rb帶隙基準(zhǔn)源電路與版圖設(shè)計(jì)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。rb帶隙基準(zhǔn)源電路與版圖設(shè)計(jì)信息中心論文題目：帶隙基準(zhǔn)源電路與版圖設(shè)計(jì)摘 要 基準(zhǔn)電壓源具有相對較高的精度和穩(wěn)定度，它的溫度穩(wěn)定性以及抗噪性能影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度和性能。模擬電路使用基準(zhǔn)源，或者是為了得到與電源無關(guān)的偏置，或者為了得到與溫度無關(guān)的偏置，其性能好壞直接影響電路的性能穩(wěn)定，可見基準(zhǔn)源是子電路不可或缺的一部分，因此性能優(yōu)良的基準(zhǔn)源是一切電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)最基本和最關(guān)鍵的要求之一，而集成電路版圖是為了實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)的輸出。本文的主要目的是用BiCMOS工藝設(shè)計(jì)出基準(zhǔn)源電路的版圖并對其進(jìn)行驗(yàn)證。本文首

2、先介紹了基準(zhǔn)電壓源的背景發(fā)展趨勢及研究意義，然后簡單介紹了基準(zhǔn)電壓源電路的結(jié)構(gòu)及工作原理。接著主要介紹了版圖的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證工具及對設(shè)計(jì)的版圖進(jìn)行驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)采用40V的0.5u BiCMOS工藝庫設(shè)計(jì)并繪制版圖。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓源溫度變化為-4085，輸出電壓為2.5V及1.25V。最后對用Diva驗(yàn)證工具對版圖進(jìn)行了DRC和LVS驗(yàn)證，并通過驗(yàn)證，表明本次設(shè)計(jì)的版圖符合要求。關(guān)鍵字 ：BiCMOS，基準(zhǔn)電壓源，溫度系數(shù)，版圖 Subject: Research and Layout Design Of Bandgap ReferenceSpecialty: Microelectro

3、nicsName: Zhong Ting (Signature)Instructor: Liu Shulin (Signature)ABSTRACTThe reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in ord

4、er to get the bias has nothing to do with power, or in order to be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of a

5、ll electronic systems the most basic and critical requirements of one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified.This paper first introduces the background of

6、 the trends and significance of the reference voltage source, and then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory.This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process da

7、tabase design and draw the layout.The simulation results show that the design of voltage reference temperature of -40 ° C 85 ° C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territo

8、ry of the design meet the requirements.Keywords: BiCMOS，band gap , temperature coefficient, layout目 錄1 緒論01.1 背景介紹及發(fā)展趨勢012 研究意義21.3 本文主要工作32 基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)42.1 基準(zhǔn)電壓源的分類及特點(diǎn)42.2 基準(zhǔn)電壓源的溫度特性62.2.1 負(fù)溫度系數(shù)項(xiàng)62.2.2 正溫度系數(shù)電壓62.3 基本原理72.3.1 與溫度無關(guān)的電路72.3.2.與電源無關(guān)的偏置電路82.4 基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)82.4.1 基本原理82.4.2 運(yùn)放的設(shè)計(jì)92.4.3 帶隙核心電路設(shè)

9、計(jì)132.5 仿真分析143 版圖設(shè)計(jì)1831 版圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)183.1.1 集成電路版圖設(shè)計(jì)與掩膜版、制造工藝的關(guān)系183.1.2 版圖設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)規(guī)則193.1.3 版圖通用設(shè)計(jì)步驟223.2工藝介紹233.2.1 常見工藝簡介233.2.2BiCMOS工藝253.3 帶隙基準(zhǔn)電路的版圖設(shè)計(jì)273.3.1版圖的分層及連接273.3.2 版圖設(shè)計(jì)環(huán)境介紹273.3.3 器件及總體版圖294 版 圖 驗(yàn) 證374.1 版圖驗(yàn)證概述374.2 驗(yàn)證工具介紹384.2.1 Cadence概述384.2.2 Diva使用介紹394.3 版圖的DRC驗(yàn)證434.4 版圖的LVS驗(yàn)證435總結(jié)45致 謝4

