高性能CMOS带隙基准电压源设计：温度补偿与电源抑制

在电源技术领域，本文主要探讨了一种高性能带隙基准电压源的设计。该电路设计的关键在于针对传统带隙基准存在的问题，即仅提供一阶温度补偿且容易受到电源电压波动影响，进行了创新改进。设计者采用了标准CMOS工艺，引入了一种新型的二阶曲率补偿电路，通过对工作在亚阈值区的MOS管电流的指数特性加以利用，有效地减少了输出电压对温度变化的敏感度，显著地降低了温度系数至3.3 ppm/℃，这意味着在宽温范围（2.7~3.6 V）内，基准电压的变化极其微小，仅有18 μV。 引言部分强调了基准电压在集成电路设计中的核心地位，尤其是在高精度电子设备中，如电压比较器、数据采集系统和模数/数模转换器等，基准电压的稳定性对整体性能至关重要。传统的带隙基准由于缺乏有效的二阶温度补偿，其输出电压对温度和电源电压的变化较为敏感，这在追求高精度的应用中显得不足。 设计中，通过采用cascode结构对带隙电路的镜像电流源进行优化，以及引入高增益反馈回路，设计师致力于提高电路的电源电压抑制能力。这种组合策略有助于减小电源电压波动对基准电压的影响，从而确保了在整个工作电压范围内，电路的性能表现优异。 电路设计分为两个主要部分：一是对传统带隙基准的分析，解释了其基本工作原理以及局限性；二是介绍新设计的改进措施，包括二阶曲率补偿方法和高增益反馈回路的实施。在版图设计中，作者详细讨论了需要注意的关键技术细节，以确保电路的实现效果和性能。 总结来说，这篇文章不仅深入剖析了高性能带隙基准电压源设计的重要性，而且还展示了如何通过技术创新来提升基准电压的稳定性和抗干扰能力，这对于现代集成电路设计的高精度需求而言是一项关键的进步。