集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美林康-莫莱 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030367143

商品编码：29239572430

包装：平装

出版时间：2013-04-01

基本信息

书名：集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源

：32.00元

作者：(美)林康-莫莱

出版社：科学出版社

出版日期：2013-04-01

ISBN：9787030367143

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.241kg

编辑推荐

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内容提要

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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。

目录

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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 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

作者介绍

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Gabriel AlfonsoRincón-Mora（B.S.,M.S.,Ph.D.）博士,1994年加入业界的德州仪器公司（TexasInstruments,TI）,1999年被聘任为佐治亚理工学院（GeorgiaTech）教授,并且在2001年受聘为全职教授,其间仍在TI,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。

文摘

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序言

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集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源 简介 在现代电子系统中，精确稳定的电压基准源扮演着至关重要的角色。无论是数据采集、模数/数模转换、稳压电路，还是微处理器和片上系统的核心计时，一个可靠的基准电压都直接关系到整个系统的性能和精度。本书《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》深入剖析了各种集成基准源电路的设计原理、实现方法和性能优化技术，旨在为读者提供一个系统、全面的学习框架，从而能够根据具体应用需求，设计出高性能、低功耗、高稳定度的电压基准源。 本书将基准源的设计之旅从最基础的PN结二极管电压特性出发，逐步深入到更为复杂和先进的带隙基准源设计。我们不只是罗列电路图，更着重于理解其背后的物理机制和电路行为，通过深入的理论分析和实例讲解，帮助读者掌握电路设计的核心思想和关键技术。 第一篇：基准源设计基础与二极管基准源 本篇将为读者打下坚实的基准源设计基础。我们将从电学基础知识出发，回顾必要的半导体物理概念，以便理解基准源的核心工作原理。 半导体PN结基础： 深入探讨PN结的形成、特性，特别是其温度依赖性。我们将详细解释正向偏置PN结的电压-电流关系，以及如何利用这种关系来产生稳定的电压。 二极管电压特性分析： 重点分析不同工作条件下的二极管电压特性，包括正向偏置电压的温度系数。我们将探讨如何选择合适的二极管类型（如齐纳二极管、基极-发射极结）来构建简单的基准源。 基础二极管基准源电路： 介绍几种经典的基于二极管的基准源电路拓扑，例如使用齐纳二极管的稳压电路，以及利用PN结正向压降来构建基准源的电路。我们会分析这些电路的优缺点，以及它们在稳定性、功耗和成本方面的权衡。 温度漂移的初步分析与补偿： 即使是简单的二极管基准源，其输出电压也会受到温度变化的影响。本节将初步探讨温度漂移的来源，并介绍一些基本的补偿方法，如串联或并联电阻来修正温度系数。 噪声分析与抑制： 基准源的噪声性能直接影响着ADC、DAC等模拟电路的精度。我们将分析二极管基准源可能产生的噪声来源，并探讨一些简单的滤波和降噪技术。 第二篇：双极型晶体管基准源设计 随着对性能要求的提高，简单的二极管基准源往往难以满足需求。双极型晶体管（BJT）的特性为设计更稳定的基准源提供了更多的可能性。本篇将聚焦于利用BJT的电压特性来构建基准源。 BJT的工作原理与特性： 回顾BJT的电流增益、电压-电流关系，特别是其基极-发射极电压（Vbe）的温度依赖性。我们将深入分析Vbe的负温度系数。 利用Vbe差值构建基准源： 这是BJT基准源设计的核心思想。我们将详细阐述如何通过两个工作在不同电流密度下的BJT，利用其Vbe的差值（通常为正温度系数）来补偿一个BJT的Vbe负温度系数，从而获得一个近乎零温度系数的电压。 经典的BJT基准源拓扑： 介绍并详细分析经典的BJT基准源电路，例如使用恒流源驱动的BJT对。