一种高电源抑制比的cmos电流基准(附件)【字数：11806】
摘 要为了改进CMOS模拟电路上关于基准电流电路的准确度，提升基于该电路的稳定性能,获取出一类电路架构并非很复杂的三支路电流基准，它上面存在很大的电源抑制比。基于基尔霍夫定律与导数表达式,把传统电路同共源共栅还有三支路电流基准这相异的三类小信号等效电路相互之间对照并研究探讨,很容易的获取在这三类结构里面的PSRR计算式。经由相互对照能晓得共源共栅以及传统的电流基准结构其中的端点间电压正反馈促使电流基准的某些特性能力受到很大的干扰,可是三支路基准电流结构由于其具备很强的电路负反馈的端点电压,它具有更高的电源抑制比。这种结构采纳了一阶温度补偿,因而使得电路结构中的温度更加稳定，在CSMCO.5μm工艺技术上的模拟仿真情况能够晓得，当三支路结构中的输入到电路的电压控制在1.5～5.0V范围内时，她在较低的频率区间内的PSRR差不多为-77.9dB，这很明显比前面两类基准结构更加优越；并且当温度被控制在-20～120°C区间内时，该电路结构上输出的电流的稳定特性接近255×10-6/°C，并且符合大多实际应用的需求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文的主要工作及论文结构 2
第二章 基准源理论基础 4
2.1带隙电压基准的基本原理 4
2.1.1 负温度系数电压 4
2.1.2 正温度系数电压 5
2.1.3 带隙电压基准的生成 6
2.2带隙电压基准 6
2.3带隙电压基准的电源抑制 7
2.3.1电源抑制含义 7
2.3.2电源抑制研究现状 8
2.4基准电流产生原理 9
2.5基准源的性能参数 10
第三章 传统与共源共栅电流基准结构 13
3.1定义和假设 13
3.2传统电流基准结构 13
3.2.1亚阈值工作状态与温度稳定性 14
3.2.2 PSRR的分析 14
3.3共源共栅电流基准结构 18
3.3.1基本的工作方式 18
3.3.2共源共栅电路的PSRR分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
18
3.4反馈结构对PSRR造成的影响 19
第四章 三支路电流基准的设计与仿真 21
4.1基本结构 21
4.2对三支路电流基准结构的PSRR研究 21
4.3温度补偿 23
4.4电路性能的仿真分析 24
4.5本章小结 26
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
基准源分为基准电压源与基准电流源，它们为电路供给基准电流与基准电压，是模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、锁相环（PLL）、振荡器（0SC）、线性稳压器等芯片中不可或缺的部分，被大量运用在电压表、电流表等测量设备与偏置电路中。
近年来，伴随片上系统（SOC）技术以及微电子技术迅猛前行，五彩缤纷的电子制造设备与通讯类电子产品逐渐普及到日常生活中去，同时具备很大的市场前景同提升空间。由于产品设计制造技术的不断改进，新生的电子器件同设备享有的作用特点越发新颖先进，从而迫切促使完整的集成电路部分不得不具有更高的精度与更快的速度，以适应市场对它们的需求。
基准源作为模拟电路设计过程中至关重要的单元模块，为电路系统提供直流参考基准。其精度、温度稳定性与电源电压抑制比很大程度上决定着电路系统的精度与电路性能。例如数模转换器，高速高精度数模转换器是当前数据转换系统的改进方向，怎样在高速模数转换器中合理量化模拟信号成为电路系统能不能达到高精度的关键所在。在模数转换器系统里，速度与精度是电路设计过程中两个关键的性能指标。作为模数转换器的基础模块，从基准源产生的参考电流把模拟与数字信号联系在一起，所以基准电流源的温度稳定性与阻挡电源噪声的能力关联转换精度的重要原因，其直接决定着整个电路的性能。
