电压基准源调研报告

电压基准源调研汇报汇报人：VicYu时间：.06.27目录1基于MOSFET电压基准源2基于BJT电压基准源

1基于MOSFET电压基准（不带BJT电压基准）与基于BJT器件基准相比，基于MOSFET基准在PVT无关性上具备显著劣势，不过依然有很多人进行锲而不舍研究，这是因为，一是它适应低压低功耗时尚，二是它省面积。1.1对迁移率和阈值电压进行温度赔偿比如，工作在饱和区下MOS管栅源电压和MOS管阈值电压分别为：其中，K为常数，n为1.5左右，迁移率μ具备负温度系数。所以该式第一项为正温度系数；而VTH为负温度特征。因以前后两项加权相加能够得到零温度系数基准电压，在这种方法下，MOS管能够工作在饱和区，也能够工作在线性区。优点：管子能够工作在线性区和饱和区；缺点：若工作在线性区，受工艺抖动影响大。1.2工作在弱反型区VGS差值（正）与VGS（负）进行温度赔偿处于弱反型区（亚阈值区）两个MOS管VGS与二极管电压具备相同温度特征：因为MOS管阈值电压为负温度系数，因而使得处于弱反型区MOS管VGS为负温度系数；二者加权相加可取得零温度系数基准电压。该种方法中，VGS差值管子必须处于弱反型区。优点：因为管子工作在亚阈值区，比较轻易实现低功耗；缺点：受工艺抖动影响比较严重，而且管子亚阈值区模型不准确。1.3将具备一样温度特征参数进行加权相减利用两个阈值电压具备相同性质温度特征（同是正温度特征或者同是负温度特征）MOS管，将分别正比于这两个阈值电压参数进行加权相减，取得零温度特征电压基准。采取该种方法电压基准，其工作管不用处于亚阈值区，能够处于饱和区。比如，同是增强型管子NMOS和PMOS阈值电压分别为：上式中，αn和αp是与温度无关常数。所以，能够经过对NMOS和PMOS开启电压进行加权相减，消去温度项，得到与零温度系数电压。另外，也能够采取增强型管子和耗尽型管子，进行加权运算取得零温度系数基准电压。优点：管子不用工作在线性区，从而减小了工艺漂移影响；缺点：若采取耗尽型管子，则需要增加工艺成本。

2基于双极型晶体管（BJT）电压基准2.1二极管电压温度特征若PN结二极管电压（或双极晶体管基极-发射极电压）处于正向偏置区，流过二极管（或双极晶体管集电极）电流与二极管电压（或基极-发射极电压）呈指数关系，即：若取温度为T0时VBE电压为VBE0，则有：其中，VG0是温度为0K时二极管电压，为1.2V，T表示热力学温度，η是与工艺相关参数，取值范围为3.6~4，x是二极管电流与温度相关特征（IC=DTx，其中D为与温度无关常量，对于与温度成正比电流而言，x=1）。二极管经典温度系数大约为-2.2mV/℃。分别对VBE求一次导和二次导：由此能够分别知道VBE温度曲线：是递减函数；斜率递减，是凸函数。2.2基于二极管（双极晶体管）电压基准源基于二极管电压（基极-集电极电压）基准源能够实现：=1\*GB3①零阶电压基准源：未进行温度赔偿，温漂性能为1.5~5mV/℃；=2\*GB3②一阶电压基准源：抵消一阶分量，温漂性能为50~100ppm/℃（0.05~0.1mV/℃）；=3\*GB3③二阶或高阶（曲率校正）电压基准源：进行了二阶或更高阶分量抵消，温漂性能低于50ppm/℃。

2.2.1零阶电压基准源=1\*GB3①齐纳管实现电压基准源【例】常见齐纳二极管击穿电压为5.5~8.5V，正温度系数，温漂性能为1.5~5mV/℃。=2\*GB3②二极管电压基准源1【例】输出电压值0.7V左右，负温度系数，温漂性能约为-2.2mV/℃。=3\*GB3③二极管电压基准源2【例】输出电压为：综上，零阶电压基准源优点：电路设计很简单，占用面积小；零阶电压基准源缺点：随工艺漂移较大，温漂太大。2.2.2一阶电压基准源=1\*GB3①齐纳电压基准源【例】若齐纳二极管温漂为+5.5mV/℃，而二极管温漂为-2.2mV/℃，则需要2.5个串联正向偏置二极管电压（2.5*（-2.2mV/℃）=-5.5mV/℃）进行赔偿。输出电压基准为：优点：设计简单，版图面积小；缺点：随工艺漂移大，输出电压高，电源电压要求高。=2\*GB3②带隙电压基准源（电压模）【例】正温度系数电流：输出电压：基极-集电极电压VBE温度系数约为-2.2mV/℃，热电压VT温度系数为+0.086mV/℃。优点：PVT特征好；缺点：输出电压固定为1.2V，不适合低电源电压下工作。=3\*GB3③带隙电压基准源（电流模）【例】输出电压：优点：PVT特征好，适合低电源电压下工作；缺点：设计较为复杂，电路开启更为困难（与电压模带隙基准相比）。2.2.3曲率校正基准源=1\*GB3①二阶曲率校正技术【例】输出基准电压为：优点：缺点：电路设计复杂，成本较高。=2\*GB3②与温度相关电阻百分比技术（二阶曲率校正）【例】输出基准电压为：其中，R1，R2，R4为type1型电阻，R3为type2型电阻，且Rtype1/Rtype2=+TC。优点：电路简单，成本低廉；缺点：两种类型电阻失配较大，可能需要增加修调位数，工艺依赖性很强。=3\*GB3③二极管环路技术【例】非线性赔偿电流、与温度无关电流、输出基准电压分别为：优点：适合在低电源电压下工作；缺点：静态电流较大。=4\*GB3④β赔偿技术【例】NPN晶体管正向偏置电流增益具备指数关系温度特征，也就是说，伴随温度提升双极型器件导电能力更强：输出基准电压分别为：将Vref1或Vref2公式中两个高次项进行泰勒展开：从二者二阶导数能够看出，前者是凹型函数，后者是凸型函数，所以能够进行二阶赔偿。优点：电路简单；缺点：。=5\*GB3⑤分段线性电流模技术【例】非线性电流为：与温度无关电流：优点：电路较为简单；缺点：随工艺漂移较大。=6\*GB3⑥非线性匹配校正技术【例】非线性校正电压：优点：电路较为简单；缺点：随工艺漂移较大。=7\*GB3⑦精准赔偿方法【例】输出基准电压为：η靠近与4，所以（η-4）近似为0。优点：实现了近似精准赔偿；缺点：不适合高电源电压下工作。2.3电源电压抑制和线性调整性能线性调整（LineRegulation）性能是输入电源电压直流改变造成基准源输出稳态改变情况；而电源电压抑制（PowerSupplyRejection）是针对小信号而言。提升线性调整通用技术都能够应用到对PSR性能优化上。提升PSR和线性调整性能基本思想是增大敏感节点（尤其是输出基准电压）到输入电源电压之间有效阻抗。2.3.1共源共栅技术