第一章概述 第一章概述 1.1研究动机 基准源是集成电路的重要基本单元电路，包括基准电压源和基准电流源。其 性能的好坏对整体性能影响较大。基准源除用做电源外，还为其他电路模块提供 精确的参考电压/电流。例如，将基准电压源作为运算放大器的参考输入，模数 转换器(ADC)中用于比较的标准电压等[1]。 好的稳定性是对基准源的主要要求，即对外部条件（如工作温度和电源电压 等)变化不敏感。基准的噪声和偏差都会严重地影响电路中其他模块的精度和稳 定性。因此，系统的精确度在很大程度上由基准的精度决定。基准源的性能不好， 则系统性能很难达到设计要求。 基准电压源和基准电流源并不是孤立的，电压基准可以转换为电流基准，反 之亦然。本文中电流基准源由电压基准源电路的输出参考电压转换得到。系统内 部的模块一般为电流偏置，等同于镜像基准电流，所以电流基准源必须稳定精确。 片上系统(SOC)是集成电路设计的主要趋势之一[2]。减少片外器件，减少 引脚，包含更多的子模块，减少流片、封装和测试等费用，进而降低成本。使 用线性稳压器时，其输出端的负载电流和负载电容随外接负载变化而变化，这 些变化将影响线性稳压器的稳定性，其输出电压不稳定。传统的低压差线性稳 压器需接容值较大的片外电容，使其性能稳定，可以快速响应瞬态变化。但增 加引脚意味着增加费用。无片外电容的低压差线性稳压需要增加特殊结构，用 来完成快速瞬态响应。该结构越简单越好，所需元件减少，直流功耗小：只改 善瞬态特性，不影响低压差线性稳压的直流特性。 1.2研究内容及贡献 本文设计完成了带隙基准电压源电路、电压一电流转换电路和低压差线性 稳压器电路，各部分的相互关系如图1-1所示。 带隙基准电压源电路使用数字信号控制PNP双极型晶体管数目，调整输 出参考电压，进行修正，消除温度和工艺等产生的影响。选用合适的双极型晶 体管比值和电阻的比值，可以实现低噪声的输出电压。在输出端加RC低通滤 波器滤除高频噪声，高频性能得到改善。 电压一电流转换电路使用片外可调电阻，抵消工艺产生的偏差。输出电流 支路采用低电压共源共栅结构，该结构可以增加输出阻抗，输出的偏置电流更 准确。 低压差线性稳压器的设计中增加自动检测网络，在外界负载变化较大时， 5第一章 概述 5 第一章 概述 1.1 研究动机 基准源是集成电路的重要基本单元电路，包括基准电压源和基准电流源。其 性能的好坏对整体性能影响较大。基准源除用做电源外，还为其他电路模块提供 精确的参考电压/电流。例如，将基准电压源作为运算放大器的参考输入，模数 转换器(ADC)中用于比较的标准电压等[1]。 好的稳定性是对基准源的主要要求，即对外部条件(如工作温度和电源电压 等)变化不敏感。基准的噪声和偏差都会严重地影响电路中其他模块的精度和稳 定性。因此，系统的精确度在很大程度上由基准的精度决定。基准源的性能不好， 则系统性能很难达到设计要求。 基准电压源和基准电流源并不是孤立的，电压基准可以转换为电流基准，反 之亦然。本文中电流基准源由电压基准源电路的输出参考电压转换得到。系统内 部的模块一般为电流偏置，等同于镜像基准电流，所以电流基准源必须稳定精确。 片上系统(SOC)是集成电路设计的主要趋势之一[2]。减少片外器件，减少 引脚，包含更多的子模块，减少流片、封装和测试等费用，进而降低成本。使 用线性稳压器时，其输出端的负载电流和负载电容随外接负载变化而变化，这 些变化将影响线性稳压器的稳定性，其输出电压不稳定。传统的低压差线性稳 压器需接容值较大的片外电容，使其性能稳定，可以快速响应瞬态变化。但增 加引脚意味着增加费用。无片外电容的低压差线性稳压需要增加特殊结构，用 来完成快速瞬态响应。该结构越简单越好，所需元件减少，直流功耗小；只改 善瞬态特性，不影响低压差线性稳压的直流特性。 1.2 研究内容及贡献 本文设计完成了带隙基准电压源电路、电压—电流转换电路和低压差线性 稳压器电路，各部分的相互关系如图 1-1 所示。 带隙基准电压源电路使用数字信号控制 PNP 双极型晶体管数目，调整输 出参考电压，进行修正，消除温度和工艺等产生的影响。选用合适的双极型晶 体管比值和电阻的比值，可以实现低噪声的输出电压。在输出端加 RC 低通滤 波器滤除高频噪声，高频性能得到改善。 电压—电流转换电路使用片外可调电阻，抵消工艺产生的偏差。输出电流 支路采用低电压共源共栅结构，该结构可以增加输出阻抗，输出的偏置电流更 准确。 低压差线性稳压器的设计中增加自动检测网络，在外界负载变化较大时