10、6參考文獻(xiàn)46Vshall assign a person in custody; Acceptance can be carried out operations, acceptance or unqualified acceptance not made the next processes work; 10, the construction site . Construction construction construction organization name project name 4-2-7 content security technology to give the l

11、ow-down the content to the hopper cars, against a measure, not too much force and withdrawal, on the feet may not be in the hopper, rises below shall not stand. When cleaning the hopper of concrete stone, two bucket chain must be fastened; When running in a blender, tools may not be inserted into th

12、e drum; Derrick transport, car steering wheel shall not be extended outside the cage, wheel wedge before and after; Water frame beams and concrete, to observe the formwork, formwork systems, unusual in reporting in a timely manner, no operations directly on the template or support; Irrigation struct

13、ures when the edge of the concrete columns, beams, external platforms necessary security measures; Water in deep Foundation pit base during construction before, you should check whether the pit slope soil collapse collapse danger, if found, should be reported immediately and to take measures; Should

14、 wear protective equipment when using vibration, with leakage protection switch move switch box; Acceptance before for work, not to unqualified acceptance or acceptance not made the next processes work; Pumping concrete should be independent and reliable support; 10, site specific security cards; 11

15、, the other. Disclosure signatures to accept cards deliver the signature time Japan form in duplicate, teams from the deposit of an instrument, and filed a report. Assembly and disassembly of tower crane safety technology gives the low-down (reference tables) construction construction construction o

16、rganization name project name 4-2-8 content security technology to give the low-down the content strictly according to the tower crane, remove programme implementation operations, operating personnel must have professional training and with valid ID to work; Special command, coordination, and ensure

17、 safety in production; Working at height strictly comply with the safety specifications; The erection and removal of prohibited people who stay within the operating area; Carefully check the lifting wire and clasps, strictly according to the updated standards update; Carefully check all bolts, lock

18、shaft damage, fatigue, cracking to update in a timely manner; Solid hydraulic jacking system of ministries in charge of the joint; Removal affect the safe operation of wires, check the insulation of cables and wires are good, motor connection is correct, the switch movement is sensitive and reliable

19、; Must have a good grounding facilities, grounding resistance value shall not be more than 4 ohm; 10, to ensure that effective safety devices, such as lifting the limiters, torque limiters, height restrictions, stroke and hooks insurance, reel safety devices; 11, acceptance may belu, kdy se setk

20、5;vají osoby v nouzi by mla dodrovat zásady záchranu "il ped smrtí, zrann ped mení zranní, snadné obtíné". 7, sluba pro nouzovou správu nouzové záchranné orgány shromaovány archiv informací. 36 a nouzové z

21、áchranné plány pezkoumat systém zmny, cílem specifikace bezpenostní havárie havarijní plány managementu, perfektní havarijní plány systém, rozíené nouzové plány vdecké a cílené, a úinnost pohlav&

22、#237;, podle lidová republika íny praskla události mly metody a lidová republika íny bezpenostní metody a výroby bezpenostní havárie havarijní plány ízení pístupu (národní Ann vzení generál iní 17,), pr

23、25;vních pedpis a naízeních, vyvinutý tento systém. Druhé, rozsah tato zásada platí pro nouzové pípravy, revize a revizní práce. Zatetí, vypracování pohotovostních plán na 1, píprav pohotovostních plá

24、n by mly splovat tyto základní poadavky: 1.1 v souladu s ustanoveními písluných zákon, pedpis, pravidel a norem; 1.2 v kombinaci s skutené situace organizace bezpenost produkce; 1.3 obsahují analýzu rizik podniku; 1.4 odpovdnost havarijní personá

25、;l a organizace jasné a konkrétní opatení 1.5 má jasnou a konkrétní havarijní prevenci a nouzové postupy a odpovídající jeho schopnosti nouzové reakce; 1.6 jasné nouzových ochranných opatení a me splnit mimoádn

