5.2.5 整體版圖的布局布線與設(shè)計(jì)71-72
• 5.3 版圖驗(yàn)證72-74
• 5.3.1 版圖驗(yàn)證主要內(nèi)容72-73
• 5.3.2 版圖驗(yàn)證過(guò)程73-74
• 5.4 后仿驗(yàn)證74-80
• 5.4.1 后仿工具簡(jiǎn)介74
• 5.4.2 后仿驗(yàn)證流程與仿真結(jié)果74-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況84

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