BiCMOS带隙基准电压源的设计及应用

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了应用于一款"10-Gbps跨阻放大器(TIA)"芯片的带隙基准电压源。该带隙基准电压源工作在3.0 V~3.6 V的电源电压下,输出基准参考电压为1.2 V,温度系数为10.0 ppm/℃,低频时电源抑制比为-69 d B,具有良好的性能。应用该带隙基准电压源完成了TIA芯片中偏置电路模块的设计,该偏置电路除了提供偏置电流外,还具备带宽调节功能,可实现对TIA输出电压信号带宽进行7.9 GHz、8.9 GHz、9.8 GHz和10.1 GHz四档调节,提高了TIA芯片的应用性。目前,带隙基准电压源与偏置电路随TIA芯片正在进行MPW(多项目晶圆)流片。     

一种高精度BiCMOS带隙电压基准源的设计

在对传统典型CMOS带隙电压基准源电路分析基础上提出了一种高精度,高电源抑制带隙电压基准源。电路运用带隙温度补偿技术,采用共源共栅电流镜,两级运放输出用于自身偏置电路。整个电路采用了UMC 0.6um BiCMOS工艺实现,采用HSPICE进行进行仿真,在TT模型下,仿真结果显示当温度为-40℃～80℃,输出基准电压变化小于1.5mV,低频电源抑制比达到75dB以上。     

一种高精度的带隙基准电压源及电流源

设计了一种采用0．25μm CMOS工艺的高精度带隙基准电压源，该电路结构新颖，性能优异，其温度系数可达5ppm／℃，电源抑制比可达到62dB。在此基础上设计了一种基准电流源，其温度系数可达6ppm／℃，输出电流变化率仅为0．03％／V。     

高精度、低功耗带隙基准源及其电流源设计

提出一种适用于红外焦平面阵列传感器的高精度BiCMOS电压基准和电流基准设计方案。该方案采用新型电压基准输出级降低Brokaw带隙基准源中的厄尔利效应使电流镜电流完全匹配,同时减小电压基准的输出阻抗;接着利用共源共栅结构的偏置电流提高带隙基准的电源抑制PSR(Power Supply Rejection)特性;最后通过4个MOSFET管将基准电压和电阻电压钳制相等,进而得到一个高精度、低温度系数的电流基准;而以单个二极管连接的MOSFET作为电流基准启动电路的方式,可更进一步降低电路复杂性。系统采用CSMC 0.5μm BiCMOS工艺,利用Cadence Spectre工具对电路进行仿真。结果表明,在电源电压5 V,-40℃到125℃温度范围内,基准电压和基准电流的温度系数分别为13×10-6/℃和31×10-6/℃,输出电流波动低于0.5%,整体电路的PSR为-86.83 dB,解决了恒定跨导基准源精度低的缺陷,符合红外焦平面阵列对基准源高精度、高PSR和低功耗的要求。     

用于温度传感器芯片的高精度低温度系数带隙基准源

为了满足温度传感器芯片对带隙基准源高性能的要求,设计了一种高精度低温度系数带隙基准源。该带隙基准源利用电阻比值校正了一阶温度系数带隙基准电路的非线性温度特性,使得输出的基准电压的精度和温度系数有了很大提高。采用0.8μm BiCMOS（Bipolar-CMOS）工艺进行流片,带隙基准电路所占面积大小为0.04mm???2。测试结果表明：在5V电源电压下,在温度-40~125℃范围内,基准电压的温度系数为1.2×10-5/℃,基准电流的温度系数为3.77×10-4/℃;电源电压在4.0~7.0V之间变化时,基准电压的变化量为0.4 mV,电源调整率为0.13mV/V;基准电流的变化量为变化量约为0.02μA ,电源调整率为6.7nA /V。     

带曲率补偿的带隙基准电流源的设计

简单介绍了带隙基准源的基本原理,给出了一款基于Widlar结构的带曲率补偿的带隙基准电压电流源的设计方法,通过采用TSMC₀.5μm工艺库对电路进行仿真,在-40～150℃的温度范围内,其带隙基准的输出具有12ppm/℃的温度系数,电流基准的输出具有42ppm/℃。此外,文中还对曲率补偿电路的工作原理进行了分析,并且通过仿真波形对曲率补偿的工作机制进行了讨论。     

