低温漂低压带隙基准文献综述

 2022-09-23 15:55:41

文献综述(或调研报告):

从根本上来说,大部分的电路系统都离不开基准源,包括模拟电路和数字电路,基准源可以为其它电路提供稳定的电压或电流。基准源可以分为基准电流源和基准电压源,基准电流源输出稳定的不随温度、电源电压等变化的电流,而基准电压源输出稳定的不随温度、电源电压等变化的电压。根据输出电流的能力,基准电压源可以分为三类:输出电流能力较小(lt;1uA),称之为基准源;输出电流能力较大(1-100uA),称之为稳压基准源;输出电流能力很大(大于100uA),称之为稳压器,低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)、DC-DC转换器等[11]。基准电压源的实现方式多种多样,从初始的齐纳基准到现在广泛应用的带隙基准,不同的基准电压源都存在各自的优缺点,根据不同的应用系统,电路设计师会选择不同的基准电压源。从根源上来说,基准电压源主要分为三类:基于反向导通齐纳二极管的基准电压源;基于正向导通二极管的基准电压源;基于金属.氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)栅源电压(VGS)或开启电压(VTH)的基准电压源。这是因为,这三种基准电压源的PVT(工艺、电源电压、温度)特性比较稳定,可预测性较强[11]

国内外发展现状及趋势:

随着半导体工艺水平的提高,以及电子产品对高性能集成电路的迫切需求,高精度的基准源是目前研究的重要课题之一,得到了国内外专业人士的关注,其研究热点主要体现在以下几个方面:

  1. 宽温度范围和低温度系数

在一些对精度要求比较高的应用中,如高精度数模模数转换器、比较器、温度检测器等,需要很低的温度系数,另外对于温度范围比较宽的应用中,如SPC,低温度系数也比较重要,因为温度范围越宽基准输出偏差就会越大[11]

温度系数是基准源的重要技术指标之一,低温漂的基准源对于高性能系统至关重要,而传统一阶补偿基准源的温度系数约在20~100ppm/℃,必须采用高阶温度补偿技术减小基准源的温度漂移系数。现有高阶温度补偿技术有:利用不同电阻温度系数补偿法、分段线性补偿法、指数曲率补偿法、VBE线性化补偿法等。

1996年Jonathan M.Audy等人采用电阻温度系数补偿法设计的基准源的温度系数在理论上达到0.02 ppm/℃,实测值为1ppm/℃[12]。 2011年Jinghu Li等人采用分段线性补偿法设计的带隙基准源的温度系数实测值为8.9 ppm/℃[12]。2011年Xin Ming等人结合分段线性补偿法和指数曲率补偿法设计了一款BiCMOS带隙基准源,温度系数为1.3 ppm/℃[12]。2017年顾宇晴等人在传统带隙基准电路的基础上,设计了一种带分段曲率补偿的带隙基准电压源,温度范围是-40℃~125℃,温度系数是0.94ppm[10]。2018年Huachao Xu等人使用0.15mu;m标准CMOS工艺和新型补偿工艺,设计了一种温度范围是-40℃~120℃,温度系数是0.84ppm的带隙基准[3]。2018年Jinlong Hu等人使用0.18mu;m标准CMOS工艺,并采用一种新的精确的电路结构,可以充分补偿发射基电压的热非线性,在-40℃到110℃之间实现0.58 ppm/℃的超低温度系数(TC)[6]

(2)低电源电压、低功耗

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