集成基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì) : 從二極管到高階帶隙基準(zhǔn)源

緒論

Chapter 1 基礎(chǔ)知識(shí)

Chapter 2 電流基準(zhǔn)源

Chapter 3 電壓基準(zhǔn)源

Chapter 4 高精度基準(zhǔn)源電路的設(shè)計(jì)

Chapter 5 系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境分析 2100433B

該書(shū)共分為5章，介紹了基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、電流基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)、電壓基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)、高精度基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境分析等方面的內(nèi)容。

基準(zhǔn)電壓源是一種在工藝、電源電壓、溫度變化時(shí)能夠提供穩(wěn)定輸出電壓的電路。基準(zhǔn)電壓源廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、智能傳感器和電源轉(zhuǎn)換器等電路中。

基準(zhǔn)電壓源是模擬集成電路的重要組成部分，在許多集成電路中都需要精密又穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。目前采用的基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)方法主要有三種：掩埋齊納二極管、XFET（外加離子注入結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管）和帶隙基準(zhǔn)電壓源，帶隙基準(zhǔn)電壓源包括雙極型和 CMOS 帶隙基準(zhǔn)源 。掩埋齊納二極管基準(zhǔn)電壓源和 XFET 基準(zhǔn)電壓源都具有精度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但是二者的制造過(guò)程不能與標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝兼容，并且掩埋齊納二極管基準(zhǔn)源的電源電壓高、工作電流大、功耗大。

基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于精度高、溫漂小，帶隙基準(zhǔn)電壓源利用硅的能帶隙作為基準(zhǔn)電壓，可以實(shí)現(xiàn)高精度，采取一些溫度補(bǔ)償?shù)霓k法，可得到幾乎不受溫度影響的基準(zhǔn)電壓。 2100433B

基準(zhǔn)電壓源定義

幾乎在所有先進(jìn)的電子產(chǎn)品中都可以找到電壓基準(zhǔn)源，它們可能是獨(dú)立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如： 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中，基準(zhǔn)源提供了一個(gè)絕對(duì)電壓，與輸入電壓進(jìn)行比較以確定適當(dāng)?shù)臄?shù)字輸出。

在電壓調(diào)節(jié)器中，基準(zhǔn)源提供了一個(gè)已知的電壓值，用它與輸出作比較，得到一個(gè)用于調(diào)節(jié)輸出電壓的反饋。 在電壓檢測(cè)器中，基準(zhǔn)源被當(dāng)作一個(gè)設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)的門(mén)限。

基準(zhǔn)電壓源理想基準(zhǔn)電壓源

理想的電壓基準(zhǔn)源應(yīng)該具有完美的初始精度，并且在負(fù)載電流、溫度和時(shí)間變化時(shí)電壓保持穩(wěn)定不變。實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須在初始電壓精度、電壓溫漂、遲滯以及供出/吸入電流的能力、靜態(tài)電流(即功率消耗)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、噪聲和成本等指標(biāo)中進(jìn)行權(quán)衡與折衷。

基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)源的類(lèi)型

兩種常見(jiàn)的基準(zhǔn)源是齊納和帶隙基準(zhǔn)源。齊納基準(zhǔn)源通常采用兩端并聯(lián)拓?fù)洌粠痘鶞?zhǔn)源通常采用三端串連拓

基準(zhǔn)電壓源實(shí)現(xiàn)方式

1.電阻分壓：

只能作為放大器的偏置電壓或提供放大器的工作電流。這主要是由于其自身沒(méi)有穩(wěn)壓作用，故輸出電壓的穩(wěn)定性完全依賴(lài)于電源電壓的穩(wěn)定性。

2.普通正向二極管

不依賴(lài)于電源電壓的恒定基準(zhǔn)電壓，但其電壓的穩(wěn)定性并不高，且溫度系數(shù)是負(fù)的，約為-2mV/℃

3.齊納二極管

可克服正向二極管作為基準(zhǔn)電壓的一些缺點(diǎn)，但其溫度系數(shù)是正的，約為 2mV/℃

4.溫度補(bǔ)償性齊納二極管

體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于集成;但存在噪聲大、負(fù)荷能力弱、穩(wěn)定性差以及基準(zhǔn)電壓較高、可調(diào)性較差等缺點(diǎn)。這種基準(zhǔn)電壓源不適用于便攜式和電池供電的場(chǎng)合。

5.帶隙基準(zhǔn)源（采用CMOS，TTL等技術(shù)實(shí)現(xiàn)）

運(yùn)用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制成的基準(zhǔn)電壓源種類(lèi)較多，如深埋層穩(wěn)壓管集成基準(zhǔn)源、雙極型晶體管集成帶隙基準(zhǔn)源、CMOS集成帶隙基準(zhǔn)源等?！皫痘鶞?zhǔn)源”是七十年代初出現(xiàn)的一種新型器件，它的問(wèn)世使基準(zhǔn)器件的指標(biāo)得到了新的飛躍。

由于帶隙基準(zhǔn)源具有高精度、低噪聲、優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)整器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(A/D, D/A)、集成傳感器、大器等，以及單獨(dú)作為精密的電壓基準(zhǔn)件，低溫漂等許多微功耗運(yùn)算放。

任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)都在于在成本、體積、精確度、功耗等諸多因素的平衡與折衷。為具體設(shè)計(jì)選擇最佳基準(zhǔn)源時(shí)需要考慮所有相關(guān)參數(shù)。有趣的是，很多時(shí)候選用較貴的元件反而使系統(tǒng)的整體成本更低，因?yàn)樗梢越档椭圃爝^(guò)程中補(bǔ)償和校準(zhǔn)的花銷(xiāo)。2100433B