40MSPS模数转换器10位高精度基准电压源设计

本文主要探讨了10位40MSPS模数转换器内部集成的高精度基准电压源设计。在这个高性能的数字模拟转换器中，基准电压源的稳定性至关重要，因为它直接影响到模数转换的准确性和一致性。设计目标是满足10位分辨率的要求，这意味着基准电压源的温度漂移需控制在非常严格的范围，即温度误差小于1/1024，约为976×10^-6。 设计者采用了一种基于带隙基准电压源的方法来构建基准电路，这种电路结构小巧且具有高精度。带隙基准电压源作为核心组件，它的设计包括启动电路、带隙电压产生电路以及PTAT电路，旨在最小化电路面积和成本，同时保证性能。 启动电路由M5、M6、M7以及运算放大器的偏置电路组成，当电路接通电源时，M5导通，通过电流镜向其他晶体管提供稳定电流，使得电路进入工作状态。启动过程结束后，M5被设计为倒置放大管，以降低启动电流，保持电路的稳定性。 带隙电压产生电路的核心是Q1、Q2、电阻R1和R2以及恒流源M1、M2。利用理想运算放大器的特性以及PN结的I/V特性，设计者通过公式推导出电流I1的关系，从而确定基准电压VREF。这个过程依赖于晶体管的比例关系和电阻值，以实现所需的基准电压水平。 文章还提到了设计中的两个关键电压值：RET（3.5V）和REB（1.5V），这两个电压通过相同的带隙电压源产生，然后它们的差值用作模数转换器的比较电压，进一步提高了基准电压源的精度。 本文详细阐述了如何在有限的芯片空间内实现高性能的基准电压源设计，这对于现代电子设备中的高速、高精度模数转换器来说是一项关键技术。通过优化设计，本文所提出的基准电压源能够有效抵抗电源波动和温度变化的影响，确保了模数转换的准确性，对于电子技术尤其是高速数据处理应用具有重要意义。