一种CMOS带隙基准源的设计与仿真

分析了传统带隙基准源的基本原理,并在此基础上一款CMOS带隙基准源电路。该电路基于UMC0.18μm CMOS工艺设计,利用cadence软件进行仿真。仿真结果表明,CMOS带隙基准源稳定输出电压1.22V,该电路在温度从-50-100℃进行扫描,其变化率为10.7ppm/℃,电源电压在1.7V-1.9V范围内发生变化时帯隙基准源输出电压变化很小。     

高精度低温度系数带隙基准电压源的设计

基于0.5μm双层多晶双层铝CMOS工艺,采用共源共栅电流镜结构和基极电流补偿方法,设计了一种新颖的高性能带隙电压基准.结果表明,在温度-25℃～125℃范围,基准电压温度系数为15.3×10-6V/℃,低频时,电源抑制比可达-80db.该电路可做为A/D和D/A转换器中的基准电压源.     

一种低功耗差动CMOS带隙基准源

设计了一种采用0.6μmCMOS工艺的低功耗差动带隙基准电压源电路.在设计中采用两个pn结串联结构来减小运放失调电压的影响,并采用自偏置共源共栅运放来改善MOS器件对电源的依赖性.这种带隙基准源输出电压为2V,功耗为2.3mW,温度系数可达到13ppm/℃,主要适用于高精度模拟系统,并带有提高电源抑制比电路和启动电路.     

1.2V基准电压源设计

基于0.35μm CSMC CMOS工艺设计并流片了一款典型的带隙基准电压源芯片,输出不随温度变化的高精度基准电压。电路包括核心电路、运放和启动电路三部分。芯片在3.3V供电电压,-40oC到80oC的温度范围内进行测试,结果显示输出电压波动范围为1.2128V～1.2175V,温度系数为32.2 ppm/oC。电路的版图面积为135μm×236μm,芯片大小为1 mm×1 mm。     

基于BiCMOS工艺可修调的高精度低温度系数带隙基准源设计

设计了一种利用电阻比值校正一阶温度系数带隙基准电路的非线性温度特性来实现低温度系数的高精度低温度系数带隙基准源;同时设置了修调电路提高基准电压的输出精度.该带隙基准源采用0.8μm BiCMOS(Bipolar-CMOS)工艺进行流片,带隙基准电路所占面积大小为0.04 mm2.测试结果表明:在5 V电源电压下,在温度-40℃～125℃范围内,基准电压的温度系数为1.2×10-5/℃,基准电流的温度系数为3.77×10-4/℃;电源电压在4.0 V～7.0 V之间变化时,基准电压的变化量为0.4 mV,电源调整率为0.13 mV/V;基准电流的变化量为变化量约为0.02μA,电源调整率为6.7 nA/V.     

一种基于斩波调制的带隙基准电压源

为了消除由于晶体管不匹配产生的随机失调对带隙基准源精度的影响,设计了一种采用斩波调制技术的带隙基准电压源。该方法采用对称性OTA的结构来减小带隙基准电压源的系统失调,并利用带隙基准核心电路中的与绝对温度成正比(PTAT)的电流源为OTA提供自适应偏置,从而较小了整个电路的功耗。通过基于0.35μm CMOS工艺并使用Cadence Spectre工具对电路进行仿真,结果表明:斩波频率为100 Hz时,基准电压在室温(27℃)的输出为1.232 V,该带隙基准的供电电压的范围为1.4~3 V;在电压为3 V时,在-40~125℃温度范围内的温度系数为24.6 ppm/℃。     

基于电流控制模式的低压、高PSRR基准源

基于可调电流控制模式设计出一种低压、高电源抑制比的带隙基准电压源电路。采用电流控制模式和多反馈环路,提高电路的整体电源抑制比;通过电阻分压的方式,使电路达到低压,同时提供偏压,简化偏置电路。采用0.5μmCMOS N阱工艺,电路可在电源电压为1.5V时正常工作。使用Cadence Spectre进行仿真结果表明,低频时电源抑制比(PSRR)高达107dB。-10℃～125℃温度范围内,平均温度系数约7.17ppm/℃,功耗仅为0.525mW。此电路能有效地抑制制程变异。     