我们会深入讲解其工作原理，以及如何通过调整器件参数和偏置电流来优化输出电压和温度稳定性。 基准源的输出阻抗与驱动能力： 分析BJT基准源的输出阻抗特性，以及其驱动不同负载的能力。我们将探讨如何通过缓冲级来提高驱动能力和降低输出阻抗。 稳定性分析与稳定性提升： 讨论BJT基准源的频率稳定性问题，特别是可能出现的振荡。介绍一些提高稳定性的设计技巧，如增加去耦电容、优化反馈回路等。 第三篇：CMOS基准源设计 在现代集成电路设计中，CMOS工艺占据主导地位。因此，设计低功耗、高集成度的CMOS基准源至关重要。本篇将重点介绍基于CMOS器件的基准源设计。 CMOS器件基础与工作特性： 回顾MOSFET的工作原理、跨导、阈值电压等关键参数。重点分析MOSFET的漏极-源极电压（Vdsat）和阈值电压（Vt）的温度依赖性。 CMOS基准源的设计思路： 阐述如何在CMOS工艺中实现近似零温度系数的电压。我们将介绍如何利用PMOS和NMOS器件的Vdsat和Vt特性，通过巧妙的电路结构来达到补偿目的。 基础CMOS基准源电路： 介绍经典的CMOS基准源电路拓扑，例如使用NMOS和PMOS器件组合的基准源。我们会详细分析其工作原理，并讲解如何通过选择合适的器件尺寸和偏置来优化性能。 低温系数CMOS基准源设计： 探讨如何设计具有极低温度系数的CMOS基准源，包括如何利用二极管连接的MOSFET以及其他补偿技术。 低功耗CMOS基准源设计： 针对电池供电设备等应用，介绍低功耗CMOS基准源的设计策略，例如采用亚阈值偏置、动态偏置等技术。 第四篇：带隙基准源设计（一）：原理与基础拓扑 带隙基准源（Bandgap Reference, BGR）是目前应用最广泛、性能最优异的集成基准源之一。其核心思想是利用半导体材料的带隙电压（Bandgap Voltage）作为参考。本篇将深入剖析带隙基准源的基本原理和经典拓扑。 半导体带隙电压的温度特性： 详细解释半导体材料（如硅）的带隙电压及其随温度变化的特性。我们将重点分析带隙电压的负温度系数。 PTAT电压的产生： 讲解如何利用BJT或MOSFET的Vbe差值（PTAT，Proportional to Absolute Temperature）来产生一个正温度系数的电压。这是构建带隙基准源的关键。 CTAT电压的产生： 介绍如何产生一个与绝对温度成比例（CTAT，Complementary to Absolute Temperature）的电压，通常是利用BJT的Vbe。 基本带隙基准源电路的构建： 将PTAT电压和CTAT电压（或其组合）进行加权求和，从而产生一个近似零温度系数的输出电压。我们将介绍几种基础的带隙基准源电路拓扑，并详细分析其工作原理。 偏置电路设计： 恒流源是带隙基准源的重要组成部分，它为PTAT和CTAT电压的产生提供稳定的偏置电流。本节将讨论各种恒流源的设计，包括BJT和CMOS恒流源。 第五篇：带隙基准源设计（二）：高级技术与优化 在掌握了基本带隙基准源的设计原理后，本篇将进一步探讨如何优化其性能，以满足更苛刻的应用需求。 高精度与低噪声设计： 介绍提高带隙基准源输出电压精度的方法，例如采用自偏置技术、增加补偿电路等。探讨如何降低基准源的输出噪声，包括器件选择、滤波技术和降噪电路设计。 低压带隙基准源设计： 随着器件尺寸的缩小和工作电压的降低，设计低压带隙基准源成为一个重要课题。我们将介绍各种低压带隙基准源的拓扑和设计技巧，例如采用二极管连接的MOSFET、利用亚阈值区工作等。 宽温度范围与宽电源电压范围设计： 探讨如何设计能够在更宽的温度范围和电源电压范围内保持稳定输出的带隙基准源。 低功耗带隙基准源设计： 针对便携式设备和低功耗应用，介绍优化带隙基准源功耗的策略，如采用动态偏置、电流复用等技术。 启动电路与保护电路设计： 介绍带隙基准源的启动过程，以及设计可靠的启动电路以确保基准源能够正常工作。同时，讨论过压、过流等保护机制的设计。 第六篇：集成基准源的版图设计与测试 电路设计完成后，高效且高性能的版图实现和准确的测试是最终产品成功的关键。本篇将关注集成基准源的版图设计和测试方法。 版图设计原则与考虑： 讲解版图设计中影响基准源性能的关键因素，如器件匹配、寄生效应、衬底噪声、工艺偏差等。 关键器件的版图实现： 重点介绍BJT、MOSFET、电阻、电容等关键器件在版图上的实现方式，以及如何通过版图布局来提高匹配度和降低寄生参数。 温度效应与版图补偿： 探讨版图布局对温度梯度的影响，以及如何通过对称布局、多点连接等方法来减小温度效应。 测试方法与指标： 介绍基准源电路的常用测试方法，包括静态参数测试（输出电压、温度系数、电源抑制比、负载调整率）和动态参数测试（噪声、瞬态响应）。 实际应用案例分析： 通过分析一些典型的集成基准源应用案例，例如数据采集系统、ADC/DAC、电源管理芯片中的基准源设计，帮助读者将理论知识应用于实际工程。 总结 《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》提供了一个从基础到高级的全面指南。本书不仅侧重于理论分析，更结合了丰富的电路实例和设计经验，旨在培养读者独立设计和优化集成基准源的能力。无论您是模拟电路设计工程师，还是对集成电路设计充满兴趣的研究生，本书都将是您宝贵的参考资料。通过对本书的学习，您将能够深刻理解基准源电路的设计精髓，并能够自信地应对各种复杂的设计挑战。