26、é poadavky projektu; 1.7 plán pro základní prvky je úplný, kompletní plán pílohy poskytnuté informace jsou pesné 1.8 plány a související nouzové vzájemný vztah. 2, projekt v souladu s píslunými zákony

27、 a pedpisy a výrobu a provoz výroby bezpenostní nehody havarijní píprav smrnice (dále jen pravidla), v kombinaci s nebezpeími, analýzy rizik a moností charakteristik nehod a vypracovat písluné pohotovostní plány. 3, projektového o

28、ddlení nouzový systém pro komplexní havarijní plány, speciální havarijní plány a vlastní eení. 3.1 vechny druhy rizika pro firmu, komplexní havarijní plán formulované manaery spolenosti. Komplexní popis aktivaní

29、;ho signálu patí organizace spolenosti a její odpovdnost za havarijní, pipravenost na systém a postupy pro reakci, prevenci nehod a nouzovou podporu, havarijní plány a cviení jako hlavní obsah. 3.2 u uritých druh rizik, poádané editelem Zhi

30、 rozvíjet konkrétní pohotovostních plán. Speciální pohotovostní plány, vetn analýzy rizik, moné nehody charakteristiky a nouzových organizace a odpovdnost, nouzové postupy a preventivní opatení, v pípad nouze a tak d

31、5;le. 3.3 pro nebezpenjí klíové posty klíové pozice a klíových oblastí (vetn hlavních rizik), poádanéstreamlining. Four are standard visits, except as required to participate in training, no other activity. Five is to improve news reporting, for

32、 propaganda work strictly according to the regulations. Six is strictly your presentation published strictly according to the regulations. Seven is strictly thrift, required the use of vehicles and office space and corporate hospitality. 3, change the style. Propaganda and ideological work of the ne

33、w situation and new requirements of the new tasks, had done a lot of fruitful work, has made many achievements, but further closer to the grass roots, close to reality, close to the masses and also inadequate innovation must continue to improve. Second, the "four winds" some outstanding is

34、sues 1, oppose formalism. One theory is that he didn't, with less close contact. Theoretical study of consciousness is not high enough, system performance is not strong enough; more passive learning, active learning few generalities and learn more, delving into less. Especially based on rational

35、 thinking on major issues, applying theory to guide the work done is not good enough, not really understand and grasp the spirit and essence of the scientific Outlook on development, did not truly achieve mastery, to apply, to a certain extent, affect the development and implementation of ideas and

36、initiatives. Second, work arrangements, and less supervision. Propaganda and ideological work is the objective, which needs to keep the continuity efforts deployed, but stressed in the work time, less supervision. For example, color weekends in the summer theatrical activities, city square performan

37、ces, urging townships, communities and rural areas shows the implementation is inadequate, insufficient cultural an educational role to play. Third base enough, master grass-less real. Propaganda and ideological work in the new situation of characteristics and regularity of enough, deep enough for g

38、rass-roots public opinion Dynamics survey, for grass-roots typically drive less. For example, rural culture team active, . I'm not actively take the initiative to take up, the lack of spirit of daring to, resulting in some job had a lot of power, but no tangible results. Third, innovation, lack

39、of motivation. Emancipation did not end, innovation does not exist. In practical work, not your head, previous work experience, lack of innovation initiatives, study on the characteristics of propaganda and ideological work under the new situation through, grip on grassroots ideological trends and c

40、hanges are not deep, to promote new initiatives and explore new methods of ideological and cultural work is not much, and some lack of relevance and timeliness. 4, discipline, lowering, and hard work are lacking. While working and enterprising spirit down. No real solution to treat yourself right, c

41、orrectly treat past honors, their complacency, and work to see their scores more, less checking his own shortcomings, like to listen to the praise, satisfied face, online promotion, there are typical, and lack of high standards and strict requirements, the effect is real. Second hard drive less. On