一种工作在亚阈区超低功耗带隙基准源的设计

基于RFID标签芯片的低功耗要求,设计了一种超低功耗的带隙基准电压源,电路中的主要MOS管都工作在亚阈值状态。在spectre环境下仿真表明,当电源电压为3 V～7 V,温度在-30℃～+120℃变化时,输出基准电压为1.8 V±0.001 V。电源电压抑制比(PSRR)为69.5 dB,并且电路工作电流维持在1.5μA～7μA的范围内。     

失配电流控制的高阶带隙基准工艺健壮性研究

分析了基于失配电流控制的高阶补偿带隙基准的补偿原理,并研究了工艺偏移对基准电压温度系数的影响。基于失配电流控制的补偿策略具有结构简单、控制精度高,而且可以通过调整失配电流和多晶电阻阻值,使带隙基准具有较低的温度系数,同时具有较强的工艺健壮性。模拟分析表明,在-25℃-125℃温度范围内,在 TT（Typical -Typical）工艺角下,带隙基准的温度系数为4．8ppm /℃,同时在其他工艺角下,带隙基准的温度系数都可控制在9．0ppm /℃以下。通过无锡上华科技（CSMC）0．18μm CMOS 工艺实验验证,采用这种简单失配电流控制的高阶补偿带隙基准,在3V 电源电压下,在-20℃-120℃温度范围内,带隙基准的温度系数最低为6．9ppm /℃。     

一种低压低温漂的CMOS带隙基准源

基于标准0.35umCMOS工艺,采用一级温度补偿电压作为温度曲率校正电压,与传统采用PTAT电压作为温度曲率校正电压相比,获得了一个电路结构简单,性能更好的带隙基准源。使用Hspice进行仿真,仿真结果表明电路可以在-20-100℃范围内,平均温度系数约2ppm/℃,工作电压为1V左右,获得了一个高性能的带隙基准电压源。该带隙基准源可应用于高精度模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和系统集成芯片(SOC)中。     

一种适用于无源RFID测温标签的温度传感器

提出了一个适用于无源RFID温度检测标签芯片的低压、低功耗、快速A/D转换的数字温度传感器电路。采用BJT管的Vbe电压和PTAT电流相结合的方法,同时使用SAR A/D转换器,避免了使用带隙基准电压电路所需的较高工作电压,使电路在1 V以上就可工作。电路的功耗电流约4μA,使用80 kHz的时钟,A/D转换时间小于100μs。     

一种6.9 ppm/℃92 dB PSRR基准电压源的设计

提出了一种利用简单结构实现高阶指数曲率补偿和高电源电压抑制比的带隙基准电压源。利用正温度系数的反向饱和电流IS和双极型晶体管正向导通时的电流增益β以及Trimming修条电阻实现温度补偿,同时采用Wilson电流镜和电压负反馈技术来提高PSRR。仿真结果表明,该基准电压源达到了6.9 ppm/℃的温度系数,低频时PSRR最高达92 dB和39.3 ppm/V的线性调整率。     

一种消除失调电压的低温度系数带隙基准电路

提出了一种利用多晶硅电阻的温度系数补偿负温度系数电压实现低温度系数的带隙基准电路,并且引入由二分频时钟控制的CMOS开关,使产生的失调电压正负交替做周期性变化相互抵消。采用BiCMOS 0.35μm工艺设计。仿真结果表明,此方法能够使MOS管在失配10%的情况下降低97%的失配,温度系数可达5.2 ppm/℃。工作电压为1.5 V～3.3 V、工作温度为-40℃～+70℃且工作在1.8 V常温下时,电路的工作电压为1.144 3 V,总电流为29.13μA,低频处的电源抑制比为-70 dB。     

一种高电源抑制比的带隙基准电路

提出一种高电源抑制比的带隙基准。该电路的基本结构是将一个简单的电压减法器集成到传统的Brokaw基准中构成改进电路。本电路的基本工作原理是将电源噪声直接添加到电路的反馈环节,帮助抑制电源噪声。仿真结果显示与理论分析吻合。本电路在提高电源抑制的同时,还获得了很好的温度特性。