评分☆☆☆☆☆

《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》这个书名，光是听着就让人感觉到一股严谨而扎实的学术气息。基准源，作为模拟电路设计的“定海神针”，其重要性不言而喻。这本书从最基本的二极管入手，这让我觉得它并不是那种只讲高屋建瓴概念的书，而是真正会从根源上剖析问题。 我最想了解的，是作者是如何将二极管的简单特性，一步步“升级”到复杂的高阶带隙基准源的。这中间必然涉及大量的理论推导和电路拓扑的演进。比如，二极管的漏电流和跨导随温度的变化，以及如何利用这些变化来构建基准源。然后，带隙基准源是如何巧妙地结合PTAT（Proportional To Absolute Temperature）和CTAT（Complementary To Absolute Temperature）信号，最终实现温度补偿的，我非常期待在这本书里看到详尽的讲解。 而且，对于“高阶”这个词，我脑海中会浮现出很多可能性：是更低的温度系数？更高的电源抑制比（PSRR）？更低的噪声？还是更宽的工作电压范围？我希望书中能够详细介绍这些“高阶”基准源所带来的性能提升，以及为了实现这些性能所采用的独特电路设计技巧和补偿策略。 我个人对实际电路的实现细节非常感兴趣。书里会不会涉及不同半导体工艺（如CMOS、Bipolar）下基准源设计的特点和限制？以及在实际版图设计中，为了提高精度和稳定性，需要特别注意哪些问题，比如寄生电阻、寄生电容的影响，以及如何进行器件匹配？这些贴近实际操作的内容，对于工程师来说非常有价值。 最后，一本好的参考书，应该能够引领读者思考未来的发展方向。这本书是否会讨论到当前基准源设计中的一些前沿挑战，比如如何设计更低功耗的基准源以满足物联网设备的需求，如何提高基准源的抗干扰能力，或者如何实现具有自适应功能的基准源？我非常期待能从中获得一些启发，了解这个领域未来的发展趋势。

