集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源

本书是集成电压基准源（VoltageReference）设计的经典参考书籍和教程，阐述了集成电压基准源大量设计实例背后蕴藏的理念以及更多的思考。全书共分为5章，详细介绍了基准源设计相关的基础知识、电流基准源设计、电压基准源设计、高精度基准源电路设计，以及系统和应用环境分析等方面的内容。
全书以理论分析作为基础，结合工程产品开发的实际情况，从产品的性能、成本和应用多方面讨论产品开发过程中的细节问题。书中各章节具有较强的独立性，可以满足读者不同方面的需求，对于刚入门的数字和模拟电路设计师以及经验丰富的工程师均具有重要的借鉴意义。
本书可作为高等院校电气工程、微电子和集成电路设计等相关专业师生的参考用书，也可以供相关科研工作者和工程人员参考阅读。

Gabriel AlfonsoRincón-Mora（B.S.,M.S.,Ph.D.）博士,1994年加入业界领先的德州仪器公司（TexasInstruments,TI）,1999年被聘任为佐治亚理工学院（GeorgiaTech）兼职教授,并且在2001年受聘为全职教授,其间仍在TI兼职,作为原来所属部门和TI公司的技术顾问。其学术成就包括5本著作、1本书的部分章节（onebook chapter）、26个专利和超过100篇学术论文,而且他还成功设计了26款商用功率管理芯片,在全世界销售。他是IEEECASS的杰出演讲人（Distinguished Lecturer）,IEEE TCASII的副主编（AssociateEditor）和IEEE SSCS-CASS分部的主席,并获得多项奖励。

绪论
Chapter 1 基础知识
1.1 二极管
1.1.1 击穿区域
1.1.2 正向偏置区域
1.2 电流镜
1.2.1 简单电流镜
1.2.2 共源共栅电流镜
设计实例 1.1
1.2.3 调整型共源共栅电流镜
1.3 小结
附录 二极管电压的温度特性
参考文献
Chapter 2 电流基准源
2.1 PTAT电流基准源
2.1.1 双极工艺实现方式
2.1.2 CMOS实现方式
2.2 启动电路和频率补偿
2.2.1 连续导通启动电路
2.2.2 与电路状态有关的启动电路
2.2.3 频率补偿
2.3 CTAT电流基准源
2.4 与温度无关的电流基准源
2.5 PTAT²电流源产生电路
2.5.1 双极工艺实现方式
2.5.2 CMOS工艺实现方式
设计实例 2.1
2.6 小结
参考文献
Chapter 3 电压基准源
3.1 零阶基准源
3.1.1 正向偏置二极管基准源
3.1.2 齐纳电压基准源
设计实例 3.1
3.2 一阶基准源
3.2.1 正向偏置二极管基准源
3.2.2 齐纳基准源
设计实例 3.2
3.3 二阶电压基准源(曲率校正)
3.4 曲率校正技术当前的发展情况
3.4.1 与温度相关电阻比例技术
3.4.2 二极管环路技术
3.4.3 β补偿技术
3.4.4 分段线性电流模技术
3.4.5 非线性匹配校正(Matched-Nonlinear Correction)
3.4.6 精确补偿方法
3.5 小结
参考文献
Chapter 4 高精度基准源电路的设计
4.1 误差来源
4.1.1 定性的影响
设计实例 4.1
4.2 输出级
4.2.1 电压模式输出级
4.2.2 电流模式输出级
4.2.3 混合模式输出级
4.2.4 稳压基准源和未稳压基准源
设计实例 4.2
4.3 电源电压抑制和线性调整性能的设计
4.3.1 共源共栅技术
4.3.2 伪电源电压技术
设计实例 4.3
4.4 小结
附录1 典型一阶带隙基准源的误差来源
附录2 电阻温度系数对电流模式输出级基准源的影响
参考文献
Chapter 5 系统和应用环境分析
5.1 修调网络的设计
5.1.1 修调范围
5.1.2 修调技术
设计实例 5.1
5.2 封装应力的影响
5.3 系统相关的问题
5.3.1 电路设计考虑
5.3.2 版图设计考虑
设计实例 5.2
5.4 特征描述
5.5 小结
附录1 带有混合模式(同时具有电压和电流模式)输出级的带隙基准源的修调流程
附录2 封装应力对带隙基准源电路的影响
附录3 基准源电路对输入阶跃信号的有限冲激响应所需时间的讨论
参考文献

绪论
一般说来，基准源是大多数电子系统的重要组成部分，虽然人们通常希望得到高精度基准源，但是在很多应用中并不要求过高的精度。通常情况下，基本的基准源就可以满足大多数系统应用的精度要求。虽然，不同电路的复杂程度肯定不同。但是，一个简单的基准源却不会随着工作环境的改变而出现显著的波动。因为这些基准源并不需要设计师投入额外的精力去提高初始精度，所以称其为零阶补偿基准源。但是，精密基准源可以通过抵消线性效应（一阶效应）和非线性效应（二阶和高阶效应）来提高设定电压的精度。由于设计中存在更加严格的约束，这些高阶补偿电路必须考虑电源电压和电路中寄生效应的影响。这些寄生效应包括电阻偏差、电阻失配、晶体管失配、漏电电流和封装的影响，在电路、版图和修调等每一个设计阶段都需要仔细考虑这些寄生效应对电路性能的不利影响。
针对精度要求不太高的应用，零阶或者一阶补偿电路通常是成本最低的解决方案。高阶补偿基准电路显然要比低阶补偿电路复杂得多，因此，也就需要更大的芯片面积、更大的静态电流，甚至可能需要更高的输入电压。虽然低阶补偿基准源能够满足许多应用的需求，但是在高性能系统中，曲率校准补偿电路的应用也越来越广泛。高性能基准源的需求日渐强烈有多种原因，例如，动态范围越来越低（由输入电压下降导致的），系统复杂度越来越高等。随着电池供电系统和更精密光刻技术的发展，电路需要在低电源电压条件下工作，而噪底（NoiseFloor）却并不改变，从而导致有效动态范围降低。
许多高精度基准源通过产生一个非线性项的方法来补偿某一电压的非线性温度特性，产生的非线性项的温度特性没有必要与自然存在的电压非线性特性完全一致。例如，基准电路的校正项与温度的平方成正比，而二极管电压的非线性特性与温度呈现对数关系（即TlnT，其中T 表示温度）。当校正项的温度特性与所需电压的温度非线性特性良好匹配（例如，能够很好地匹配基准源的TlnT温度项）时，电路就能得到最佳的性能。另一种曲率补偿的方法是通过获得自然存在的电压本身的非线性温度特性来完全抵消其影响。后一种方法比前一种方法更有可能得到相对更好的性能。总体来说，这些曲率补偿分量的产生都需要深入理解特定工艺中可选用元器件的温度特性。
在基准源设计过程中，还需要考虑其他参数，它们与温度系数同等重要。