集成基准源电路设计 : 从二极管到高阶带隙基准源

绪论

Chapter 1 基础知识

Chapter 2 电流基准源

Chapter 3 电压基准源

Chapter 4 高精度基准源电路的设计

Chapter 5 系统和应用环境分析 2100433B

该书共分为5章，介绍了基准源设计相关的基础知识、电流基准源设计、电压基准源设计、高精度基准源电路设计，以及系统和应用环境分析等方面的内容。

基准电压源是一种在工艺、电源电压、温度变化时能够提供稳定输出电压的电路。基准电压源广泛应用于数据转换器、智能传感器和电源转换器等电路中。

基准电压源是模拟集成电路的重要组成部分，在许多集成电路中都需要精密又稳定的电压基准，如模数转换器、数模转换器、线性稳压器和开关稳压器。目前采用的基准电压源设计方法主要有三种：掩埋齐纳二极管、XFET（外加离子注入结型场效应管）和带隙基准电压源，带隙基准电压源包括双极型和 CMOS 带隙基准源 。掩埋齐纳二极管基准电压源和 XFET 基准电压源都具有精度高、稳定性好的特点，但是二者的制造过程不能与标准 CMOS 工艺兼容，并且掩埋齐纳二极管基准源的电源电压高、工作电流大、功耗大。

基准电压源设计的关键点在于精度高、温漂小，带隙基准电压源利用硅的能带隙作为基准电压，可以实现高精度，采取一些温度补偿的办法，可得到几乎不受温度影响的基准电压。 2100433B

基准电压源定义

几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源，它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如： 在数据转换器中，基准源提供了一个绝对电压，与输入电压进行比较以确定适当的数字输出。

在电压调节器中，基准源提供了一个已知的电压值，用它与输出作比较，得到一个用于调节输出电压的反馈。 在电压检测器中，基准源被当作一个设置触发点的门限。

基准电压源理想基准电压源

理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。

基准电压源基准源的类型

两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓

基准电压源实现方式

1.电阻分压：

只能作为放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流。这主要是由于其自身没有稳压作用，故输出电压的稳定性完全依赖于电源电压的稳定性。

2.普通正向二极管

不依赖于电源电压的恒定基准电压，但其电压的稳定性并不高，且温度系数是负的，约为-2mV/℃

3.齐纳二极管

可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为 2mV/℃

4.温度补偿性齐纳二极管

体积小、重量轻、结构简单便于集成;但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及基准电压较高、可调性较差等缺点。这种基准电压源不适用于便携式和电池供电的场合。

5.带隙基准源（采用CMOS，TTL等技术实现）

运用半导体集成电路技术制成的基准电压源种类较多，如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS集成带隙基准源等。“带隙基准源”是七十年代初出现的一种新型器件，它的问世使基准器件的指标得到了新的飞跃。

由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D, D/A)、集成传感器、大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运算放。

任何系统设计的难点都在于在成本、体积、精确度、功耗等诸多因素的平衡与折衷。为具体设计选择最佳基准源时需要考虑所有相关参数。有趣的是，很多时候选用较贵的元件反而使系统的整体成本更低，因为它可以降低制造过程中补偿和校准的花销。2100433B