（微电子学与固体电子学专业论文）pipeline+adc中高精度基准电压源的设计.pdf

摘要 摘要 带隙基准电压源作为p i p e l i n e a d c 中一个重要的电路模块，其性能直接影响了整个系统的性能。随着 高速、高精度p i p e l i n e a d c 的不断发展，带隙基准电压源电路的性能受到越来越广泛的关注。如何减小带 隙基准电压源的温度系数、提高电源抑制性能是设计应用于高速、高精度p i p e l i n ea d c 中带隙基准电压源 的关键。 论文介绍了基准电压源的技术指标，阐述了基准电压源的理论基础，概述了近年来基准电压源的研究 发展状况。在对隐埋齐纳二极管基准电压源、带隙基准电压源和结型场效应管基准电压源三种常用类型的 基准电压源结构分析比较后，论文采用带隙结构实现基准电压源的设计。论文重点设计了带隙核心电路， 通过设计p t a t 电流产生电路和c t a t 电流产生电路实现了一阶温度补偿，并依据温度补偿原理确定了电 路中的各个参数。论文还设计了运算放大器电路、启动及偏置电路、曲率补偿电路和电压预调节电路。通 过曲率补偿电路的设计，基准输出电压实现了高阶温度补偿，减小了温度系数；电压预调节电路为带隙核 心电路提供了不受电源噪声干扰的工作电压，提高了基准输出电压的电源噪声抑制能力。 论文基于c h r t0 3 5 t t m3 3 vc m o s 工艺实现了带隙基准电压源，设计了带隙基准核心电路的版图并 流片测试。通过s p e c t r e 对带隙核心电路进行后仿真，结果显示在4 0 8 5 的温度范围内，带隙核心电 路输出基准电压变化了9 3 2 9 v ，温度系数达到1 4 9 0 p p m 。c ；电源电压从3 v 变化到5 v 时，基准电压变化 了1 5 2 1 m v ，低频时输出基准电压的电源抑制比达到6 1 7 d b 。测试结果显示，当电源电压从4 v 变化到5 v 时，输出基准电压变化了2 2 4 m v ；当电源电压为4 2 v 时，输出基准电压在0 c _ 5 0 范围内变化了1 3 3m v 。 最后，论文对原有电路进行了优化。 关键词：带隙基准，温度系数，电源抑制，曲率补偿，电压调节，流水线型模数转换器 a bs t r a c t a s 锄i m p o r t a n tc o m p o n e n t i na n a l o g t o d i g i t a lc o n v e r t e r , b a n d g a pr e f e r e n c ea f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo f t h e w h o l es y s t e m n l ep e r f o r m a n c eo fb a n d g a pr e f e r e n c ei sp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nw i t ht h ed e v e l o p m e n to f h i g hs p e e da n dr e s o l u t i o na d c t h ek e yt or e a l i z eb a n d g a pr e f e r e n c eu s e di nh i g hr e s o l u t i o na d cl i e so nh o wt o r e d u c et h et e m p e r a t u r ec o e 伍c i e n ta n de n h a n c et h ep o w e rs u p p l yr e j e c t i o nr a t i o 1 1 把s p e c i f i c a t i o na n df u n d a m e n t a lt h e o r yo fv o l t a g er e f e r e n c ea r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r 1 1 1 er e s e a r c h s t a t u so fv o l t a g er e f e r e n c ei sa l s op r e s e n t e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h r e et y p e so fv o l t a g er e f e r e n c e ，i n c l u d i n g b u r i e dz 盯l e rd i o d er e f e r e n c e ，b a n d g a pr e