Схемотехническое проектирование прецизионных источников опорного напряжения и линейных стабилизаторов по БиКМОП технологии 0,18 мкм

• Автор: Сухотерин, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
1.1. Источники технологических погрешностей элементов
1.1.1. Особенности современной элементной базы микросхем
1.1.2. Групповые отклонения параметров
1.1.3. Взаимное рассогласование
1.2. Расчет отклонений характеристик интегральных микросхем
1.2.1. Метод статистических испытаний
1.2.2. Аналитический метод статистического расчета
ГЛАВА 2. ТОЧНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК СУБМИКРОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
2.1. Оценка точности выходного напряжения «классической» архитектуры источника опорного напряжения с отражателями тока
2.2. Точность выходного напряжения «модифицированной» архитектуры ИОН
2.3. Оценка точности «классической» архитектуры ИОН с повторителем напряжения
2.4. Влияние рассогласования элементов на точность отражателей
тока и операционного усилителя
2.5. Особенности низковольтных источников опорного напряжения
2.6. Сопоставительный анализ субмикронных источников опорного напряжения
ГЛАВА 3. ПРЕЦИЗИОННЫЙ БиКМОП СТАБИЛИЗАТОР
НАПРЯЖЕНИЯ
3.1. Классификация и основные свойства современных стабилизаторов напряжения
3.2. Основные принципы работы стабилизаторов с низким падением напряжения на регулирующем элементе
3.3. Оценка точности выходного напряжения стабилизатора напряжения с низким проходным напряжением
ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ БИКМОП СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ БАЗИСЕ 180 НМ
4.1. Схемотехника линейных стабилизаторов напряжения
4.1.1. Источники опорного напряжения
4.1.2. Усилитель ошибки
4.1.3. Схема ограничения выходного тока
4.1.4. Схема температурной защиты
4.2. Анализ шумовых параметров и устойчивости линейных стабилизаторов напряжения
4.3. Основные характеристики спроектированных
стабилизаторов напряжения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Актуальность темы.
Линейные интегральные стабилизаторы напряжения являются неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппаратуры, качество которой в значительной степени определяется точностью и стабильностью выходного напряжения стабилизатора.
В настоящее время проблема обеспечения экономичного электропитания требует создания малогабаритных стабилизаторов напряжения с минимальными потерями. Эти устройства должны отвечать специфическим требованиям, которые не могут быть обеспечены при использовании традиционных биполярных микросхем стабилизаторов, а именно - иметь чрезвычайно низкий ток потребления, низкое остаточное напряжение (вход-выход), высокую точность выходного напряжения. При реализации современных линейных стабилизаторов напряжения на передний план выходит БиКМОП технология, которая позволяет снизить ток потребления этих устройств в сотни раз.
Линейный стабилизатор напряжения, исполненный по БиКМОП технологии, обладает рядом достоинств: низкая стоимость, большой коэффициент полезного действия, высокая стабильность выходного напряжения, незначительный уровень шумов. Область применения БиКМОП стабилизаторов напряжения крайне широка - это мобильные средства связи, переносные компьютеры, устройства питания микроконтроллеров, автономные видеокамеры слежения и многое другое.
Основным узлом линейного стабилизатора является источник опорного напряжения, который, по сути, давно уже рассматривается как базовый электронный блок, главной задачей которого является обеспечение на своем выходе прецизионного постоянного напряжения независимо от воздействия внешних факторов. Характеристики этого блока в первую очередь определяют качественные показатели самых различных радиоэлектронных
В таблице 2 приведены суммы чувствительностей выходного напряжения ИОН к однотипным параметрам элементов схемы, необходимые для оценки его девиации при групповых отклонениях параметров. Согласно таблице сумма полуотносительных чувствительностей к токам равна нулю, следовательно, при групповом отклонении параметров характеристики МОП транзисторов не влияют на точность опорного напряжения ИОН, так как отношение токов в ветвях схемы при этом не изменяется. В то же время сумма полуотносительных чувствительностей к сопротивлениям резисторов Иг, равна отрицательному значению температурного потенциала V, = к-Т/д, а сумма абсолютных чувствительностей к напряжению база-эмиттер равна единице [31]. Следовательно, суммы чувствительностей выходного напряжения к резисторам и напряжению база-эмиттер биполярных транзисторов являются константами при заданной температуре [32-35].
Таблица 2 - Значения сумм чувствительностей
Наименование Обозначение Выражение
Сумма чувствительностей к токам МОП-транзисторов с^ои£ Д..'»
Сумма чувствительностей к номиналам резисторов 2Г *5“ ^—‘1=1 -Уг
Сумма чувствительностей к напряжению база-эмиттер биполярных транзисторов V—>з С Д=1 а^эг
Таким образом, разброс выходного напряжения источника при групповом отклонении определяется свойствами резисторов и биполярных транзисторов выбранного технологического базиса, то есть, обусловлен среднеквадратическими отклонениями элементов БиКМОП технологии.
Полученные аналитические выражения для чувствительностей выходного напряжения к вариациям параметров элементов дают возможность рассчитать среднеквадратические отклонения выходного