42、hard andV1 緒論1.1 背景介紹及發(fā)展趨勢基準(zhǔn)源是模擬與數(shù)字系統(tǒng)中的核心模塊之一，它被廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)（DRAM）、閃存（flash memory）以及其他模擬器件中。其實(shí)現(xiàn)方式有電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)。基準(zhǔn)電壓源是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器、溫度傳感器、充電電池保護(hù)芯片和通信電路等電路中不可缺少的部分，基準(zhǔn)電流源主要作為高性能運(yùn)算放大器等器件或電路的偏置，也可用于LVDS驅(qū)動(dòng)器和Viterbi解碼器。基準(zhǔn)源需要有穩(wěn)定的工藝、電壓和溫度系數(shù)，并且不需要隨著制造工藝的改變而改變。帶隙基準(zhǔn)參考源通常是模擬和混合信號(hào)處理系統(tǒng)中重要的組成模塊，它用來提供

43、高穩(wěn)定的參考電平和參考電壓，對系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路利用雙極型晶體管的基極發(fā)射極電壓Vm的負(fù)溫度系數(shù)和不同電流密度下兩個(gè)雙極型晶體管基極發(fā)射極電壓的差值的正溫度系數(shù)相互補(bǔ)償，使輸出電壓達(dá)到很低的溫度漂移。但實(shí)際設(shè)計(jì)電路中由于運(yùn)放的失調(diào)電壓對Vm的影響，Vm與溫度的非線性關(guān)系，使傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路在溫度系數(shù)、功耗、PSRR等方面無法達(dá)到現(xiàn)今集成電路設(shè)計(jì)的要求。隨著現(xiàn)代如今，帶隙基準(zhǔn)源在AD/DA、電源芯片、鎖相環(huán)、高精度的電壓表、電流表、歐姆表等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，集成電路已進(jìn)入超深亞微米時(shí)代，它的發(fā)展繼續(xù)以高速、高集成度、低功耗為目標(biāo)。在

44、發(fā)展的同時(shí)，集成電路逐漸與其它學(xué)科和技術(shù)相結(jié)合,形成新的方向,新的學(xué)科或?qū)I(yè),不斷改變著傳統(tǒng)專業(yè)分工的格局，使得SOC系統(tǒng)(System on Chip) 越來越復(fù)雜。這對模擬電路基本模塊的電壓、功耗、精度和速度等, 提出了更高的要求。傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源電路結(jié)構(gòu)漸漸難以適應(yīng)設(shè)計(jì)需求。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者都對傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源進(jìn)行了改進(jìn)，主要集中降低溫度系數(shù)，提高了PSRR以及使其能工作在低電源電壓下，展現(xiàn)出低功耗、低噪聲、低溫漂、高精度等特性。國內(nèi)外對CMOS工藝帶隙基準(zhǔn)電壓源做了大量的研究，最新的技術(shù)進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)低溫度系數(shù)低溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)源對于高分辨率的DAC和ADC尤其重

45、要。對于一階補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源，溫度系數(shù)通?？梢宰龅?060ppm。C。為了進(jìn)一步降低帶隙基準(zhǔn)的溫度系數(shù)必須做高階補(bǔ)償。目前出現(xiàn)的高階補(bǔ)償技術(shù)包括利用MOS管亞閾區(qū)vI特性的補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電路、利用電阻的溫度特性的曲率校正方法、指數(shù)曲率補(bǔ)償方法、溫度分段補(bǔ)償方法等。(2)低電壓工作的電壓基準(zhǔn)源隨著深亞微米集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路的電源電壓越來越低。帶隙基準(zhǔn)電壓在12V左右，所以一般的帶隙基準(zhǔn)源的工作電壓至少在12V以上。采用特殊電路結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn)源可以工作在1V左右。采用這些電路結(jié)構(gòu)后主要的工作電壓限制通常來自于運(yùn)放的工作電壓，并最終受限于MOS管的閾值電壓。(3)高電源紋波抑制比隨著射