f e r e n c ea n dx f e tr e f e r e n c e ，ab a n d g a pr e f e r e n c ei sd e s i g n e di nt h i s p a p e r t h ec o r ec i r c u i ti sd e s i g n e dt or e a l i z et h ef i r s t o r d e rc o m p e n s a t i o nt h r o u g hp 1 ：f 气ta n dc t a tc u r r e n t g e n e r a t o rc i r c u i t s t h ec i r c u i tp a r a m e t e r sa r ed e f i n e do nt h ep r i n c i p l eo ft e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n a no p e r a t i o n a m p l i f i e r , as e t u pc i r c u i t , ac u r v a t u r ec o m p e n s a t i o nc i r c u i ta n dap r e - r e g u l a t o rc i r c u i ta r ed e s i g n e d h i g h - o r d e r c o m p e n s a t i o ni s r e a l i z e db yt h ec u r v a t u r ec o m p e n s a t i o nc i r c u i tt or e d u c et h et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t ；t h e p r e - r e g u l a t o rc i r c u i tp r o v i d e st h es u p p l yv o l t a g ef o rt h ec o r ec i r c u i tt oe n h a n c et h ep s r rp e r f o r m a n c e t h eb a n d g a pr e f e r e n c ei sr e a l i z e db a s e do nt h ec h r t0 3 5 9 m3 3 vc m o sp r o c e s s a n dt h el a y o u to ft h e c o r ec i r c u i ti sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ol a y o u ts i m u l a t i o nr e s u l t sb ys p e c t r e ，t h eo u t p u tv o l t a g ev a r i e s9 3 2 i t vo v e r t h er a n g ef r o m - 4 0 t o8 5 。a n dt h et e m p e r a t u r ec o e 街c i e n ti s1 4 9 0 p p m ：t h eo u t p u tv o l t a g ev a r i e s1 5 2 1 m v w h e ns u p p l yv o l t a g ec h a n g e sf r o m3 vt o5 v , a n dt h ep s r ri s - 61 7 d ba tl o wf r e q u e n c y t h e n , t h eb a n d g a p r e f e r e n c eh a sb e e nt a p e do u ta n dt e s t e d ；t h er e s u l t ss h o wa2 2 4 m vv a r i a t i o nw h e ns u p p l yv o l t a g ec h a n g e sf r o m 4 vt o5 v , a n da1 3 3m vv a r i a t i o nf r o m0 ct o5 0 f i n a l l y , s o m ei m p r o v e m e n t sh a v eb e e nc o m p l e t e d k e y w o r d s ：b a n d g a pr e f e r e n c e ，t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t , p o w e rs u p p l yr e j e c t i o n ( p s r ) ，c u r v a t u r ec o m p e n s a t i o n , v o l t a g er e g u l a t o r , p i p e l i n ea d c 图表索引 图表索引 图2 1 隐埋齐纳二极管基准电压源的电路拓补结构9 图2 2 带隙基准电压源的电路拓补结构1 0 图2 3 带隙基准高阶温度补偿示意图1 0 图2 4 结型场效应管基准电压源的电路拓补结构。