基于nA级之上的电流相对较小的前提条件下,如若想设计出温漂更加低、输出负载更加庞大，与此同时PSRR比更高就相对复杂难办。目前，一般的电流基准电路并不能够满足具备高电源抑制等前提条件,因此，能够满足实际应用需求的三支路电流基准结构应运而生。
1.2国内外研究现状
鉴于电子技术的迅猛提升，电子设计基于集成度较高、功耗较低以及简易的电路设计等特征活跃在市场之中。传统的基准电流源大都把其温度稳定性、精度、功耗等性能考虑在内，然而，伴随射频集成电路与数字电路的迅猛发展以及带隙基准源在高频电路中的扩展，电源抑制性能就充当着基准源于数模混合电路与高
频电路应用上的关键衡量指标，这主要由于频率升高，电路容性通路以及闭环增益随之降低，无法阻止电源端的干扰信号。有关CMOS工艺基准源的探讨很多，鉴于市场的需要，基准源朝着以下几个方向发展：
低温漂系数
温度系数较低才能适应高精度电路设计的需求。每当基准源电路的输出在特定的温度区间到达某一固定值时，在这一过程中运放的有关失调电压上面温漂促使其存在相对落后的温漂特性可以采用电路的自偏置结构以及不在电路中添加运放来缓解这一情况，从而得到相对较小的温漂。
低压低功耗
基于日益降低的工艺上的线宽，片上系统的无特殊意外运行时电压日益降低，与此同时基准源的提供电力的电压同样随之减低，因而功耗较小电压相对偏低的基准源慢慢地成为研究的中心。平常能够遇到的带隙基准电压源难以与低电压的情况相互融合，使得新的基准电压源结构应运而生。可通过电流模结构、跨阻放大器以及在输出端接分流电阻的方式减小电源电压。
高电源抑制比
在数模混合电路中，给电路供电的电源具有很大的噪声。为阻碍电源电压的变动给输出部分产生很大的干扰，不得不令基准源于宽阔的频率区间中享有不错的电源抑制比。通常提升PSRR性能有如下几种方式：加大其输出支路部分的承担的容抗；不间接地拉动电压抖动于基准环路，在相同过程中提升闭环增益；促进共源共栅结构应用至可以新生基准电压的核心支路中去。
1.3本文的主要工作及论文结构
本文采用基尔霍夫定律和偏微分方程,比较分析了传统的电流基准、共源共栅电流基准以及三支路电流基准三种不同的小信号模型,得到这3种电路的电源抑制比公式。分析了电流基准的PSRR，还设计出一种很大程度上提升PSRR的三支路电流基准结构，同时利用Cadence Spectre仿真器与CSMCO.5μm混合信号模型对设计方案中的电路结构进行仿真分析，并验证其效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文的主要工作及论文结构 2
第二章 基准源理论基础 4
2.1带隙电压基准的基本原理 4
2.1.1 负温度系数电压 4
2.1.2 正温度系数电压 5
2.1.3 带隙电压基准的生成 6
2.2带隙电压基准 6
2.3带隙电压基准的电源抑制 7
2.3.1电源抑制含义 7
2.3.2电源抑制研究现状 8
2.4基准电流产生原理 9
2.5基准源的性能参数 10
第三章 传统与共源共栅电流基准结构 13
3.1定义和假设 13
3.2传统电流基准结构 13
3.2.1亚阈值工作状态与温度稳定性 14
3.2.2 PSRR的分析 14
3.3共源共栅电流基准结构 18
3.3.1基本的工作方式 18
3.3.2共源共栅电路的PSRR分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
18
3.4反馈结构对PSRR造成的影响 19
第四章 三支路电流基准的设计与仿真 21
4.1基本结构 21
4.2对三支路电流基准结构的PSRR研究 21
4.3温度补偿 23
4.4电路性能的仿真分析 24
4.5本章小结 26
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