46、頻集成電路和數(shù)字電路的發(fā)展以及帶基準(zhǔn)源在高頻電路應(yīng)用中的推廣，電源抑制比成為了基準(zhǔn)源在高頻及數(shù)模混合電路中的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)模混合集成電路中，數(shù)字電路的噪聲可能對模擬電路產(chǎn)生不利的影響。因此，在混合電路中電壓基準(zhǔn)源應(yīng)該在較寬的范圍內(nèi)具有良好的電源電壓抑制比性能。(4)低功耗低功耗是衡量電路性能好壞的指標(biāo)之一。作為集成電路的一個(gè)基本單元電路，低功耗也一直是基準(zhǔn)電壓研究發(fā)展的一個(gè)方向。集成電路制造工藝主要有雙極工藝、CMOS工藝和BiCMOS工藝。用雙極型工藝可以制造出速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、模擬精度高的器件，但雙極型器件在功耗和集成度方面卻無法滿足系統(tǒng)集成的要求：而CMOS工藝可以制造出功耗高

47、、集成度高和抗干擾能力強(qiáng)的CMOS器件，但其速度低、驅(qū)動(dòng)能力差，在既要求高集成度又要求高速的領(lǐng)域中也無能為力。BiCMOS工藝是把雙極型器件和CMOS器件同時(shí)制作在同一芯片上，它綜合了雙極器件高跨導(dǎo)、強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和CMOS器件高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，使其互相取長補(bǔ)短，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，它給高速、高集成度、高性能的LSI及VLSI的發(fā)展開辟了一條新的道路。20世紀(jì)80年代初，基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)使用BiCMOS工藝，融合了CMOS工藝和雙極型工藝的優(yōu)點(diǎn)，使基準(zhǔn)源技術(shù)獲得了飛速發(fā)展并在DCDC集成穩(wěn)壓器、RF電路、A/D轉(zhuǎn)換器等方面得到廣泛應(yīng)用。12 研究意義基準(zhǔn)電壓源是指模擬電路或混合信號(hào)電路中用作電

48、壓基準(zhǔn)的具有相對較高精度和穩(wěn)定度的參考電壓源。它的溫度穩(wěn)定性以及抗噪性能影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度和性能。模擬電路使用基準(zhǔn)源，或者是為了得到與電源無關(guān)的偏置，或者為了得到與溫度無關(guān)的偏置，其性能好壞直接影響電路的性能穩(wěn)定，可見基準(zhǔn)源是子電路不可或缺的一部分，因此性能優(yōu)良的基準(zhǔn)源是一切電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)最基本和最關(guān)鍵的要求之一。帶隙基準(zhǔn)源由于能工作于低電源電壓下， 溫度漂移、噪聲和PSRR 等性能能夠滿足大部分系統(tǒng)的要求，所以帶隙基準(zhǔn)源在集成電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛的研究與應(yīng)用。隨著現(xiàn)今IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要求帶隙基準(zhǔn)源電路工作電壓更低，盡可能處于低功耗，保持高精度，低溫度系數(shù)以及高PSRR抑制比，因此改進(jìn)帶隙基準(zhǔn)

49、源電、路成為現(xiàn)今一個(gè)很重要的課題。 集成電路版圖是根據(jù)邏輯電路與電路功能和性能要求以及工藝水平要求來設(shè)計(jì)光刻用的掩膜版圖，實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)的最終輸出。集成電路制造工藝主要有雙極工藝、CMOS工藝和BiCMOS工藝。用雙極型工藝可以制造出速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、模擬精度高的器件，但雙極型器件在功耗和集成度方面卻無法滿足系統(tǒng)集成的要求：而CMOS工藝可以制造出功耗高、集成度高和抗干擾能力強(qiáng)的CMOS器件，但其速度低、驅(qū)動(dòng)能力差，在既要求高集成度又要求高速的領(lǐng)域中也無能為力。 BiCMOS（Bipolar CMOS）工藝是將CMOS和雙極器件同時(shí)集成在同一塊芯片上的技術(shù)，其基本思想是以CMOS器件為主要