1 1 图2 5w i d l a r 带隙基准电压源1 2 图2 6b r o k a w 带隙基准电压源1 2 图2 7 弱反型工作型带隙基准电压源1 3 图2 8 利用内部反馈的高阶补偿带隙基准电压源1 3 图2 9 分段线性补偿带隙基准电压源。1 5 图2 1 0 利用电阻比值高阶补偿的带隙基准电压源1 5 图2 1 1 部分带隙电压基准电路1 6 图2 1 2 采用电压电压减法器的带隙基准电压源1 5 图2 1 3 持续传导型启动电路1 8 图2 1 4 状态决定型启动电路1 8 图3 1b j t 管的温度特性2 0 图3 2p t a t 电流生成电路2 l 图3 3 本设计采用的p t a t 电流产生电路。2 2 图3 4 电压输出的带隙基准结构。2 2 图3 5 电压电流转换电路2 2 图3 6 本设计采用的c t a t 电流产生电路2 3 图3 7b j t 管的v - i 特性曲线2 4 图3 8 带隙核心电路2 4 图3 9 运算放大器电路。2 6 图3 1 0 电压预调节电路2 8 图3 1 l 启动及偏置电路2 9 图3 1 2 基准输出电压的温度特性3 0 图3 1 3 基准输出电压与电源电压的关系3 l 图3 1 4 电源电压的频率扫描图( 无电压预调节电路) 31 图3 1 5 电源电压的频率扫描图( 有电压预调节电路) 3 2 图3 1 6 运放的频率特性3 3 图3 1 7 曲率补偿的带隙核心电路3 3 图3 1 8 曲率补偿前后带隙输出电压温度特性比较3 4 图3 1 9 通过电阻转换电流电路3 5 图3 2 0 通过m o s 管转换电流电路3 5 图3 2 l 提高m o s 管跨导的转换电流电路3 6 图3 2 2 基准电流输出电路3 6 图4 1c m o s 工艺中p n p 管的实现3 8 图4 2 单个p n - p 管版图3 8 图4 3p n p 管阵列版图3 9 图4 4 运放的输入差分对管版图4 0 图4 5 电阻的版图4 0 图4 6 带隙基准核心电路版图。4 l 5 5 图表索引 图4 7 基准输出电压的温度特性( 后仿真) 。4 2 图4 8 基准输出电压与电源电压的关系( 后仿真) 4 3 图4 9 电源电压的频率扫描图( 后仿真) 4 4 图5 1 带隙输出电压随电源电压变化的测试结果。4 5 图5 2 带隙输出电压随温度变化的测试结果。4 6 图5 3 折叠式运算放大器。4 7 图5 4 输出缓冲电路中的运放4 7 图5 5 带隙基准输出缓冲器的总体结构4 8 表2 1 三种类型基准电压源的比较。1 l 表3 1 三种模型下典型温度点处基准输出电压值。3 0 表3 2 三种模型下基准输出随电源电压的变化量3 l 表4 1 三种模型下典型温度点处基准输出电压值( 后仿真) 。4 2 表4 2 三种模型下基准输出随电源电压的变化量( 后仿真) “ 表5 1 带隙输出随电源电压的变化4 5 表5 2 带隙输出随温度的变化4 6 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：遗盈塑e l 期：2 盟壁：生f 5 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研窑生签名： 叠五盈导师签名： 圣型坠缉日 期：2 0 0 星q i s - 第一章绪论 第一章绪论 本章介绍了课题的研究背景、意义以及基准电压源在国内外的研究发展状况，阐述了本课题的主要工 作，最后介绍了论文的内容和整体架构。 1 1 研究背景和意义 基准电压源指的是在电路系统中被用作电压基准的具有较高精度和稳定性的参考电压源，理想的基准 电压源是一个与温度、电源电压以及负载等变化都无关的量。基准电压源在诸如数据转换器、电源管理、 振荡器、p l l 等模拟和数模混合电路中都有非常重要的作用，其性能直接影响了整个系统的性能。 由于c m o s 器件尺寸的按比例缩小不断提高了m o s f e t 器件的速度，在模拟集成电路的设计中c m o s 技术逐渐发展并被广泛使用。此外，系统集成技术( s o c ) 的发展也要求采用c m o s 工艺来设计模拟集成电 路单元。