基准源分为基准电压源与基准电流源，它们为电路供给基准电流与基准电压，是模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、锁相环（PLL）、振荡器（0SC）、线性稳压器等芯片中不可或缺的部分，被大量运用在电压表、电流表等测量设备与偏置电路中。
近年来，伴随片上系统（SOC）技术以及微电子技术迅猛前行，五彩缤纷的电子制造设备与通讯类电子产品逐渐普及到日常生活中去，同时具备很大的市场前景同提升空间。由于产品设计制造技术的不断改进，新生的电子器件同设备享有的作用特点越发新颖先进，从而迫切促使完整的集成电路部分不得不具有更高的精度与更快的速度，以适应市场对它们的需求。
基准源作为模拟电路设计过程中至关重要的单元模块，为电路系统提供直流参考基准。其精度、温度稳定性与电源电压抑制比很大程度上决定着电路系统的精度与电路性能。例如数模转换器，高速高精度数模转换器是当前数据转换系统的改进方向，怎样在高速模数转换器中合理量化模拟信号成为电路系统能不能达到高精度的关键所在。在模数转换器系统里，速度与精度是电路设计过程中两个关键的性能指标。作为模数转换器的基础模块，从基准源产生的参考电流把模拟与数字信号联系在一起，所以基准电流源的温度稳定性与阻挡电源噪声的能力关联转换精度的重要原因，其直接决定着整个电路的性能。
基于nA级之上的电流相对较小的前提条件下,如若想设计出温漂更加低、输出负载更加庞大，与此同时PSRR比更高就相对复杂难办。目前，一般的电流基准电路并不能够满足具备高电源抑制等前提条件,因此，能够满足实际应用需求的三支路电流基准结构应运而生。
1.2国内外研究现状
鉴于电子技术的迅猛提升，电子设计基于集成度较高、功耗较低以及简易的电路设计等特征活跃在市场之中。传统的基准电流源大都把其温度稳定性、精度、功耗等性能考虑在内，然而，伴随射频集成电路与数字电路的迅猛发展以及带隙基准源在高频电路中的扩展，电源抑制性能就充当着基准源于数模混合电路与高
频电路应用上的关键衡量指标，这主要由于频率升高，电路容性通路以及闭环增益随之降低，无法阻止电源端的干扰信号。有关CMOS工艺基准源的探讨很多，鉴于市场的需要，基准源朝着以下几个方向发展：
低温漂系数
温度系数较低才能适应高精度电路设计的需求。每当基准源电路的输出在特定的温度区间到达某一固定值时，在这一过程中运放的有关失调电压上面温漂促使其存在相对落后的温漂特性可以采用电路的自偏置结构以及不在电路中添加运放来缓解这一情况，从而得到相对较小的温漂。
低压低功耗
基于日益降低的工艺上的线宽，片上系统的无特殊意外运行时电压日益降低，与此同时基准源的提供电力的电压同样随之减低，因而功耗较小电压相对偏低的基准源慢慢地成为研究的中心。平常能够遇到的带隙基准电压源难以与低电压的情况相互融合，使得新的基准电压源结构应运而生。可通过电流模结构、跨阻放大器以及在输出端接分流电阻的方式减小电源电压。
高电源抑制比
在数模混合电路中，给电路供电的电源具有很大的噪声。为阻碍电源电压的变动给输出部分产生很大的干扰，不得不令基准源于宽阔的频率区间中享有不错的电源抑制比。通常提升PSRR性能有如下几种方式：加大其输出支路部分的承担的容抗；不间接地拉动电压抖动于基准环路，在相同过程中提升闭环增益；促进共源共栅结构应用至可以新生基准电压的核心支路中去。
1.3本文的主要工作及论文结构
本文采用基尔霍夫定律和偏微分方程,比较分析了传统的电流基准、共源共栅电流基准以及三支路电流基准三种不同的小信号模型,得到这3种电路的电源抑制比公式。分析了电流基准的PSRR，还设计出一种很大程度上提升PSRR的三支路电流基准结构，同时利用Cadence Spectre仿真器与CSMCO.5μm混合信号模型对设计方案中的电路结构进行仿真分析，并验证其效果。
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