50、單元電路，而在要求驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載之處加入雙極器件或電路。因此BiCMOS電路既具有CMOS電路高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，又獲得了雙極電路高速、強(qiáng)電流驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)勢。因此，選擇BiCMOS基準(zhǔn)電壓源作為研究對象具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用意義。本設(shè)計(jì)主要是用BiCMOS工藝完成基準(zhǔn)電壓源的版圖設(shè)計(jì)，得到在溫度在-4085之間不隨溫度變化的1.25V和2.5V的穩(wěn)定電壓。1.3 本文主要工作本文主要分為五章。在第一章主要介紹基準(zhǔn)電壓源的背景發(fā)展趨勢及版圖的研究意義。后邊內(nèi)容主要介紹基準(zhǔn)電壓源電路及版圖設(shè)計(jì)，在第二章介紹基準(zhǔn)電壓電路的分類，構(gòu)架及基本工作原理，介紹本次設(shè)計(jì)并對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真分析

51、。第三章主要介紹版圖的一些基本概念和本次設(shè)計(jì)的版圖。第四章主要介紹了本次驗(yàn)證使用的工具Diva，并對設(shè)計(jì)好的版圖進(jìn)行驗(yàn)證。第五章對本次設(shè)計(jì)工作進(jìn)行總結(jié)。2 基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)電壓源是模擬集成電路的重要組成部分，主要作用是為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)化器提供基準(zhǔn)電壓，也可用作傳感器的穩(wěn)壓供電電源或激勵(lì)源。另外還可以作為標(biāo)準(zhǔn)電池、儀器表頭的刻度標(biāo)準(zhǔn)和精密電流源。理想電壓源具有好的初始精度，并在負(fù)載電流、溫度和時(shí)間變化時(shí)電壓保持穩(wěn)定不變。2.1 基準(zhǔn)電壓源的分類及特點(diǎn)根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基準(zhǔn)電壓源主要有齊納基準(zhǔn)、隱埋齊納基準(zhǔn)，XFET基準(zhǔn)和帶s聯(lián)式電路或者三端串聯(lián)式電路。1、齊納基準(zhǔn)根據(jù)電壓求和

52、模式，基準(zhǔn)參考電壓源最初利用齊納二極管(Zener Diode)設(shè)計(jì)，它是通過調(diào)節(jié)自身電流，并配合限流電阻來抵消電源電壓的變化。齊納二極管基準(zhǔn)源的電源電壓高于7V，工作電流一般為幾毫安，齊納基準(zhǔn)在這里指的是表層齊納基準(zhǔn)。它成本低，封裝小，工作電壓范圍寬。但是功耗大，初始精度低，溫度系數(shù)差，輸入電壓調(diào)整率不好，因?yàn)辇R納(雪崩)二極管的擊穿電壓發(fā)生在硅表面層(圖2.2(a)，由于硅芯片表層與其內(nèi)部相比有更多的雜質(zhì)、品格缺陷和機(jī)械應(yīng)力，容易受到表面氧化層中遷移電荷及外界環(huán)境的影響，噪聲較大、長期穩(wěn)定性差。使用時(shí)需根據(jù)供電電壓和負(fù)載電流串接一個(gè)電阻為其提供恒定電流，以便保持輸出電壓穩(wěn)定。齊納基準(zhǔn)通常用

53、于要求不高的場合，或用作電壓鉗位器。2、隱埋齊納基準(zhǔn)為了克服表層齊納二極管的缺點(diǎn)，改進(jìn)制造工藝的隱埋齊納二極管結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，掩埋型齊納二極管是一種比常規(guī)齊納二極管更穩(wěn)定的特殊齊納二極管，這是因?yàn)樗捎昧藢舸﹨^(qū)植入硅表面以下的結(jié)構(gòu)，使其擊穿發(fā)生在表面表層的下面，從而可以避免表層的影響，使其在溫度漂移、時(shí)間漂移和噪聲特性等方而得到明顯的改善。它具有很高的初始精度，好的溫度系數(shù)和長期漂移穩(wěn)定性，噪聲電壓低，總體性能優(yōu)于其它類型的基準(zhǔn)，故常用于12位或更高分辨率的系統(tǒng)中。掩埋齊納基準(zhǔn)通常要求至少5V以上的供電電壓，并要消耗幾百微安的電流，功耗比較大，并且價(jià)格比較昂貴。除了有輸入電壓范圍寬的特點(diǎn)

