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基于高速CMOS D/A转换器应用的CMOS基准源及运放设计

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第一章 绪论

1.1基准源电路的研究意义和价值

1.2论文主要研究工作

第二章 基准源设计的理论基础

2.1基准源的主要设计指标

2.2带隙基准源的基本原理及其结构

2.2.1负温度系数电压的产生

2.2.2正温度系数电压的产生

2.2.3带隙基准源的基本原理

2.3带隙基准源的温度补偿方法

2.3.1二阶曲率补偿

2.3.2VBE线性化补偿

2.3.3利用电阻比值随温度变化的曲率校正方法

2.3.4指数曲率补偿方法

2.4影响带隙基准源性能的主要因素

2.4.1工艺偏差和晶体管失配引进的误差

2.4.2运放失调电压和有限电源抑制比的影响

2.4.3封装应力影响

2.5非带隙基准电路的基本原理及其结构

2.5.1 MOS管的温度特性

2.5.2非带隙基准电路的基本原理及其结构

第三章 高精度基准源电路设计及其仿真

3.1基准电压源电路设计

3.1.1传统带隙基准电压源的设计

3.1.2低温度系数低电压带隙基准电压源的设计

3.1.3高电源抑制比带隙基准电压源的设计

3.1.4非带隙基准电压源的设计

3.2带隙基准电压源中差分放大器的选择

3.3启动电路设计及稳定性分析

第四章 可用于高速DAC的电流基准源电路设计及仿真

4.1 DAC简介

4.2基准电流源的设计

4.2.1电阻补偿型基准电流源的设计

4.2.2电流求和型基准电流源的设计

4.2.3 V-I转换电路中运算放大器的设计

4.2.4电流基准源电路总体设计及仿真

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

科研项目

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摘要

在数模混合及模拟集成电路中,基准源作为数据转换器中的重要模拟单元电路始终是未来的研究热点,本文给出了三种应用于1.8V电流舵D/A转换器的基准电流源的设计。本文设计的基准电流源包括两个部分,基准电压源产生一个稳定的基准电压,电压.电流转换电路将基准电压转换成基准电流。 本文首先研究分析了基准源系统的工作原理以及如何提高温度稳定性的问题。在电路设计中,分析和设计了传统用于DAC的带隙基准电压源电路,对比分析了传统带隙基准电压源的应用局限性,提出了低压带隙基准电压电路和非带隙基准电压电路,由于一阶补偿电路的温度特性不理想、非带隙基准电压电路的电源抑制比非常低,在基准电路中增加了提高电源抑制比电路和温度补偿电路,使基准电压源得到了良好的温度特性和电源抑制比特性。其中低压带隙基准电压电路的温度系数为1.77ppm/℃,电源抑制比可达到-137.35dB,而非带隙基准电压电路的温度系数为15.5ppm/℃,电源抑制比可达到-76.34dB。基于上述设计的基准电压源,本文设计了三种可用于D/A转换器的具有良好稳定性和高精度的CMOS基准电流,分别采用相反温度系数电阻加权和相反温度系数电流求和的补偿办法来降低温度系数。基于SMIC0.18μmCMOS工艺,对上述三种电流基准进行了仿真和温度扫描分析,证明三种电流基准都具有良好的温度特性,从而得到三种可以为1.8V电流舵D/A转换器提供电流偏置的基准电流。其中电阻补偿型基准电流在温度-25~75℃范围内,电流变化范围大约为800nA,相对于输出变化了0.33%,电流求和型基准电流在温度-20~95℃范围内,电流变化范围大约为790nA,相对于输出变化了0.32%,而基于非带隙基准电压产生的基准电流在温度-25~90℃范围内,电流变化大约为400nA,相对于输出变化了0.16%,完全满足设计的要求。

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