一种低压低功耗带隙基准电压源的研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义

基准电压源广泛应用于各种集成电路、数模混合集成电路和系统集成芯片中。基准电源得精度和准确度直接决定系统的精度和准确度。在模/数转换器（ADC）、数/转换器（DAC）、动态存储器（DRAM）等集成电路设计中，低温度系数、高电源抑制比的（PSRR）的基准电源设计十分关键。在集成电路发展的早期，基准源主要采用齐纳基准源实现，利用齐纳二极管被反向击穿时的两端电压。由于齐纳二极管制成的基准源再封装是各种外界因素以及齐纳二极管的噪声严重且不稳定，之后经过一些改变将齐纳结移动到其表面下方，从而制成掩埋型基准源，噪声和稳定性有了很大的改观。传统的基准电源不能使用在低压的电路中，并且高精度的齐纳二极管对于工艺要求严格，造价相当的高。因此需要新的器件来代替传统的齐纳二极管，现在的集成电路的发展正在向着这个发展，CMOS器件的制作工艺比起高精度的齐纳二极管制作简单，搭建的电路稳定，精度高，可以适应各式电路。

2. 课题关键问题和重难点

课题设计的关键问题：

（1）对已低压低功耗带隙基准电压源，相比于传统的电压源，首先需要解决的电压源本身的电压提供的问题，低于传统的电压源的1.25v。

（2）低压低功耗电压源相比于传统的电压源要使得电路更加稳定，便于一些参数的测试与计算。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1971年，widlar首次提出带隙基准结构，相比于齐纳基准电压源，widlar型的基准电源具有更低的输出电压，更小的噪声，更好地稳定性。经过后续的的改进，新的结构中将运算放大器用于电压钳位，提高了基准电压输出的精度。近几年来随着无线通讯事业的飞速发展，采用模拟或者模数的混合电子产业得到迅猛发展，尤其是采用coms工艺制成的低电压，低功耗的模拟电路的收到越来越多的重视，低电压模拟电路不但能大幅度的降低电压功耗，另一方面还能增加电路的稳定性。在电子行业中都会有一个比较统一的说法：对于电压源，都是一个说法，电源电压越低越好，尽管电源电压不是决定电路功耗的唯一因素，但是电源得功耗占据了一个主导地位。电源的功耗太大会导致一系列的问题，影响电路的不仅仅是一些使得电路不稳定那么简单，各项的参数都会受到影响。

在模拟或者混合信号的电路中，基准电压源（voltagereference）是最重要的组成部分，它广泛应用于运算放大器电路、振荡器、缓冲器、数模/模数转换器以及dram、flash等存储电路中。传统的基准电源应用双极型晶体管（bjt）器件生产从而产生稳定的电压输出，称为带隙基准电压源，然而这些双极型晶体管用硅材料制成，对于硅材料他的带隙基准电压为1.25v,从而使得基准电压源本身的供电电压必须在1.25v以上，才能使得用这些材料制作完成的硅材料基准电压源正常工作。

随着各种便携式电子产品，如：手机、笔记本电脑、数码相机、医疗设备、移动音/视频等的广泛应用和发展，如何降低功耗，延长基于电池供电产品的使用时间已经成为产品设计首要考虑的问题之一。因此，作为集成电路中的关键模块，基准电压源必须满足低电压、低功耗和高稳定性的要求。目前，有很多电路（如带隙电压源、基于工作在亚阈值区的cmos的电压源等）都可以满足这个要求，但是带隙电压源需要用到寄生双极型晶体管，其工艺复杂度和成本都比较高。为此，我们需要一个低压低功耗的一个带隙基准电压源来代替传统的电压源，这是一种cmos基准电压源电路，该电路提高了电源电压抑制比（psrr）,具有低工作电压、低功耗的特点，可采用标准cmos工艺技术制造，适用于温度、电源电压波动较大的低电压、低功耗应用中。因此传统的电压源的本身供电电压必须高于自身产生的电压，同时自身的功耗也是占了很大部分，随着cmos工艺的不断发展进步以及soc系统的发展需求，对于基准电压源的使用必须满足一下需求：（1）低电压电压源本身供电电压要低，低于本身所提供的电压，低于1v或者更低：（2）低功耗大多数的能源要用于工作输出而不是用来做无用功，在微瓦级别，对于电池独立供电的可移动系统或者供电电路来说，这两点要求尤为重要，也是需要迫切解决的一个重要问题。

4. 研究方案

对于基准电压源的设计在传统的基础上去掉齐纳二极管利用现代工艺制成的CMOS管子代替搭建电路，相比于传统的齐纳二极管电路需要高电压的工作环境，并且只能用于高电压的电路，而且自己本身的功耗较大。由于这个原因，采用CMOS的管子代替，在原有的基础之上利用CMOS搭建电路来实现基准电压源，可以将原来的基准电源的功耗电压降到1V或者1V以下，让它可以适用于各种的电路，从而使得电路的各项参数更加的稳定，对于各项的工作也有一个很大的帮助

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；

第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；