54、，精度比常規(guī)齊納二極管的基準(zhǔn)源提高很多，但是由于表層下面的擴(kuò)散工藝比表層上而難控制，所以在制造過程中使基準(zhǔn)電壓源的絕對值和溫度系數(shù)等參數(shù)的分散性比較大，常常超過允許誤差。一般選用高精度運(yùn)算放大器和隱埋齊納二極管構(gòu)成基準(zhǔn)電路。3. XFET基準(zhǔn) XFET (eXtra implantation junction Field Effect Transistor)基準(zhǔn)是一種新型的電壓基準(zhǔn)，其核心是利用JFET (Junction Field Effect Transistor)設(shè)計(jì)的，利用一對具有不同夾斷電壓JFET，將其差分輸出電壓放大以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的負(fù)溫度系數(shù)的電壓(約為-120 ppm/)，然

55、后用一個(gè)具有正溫度系數(shù)的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。XFET基準(zhǔn)靜態(tài)電流很低，可用于3V電壓系統(tǒng)，并且仍能保持良好的性能。它有三項(xiàng)顯著的特點(diǎn):其一是在相同的工作電流條件下，它的峰一峰值噪聲電壓通常比帶隙基準(zhǔn)低數(shù)倍;其二是XFET基準(zhǔn)靜態(tài)電流很低，但可以為負(fù)載提供的輸出電流不是很低，并且輸出端不需要加去藕電容;其三是XFET基準(zhǔn)具有極好的長期漂移穩(wěn)定性。XFET基準(zhǔn)的性能水平界于帶隙和齊納基準(zhǔn)之間，其缺點(diǎn)是需要特殊工藝來實(shí)現(xiàn)，成本較高。4、帶隙基準(zhǔn)帶隙基準(zhǔn)電壓源分為雙極型帶隙基準(zhǔn)源和CMOS帶隙基準(zhǔn)源，工藝條件寬。帶隙基準(zhǔn)輸出電壓受溫度和電源電壓影響小，并且其精度高?；鶞?zhǔn)的初始精度、溫度系

56、數(shù)、長期漂移、噪聲電壓等性能指標(biāo)從低到高覆蓋面較寬，適用于多種不同精度要求的系統(tǒng)中，該類基準(zhǔn)應(yīng)用范圍很寬。2.2 基準(zhǔn)電壓源的溫度特性2.2.1 負(fù)溫度系數(shù)項(xiàng)由于Pn結(jié)二極管的正向電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，因此雙極晶體管的基極-發(fā)射極電壓具有負(fù)溫度系數(shù)。對一個(gè)雙極型器件有，其中，飽和電流正比于，其中為少數(shù)載流子的遷移率，為硅的本征載流子濃度。這些參數(shù)與溫度的關(guān)系可以表示為，其中m-3/2，并且,其中1.12 eV，為硅的帶隙能量。所以 (2-1) (2-2) (2-3) (2-4) (2-5) 2.2.2 正溫度系數(shù)電壓 在1964年人們認(rèn)識(shí)到，如果兩個(gè)雙極晶體管工作在不相等的電流密度下，那么它們的基極-發(fā)射極電壓的差值就與絕對溫度成正比。例如，如圖2.1所示，如果兩個(gè)同樣的晶體管()偏置的集電極電流分別為和并忽略它們的基極電流，那么圖2.1 PTAT電壓產(chǎn)生電路1 (2-6) (2-7) （2-8） 具有正溫度系數(shù) 2.3 基本原理2.3.1 與溫度無關(guān)的電路利用上而得到的正、負(fù)溫度系數(shù)的電壓，我們現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)出一個(gè)令人滿意的零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)。我們有 ，這里是兩個(gè)工作在不同電流密度下的雙極晶體管的基極發(fā)射極電壓的差值。因?yàn)樵谑覝叵拢?(2-9)所以我們可以令=1，選擇使得（）（0.087mV/K）=1.5mV/K，也就是17.