基准电压源可通过多种方式实现，而带隙基准源由于其在温度特性、电源抑制、功耗以及工艺实 现等方面综合考虑的优势被广泛使用于c m o s 电路。 高速高精度a d c 是当今数据转换系统的发展趋势，如何在高速a d c 中准确量化模拟信号是系统能否 实现高精度的关键。基准电压源在a d c 电路中占有举足轻重的地位，在a d c 系统中，速度和精度是两个 重要的性能指标。作为a d c 中的一个基本模块，由于其产生的参考电压联系着模拟信号与数字信号，因 此基准电压源的温度稳定性以及抗电源噪声的能力是影响转换精度的关键因素，直接影响到整个a d c 的 性能。a d c 系统的精度定义为系统能够分辨的最小模拟信号的变化，通常用满量程电压v f s 的百分比来表 示，对于nb i t 精度的a d c ，它能处理的模拟信号的最小变化为v f 以n ，定义为一个l s b 。由于温度的变 化、电源电压的波动和工艺的偏差都会改变基准电压源的特性，为了确保a d c 的精度，基准电压源的精 度必须优于a d c 本身的精度，否则由基准电压所产生的误差将能够被a d c 所量化，在数字量输出中产生 误差。因此为了达到n 位的分辨率，基准电压源所提供的基准电压的变化必须在0 5 l s b 范围之内。文献 【l 】和【2 】介绍了高精度a d c 中基准电压源的设计。 在p i p e l i n e a d c 系统中，基准电压源要为每级增益数模单元( m d a c ) 中的比较器提供稳定的参考电 压，同时还要为采样保持电路以及m d a c 中的跨导运算放大器提供偏置。因此，如何设计一个符合p i p e l i n e a d c 系统要求的基准电压源是p i p e l i n ea d c 设计的关键之一。同时，由于基准电压源属于精致的模拟集 成电路模块，要得到一个性能优良的基准电压源，在分析和优化电路结构的同时还需要关注对其电路版图 的设计。 1 2 国内外研究现状 近年来随着集成电路技术水平的不断发展，电路性能指标的不断提高，对于基准电压源的设计也提出 了新的挑战。目前，国内外对基准电压源的研究大致为以下几个方面：低温度系数的基准电压源、高电源 抑制比的基准电压源、低电源电压工作的基准电压源以及低功耗的基准电压源【3 ”j 。 1 低温度系数基准电压源 对于要求高精度的应用场合，例如在高精度的a d c 和d a c 结构中，低温度系数这一指标对于基准电 压源的设计尤为关键，通常设计低温度系数的基准电压源都需要用到高阶温度补偿技术，目前常用到的高 阶补偿技术包括曲率补偿技术、指数补偿技术、v b e 线性化技术、分段补偿技术等。高阶补偿的方法也多 种多样，有利用偏置在不同温度系数集电极电流下的b j t 管的基极一发射极电压之差实现的高阶补偿，有 利用电阻比值实现的高阶补偿，还有利用m o s 管栅源电压差实现的高阶补偿等等。a d i 公司的a d r o x 系列和a d r 4 3 x 系列基准电压源具有低温度系数的特性，温度系数可以达到3 p p m 。c 。 2 高电源抑制比基准电压源 东南大学硕士学位论文 随着c m o s 集成电路工艺的不断发展，晶体管尺寸不断缩小，芯片的集成度不断提高，通常将整个系 统包括数字电路和模拟电路集成在同一块芯片上，在数模混合电路中，由于数字电路部分的噪声会干扰模 拟信号，以及高频噪声的存在，要求基准电压源能够在较宽的频率范围内具有良好的电源抑制能力，目前 理论上得到的最好电源抑制比的带隙基准电压源的指标为1 4 9 d b 1 h z ，8 2 d b 1 0 k h z t 引。 3 低电源电压基准电压源 随着晶体管尺寸的缩小，电源电压也越来越低，对于数字电路来说，由于其工作在开关状态，只要合 理的缩小管子的尺寸就可以满足低电压的要求。然而对于模拟电路，由于m o s 管的阈值电压并没有随着 电源电压的降低成比例下降，将使得模拟集成电路的设计难度提高，这也对基准电压源的设计带来了挑战。 由于传统带隙基准电压源的带隙电压大约为1 2 v ，因此对于电源电压小于1 2 v 的电路，基准电压源的设 计需要采取新的方法。 4 低功耗基准电压源 低功耗基准电压源的设计对于低电源电压工作的系统而言具有重要的现实意义，文献【6 】给出的基准电 路功耗只有3 1 t w ，文献 7 】给出的基准电路功耗只有6 9 w 。此外，a d i 公司的某些基准电压源产品，如 a d r 3 9 x 系列也具备低功耗的特性。 1 3 课题的主要工作 本课题的主要工作是设计完成满足高速、高精度p i p e l i n e a d c 系统性能要求的高精度基准电压源，论 文通过对已有研究的考察，同时参考现有的同类c m o s 基准电压源芯片的性能，提出了此次基准的设计目 标，具体设计指标如下： 1 ) 采用c h r t0 3 5 1 m a3 3 vc m o si 艺 2 ) 温度变化范围：- 4 0 8 5 3 ) 电源电压变化范围：3 v - - 3 6 v 4 ) 输出电压变化范围： _ 2 v b ：2 ( e , - e r ) ( 2 2 3 ) g 对于理想的m o s 管，栅极的外加电压为零时，能带处于平直状态，当在栅极施加电压后，产生半导 体的表面势： v o = + k ( 2 2 4 ) 其中，v o x 表示栅氧化层上的压降。式( 2 2 4 ) 表明，外加在栅极的电压，有一部分落在了栅氧化层上， 从而在m o s 管中产生感应电荷；而另一部分栅压降落在半导体表面，使能带发生弯曲，产生表面势。由 以上分析，可以得到理想的m o s 管阈值电压表达式： 仃 y 南= p 矗+ 2 = 一半+ 2 ( 2 2 5 ) 乙o x 其中，q b 一是表面耗尽层中单位面积上电荷密度的最大值。 然而在实际的m o s 管结构中，还存在着金属一半导体功函数差w 。和表面态电荷密度q s s 。因此，即 使m o s 管的栅极没有外加电压，由于w 皿和q s s 的作用，表面能带也已经发生弯曲。为了使能带恢复到 平直状态，必须在栅极上施加一定的电压。这个使能带恢复到平直状态所需施加的栅极电压称为平带电压， 用v v a 表示： 一一鲁 因此，修正后的m o s 管阈值电压可用式( 2 2 7 ) 表示： y 掰：y 品+ v o x + 2 v n ：一q s s 7 + - q b 一, m 缸+ 2 v s 一孵 考虑阈值电压v t h 的温度特性，将式( 2 2 7 ) 中各项对温度t 求导， 变化，可以得到v t h 随温度变化的关系： 监：一旦f 堕1 + 2 巫一丝 o to tl o to t 其中： ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) 忽略表面态电荷密度q s s 随温度的 东南大学硕士学位论文 等= 嘉严产 = 嘉曙( z + 鲁+ e 一砟 一 鲁 c 2 伪， 旦f 堕、1 ：上 2 z o z , n a ( 2 v b _ v b s ) r 2 盟= 上堕巫( 2 3 0 ) o tl 2 一o t 2 一o t 将式( 2 2 9 ) 和式( 2 3 0 ) 代入式( 2 2 8 ) ，可得： 监：盟f 1 + 上坠坠1 ( 2 3 1 ) o to ti c 似2 一 由式( 2 3 1 ) 可以看出，阈值电压v n i 的温度系数与费米势v b 的温度系数同号。 对于n 型硅，费米势为： k ：丝砌丝 ( 2 3 2 ) 。 口n f 由式( 2 3 2 ) 可求得v b 随温度变化的关系： o v b ：鱼加丝+ 坚旦f 砌丝1 ( 2 3 3 ) o t gn jg o t l刀i 将式( 2 7 ) 代入式( 2 3 3 ) ，化简后可得： 鲁= 弘鲁) 书6 训 眨3 4 ， 由于v b 始终小于0 6 v ，对于n m o s 管，式( 2 3 2 ) 的值小于零，因此阈值电压的温度系数为负，即阈 值电压随温度的升高而降低。同理可知，对于p m o s 管，阈值电压的温度系数为正，阈值电压随温度的升 高而升高。 2 载流子迁移率的温度特性 对于m o s 管而言，随着温度的升高，沟道中载流子的有效迁移率将减小，这是由于温度升高引起硅 中各种散射机理均加剧之故。 在2 0 0 k 到4 0 0 k 的温度范围内，迁移率p 与温度的关系为： p ) = 乃( r z ) 肘 ( 2 3 5 ) 其中，t f 是参考温度，m 是表面电场是低场时迁移率p 与温度ti 勺x 2 x , j 数坐标关系曲线的斜率，对于 m o s 管m 取1 5 。则由式( 2 3 5 ) 可以得到迁移率的温度系数为： 上塑：一一1 5 ( 2 3 6 ) 一：= 一一 二 d t t 由式( 2 3 6 ) 可见，迁移率同样具有负的温度系数。 2 3 基准电压源概述 目前在集成电路设计中所用到的基准电压源主要包括隐埋齐纳二极管基准电压源、带隙基准电压源和 结型场效应管基准电压源三种【1 1 1 。其中的每一种电路都是利用硅半导体材料的固有特性，通过补偿网络或 附加电路来实现基准输出电压的。 8 第二章基准电压源的理论基础 2 3 1 隐埋齐纳二极管基准电压源 最初用于实现基准电压源电路的结构是齐纳二极管基准电压源，通过在一只反向齐纳二极管上串联一 只正向二极管实现。齐纳二极管工作在反偏击穿区域，因为击穿电压相对比较稳定，可以通过一定的反向 电流驱动产生稳定的输出基准电压。齐纳二极管基准电压源最大的优点是可以得到很宽的输出电压范围。 但其精度并不是很高，工作在雪崩状态的齐纳二极管具有正温度系数( 约+ 2 m v ) ，而正向硅二极管具有 负温度系数( 约2 m w c ) ，但由于这两个温度系数的绝对值并不相等，且随着电流的变化而变化，所以很 难实现零温度系数。由于工作在雪崩击穿状态下的齐纳二极管击穿电压在6 v 左右，这种结构不适合电源 电压越来越小的集成电路设计。同时这种结构具有很大的雪崩噪声，长期稳定性差，容易受到外界环境的 影响。 隐埋齐纳二极管基准电压源与传统齐纳二极管基准电压源不同，隐埋齐纳二极管的击穿发生在表层以 下，这就避免了表层的影响，使其在温漂、时漂以及噪声方面的性能得到了显著的改善。图2 1 所示是隐 埋齐纳二极管基准电压源的电路拓补结构。 厅 图2 1 隐埋齐纳二极管基准电压源的电路拓补结构 如图2 1 所示，电流源i 为齐纳二极管提供了6 v 左右的电压， 运放的正相输入端，最终在闭环运放的输出端得到基准输出电压： 盯= 彘( ，+ 黔圪 2 3 2 带隙基准电压源 电阻网络r 1 和r 2 将齐纳电压分压到 ( 2 3 7 ) 带隙基准电压源是目前应用最为广泛的一种基准电压源结构，它是利用b j t 管基极一发射极电压v b e 的负温度系数和两个b j t 管基极一发射极电压差a v b e 的正温度系数，将两者线性叠加得到的。图2 2 所示 是带隙基准电压源的电路拓补结构，电流源1 1 和1 2 为两个发射极面积不同的b j t 管提供偏置电流，v b e i 是发射极面积大的b j t 管的基极一发射极电压，v 髓2 是发射极面积小的b j t 管的基极一发射极电压，九是比 例因子。基准输出为： v o t r r = 1 + 旯【l 一2 ) ( 2 3 8 ) 由于这一输出电压十分接近于硅的带隙电压，因此该电压被称为带隙电压，这种结构的基准电压源叫 做带隙基准电压源。 9 东南大学硕士学位论文 v d d v d d ： 图2 2 带隙基准电压源的电路拓补结构 v o l r r 由2 2 1 节的分析可知，式( 2 5 ) 表示的带隙基准源的输出电压并不是与温度完全无关。设计中为了进 一步提高带隙基准的温度特性，需要对式( 2 5 ) 做进一步的修正，具体实现方式有多种，将在后续章节中具 体分析。图2 3 表示了实现温度高阶补偿的步骤：第一步，将与绝对温度成正比( p t a t ：p r o p o r t i o n a l t oa b s o l u t e t e m p e r a t u r e ) 的电压k v t 叠加到v b e 上，消除v b e 中的温度线性变化量，此时基准输出电压表现出非线性 的温度特征，由于v b e 是一个与绝对温度互补( c 汀：c o m p l e m e n t a r yt oa b s o l u t et e m p e r a t u r e ) 的电压，又称 为c t a t 电压；第二步，将与温度成非线性关系的电压( 这里用f v t 2 表示) 叠加到第一步产生的基准电压上， 消除v b e 中的温度非线性变化量，最后得到的基准输出电压v r e f 具有更好的温度性能。 t ott ot 压vbe匝vbe+k“vtt鹾 t ott ot t o t 图2 3 带隙基准高阶温度补偿示意图 2 3 3 结型场效应管基准电压源 结型场效应管基准电压源是利用结型场效应管的夹断电压差的特性设计出的一种新型的基准电压源 结构。由于结型场效应管( j f e t ) 在沟道中导电的是多子，b j t 管中在基区导电的是少子，而多子所遇到的 1 0 第二罩基准电压源的理论基础 晶格碰撞等产生噪声的机会要少于少子，因此这种结构制成的基准电压源的噪声相对带隙基准电压源要 小。在结型场效应管基准电压源的设计中，所用的两个j f e t 管中有一个在制造时增加了一步离子注入工 艺，因此称为外加离子注入结型场效应管( e x t r ai m p l a n a t i o n j u n c t i o nf i e l de f f e c tt r a n s i s t o r x f e t ) 。图2 4 所示是结型场效应管基准电压源的电路拓补结构。其中场效应管j 1 是外加了离子注入的j f e t ，j 1 和j 2 通过匹配的电流源1 1 和1 2 驱动，这样在两个场效应管栅极之间就产生了夹断电压差、，p 。同时在闭环运放 的作用下，j 1 和j 2 的源极电压保持相等。通过运放的反馈网络r 1 、r 2 和r 3 ，可以在运放的输出端得到 一个稳定的电压。由于v p 是一个具有负温度系数特性的量，因此需要在运放的输出端再叠加上一个与温 度成正比的电压才能得到最终的基准输出v o v t ： ：f 1 + 竺学1 + k 也 ( 2 3 9 ) l 其中，h 是一个与温度成正比的电流。 v d d = 图2 4 结型场效应管基准电压源的电路拓补结构 结型场效应管基准电压源有三个显著的特点：第一，在相同的工作电流下，它的峰一峰值噪声电压通 长比