评分☆☆☆☆☆

《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》这个书名，一下子就抓住了我对于精密模拟电路设计中最核心的几个概念。基准源，无处不在，无论是数字系统的时钟，还是模拟信号链的量化精度，都离不开它们。这本书的副标题“从二极管到高阶带隙基准源”，给我一种从基础到深入、由浅入深的学习体验。 我非常期待书中能够系统地讲解不同类型的基准源原理。从最简单的二极管正向压降出发，分析其固有的温度漂移问题，以及利用半导体材料特性的基本方法。然后，逐步过渡到带隙基准源，深入剖析其PTAT（Proportional To Absolute Temperature）和CTAT（Complementary To Absolute Temperature）信号的生成机制，以及如何通过巧妙的组合实现温度补偿，从而达到非常低的温度系数。 “高阶”基准源部分更是让我充满好奇。这通常意味着更高的精度、更低的噪声、更好的电源抑制比，以及更宽的工作温度和电压范围。我希望能看到书中详细介绍实现这些高性能指标所采用的复杂电路拓扑、补偿技术，甚至是一些先进的噪声抑制和稳压策略。 在实际设计层面，我希望这本书能够提供一些实用的指导。例如，如何根据具体的应用需求（如功耗、精度、成本）来选择合适的基准源类型；如何进行参数计算和器件选择；以及如何通过仿真工具（如SPICE）来验证设计的性能。此外，关于版图设计时需要注意的一些细节，比如如何减小寄生效应、如何进行器件匹配以提高一致性，如果能有所涵盖，将非常有价值。 最后，我希望这本书能为我提供一些关于未来基准源设计趋势的洞察。例如，在功耗日益成为关键因素的今天，如何设计超低功耗基准源；在需要更高精度和稳定性的应用中，如何进一步优化基准源的性能；以及在集成度越来越高的SoC（System on Chip）设计中，基准源的集成和优化思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》一开始就吸引了我。我一直对模拟电路设计，特别是那些构成现代电子系统基石的元件很感兴趣。基准源，顾名思义，是提供稳定、精确参考电压或电流的关键模块，无论是数字电路的阈值设定，还是模拟信号链的精度保证，都离不开它们。这本书的副标题“从二极管到高阶带隙基准源”则预示着它涵盖了从最基础的半导体器件原理出发，逐步深入到更复杂、性能更优越的基准源设计。 我非常期待这本书能够细致地讲解不同类型的基准源电路，比如基于二极管的温漂特性，以及如何通过补偿技术来改善。更让我好奇的是“高阶带隙基准源”的部分，这通常意味着更先进的设计理念和更高的精度要求，也许会涉及到如何处理半导体工艺的非理想性，如何优化功耗，以及如何在宽温度范围和电源电压范围内保持极低的输出误差。对于我这种希望深入理解电路背后原理的人来说，能够看到理论推导、电路结构分析以及实际电路的实现细节，将是非常宝贵的。 此外，我希望这本书能在实际设计方面提供一些指导。在集成电路设计领域，理论与实践的结合至关重要。了解一个基准源电路的性能参数固然重要，但更重要的是知道如何根据具体的应用需求来选择合适的拓扑结构，如何进行元件选型，以及如何进行仿真和版图设计。如果书中能包含一些实际设计案例，或者分享一些在实际流片过程中遇到的挑战和解决方案，那将极大地提升这本书的实用价值。 我尤其看重的是，作者是否能够清晰地解释这些基准源电路背后的物理原理。理解二极管的正向压降随温度的变化，以及如何利用这种负温度系数（NTC）和材料本身的某种参数（如BGR中的PTAT - Proportional To Absolute Temperature）的组合来形成温度补偿，是掌握基准源设计的关键。这本书如果能深入浅出地剖析这些基础物理现象，并将其与具体的电路实现联系起来，那将是一次令人受益匪浅的学习体验。 最后，我希望这本书能够提供一些关于现代基准源设计趋势的视角。例如，在功耗日益重要的今天，低功耗基准源的设计方法；在噪声敏感的应用中，如何设计低噪声基准源；以及在移动设备等领域，对小型化和集成度的需求。如果作者能够触及这些前沿话题，并提供相关的设计思路和技术，那么这本书将不仅是一本理论教科书，更是一本能够指导未来设计的实践指南。

评分☆☆☆☆☆

《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》这个书名，一看就知道这是一本内容非常扎实的教科书，适合那些想要深入理解基准源电路设计的读者。基准源是现代电子设备中不可或缺的核心模块，它们为后续的模拟和数字电路提供了稳定可靠的参考信号。 我尤其期待这本书能够清晰地阐述不同基准源设计背后的物理原理。例如，为何二极管的正向压降会随着温度变化，以及这种变化是如何利用的。更重要的是，对于带隙基准源，我希望能够详细了解其如何巧妙地利用具有正温度系数（PTAT）和负温度系数（CTAT）的信号来相互补偿，从而实现一个几乎不受温度影响的参考电压。 “高阶”带隙基准源部分，我推测可能涉及到一些更复杂的补偿技术，例如利用更高阶的补偿曲线来进一步降低温度漂移，或者采用更精密的结构来提高电源抑制比（PSRR）和降低噪声。书中如果能提供这些先进设计方法的详细分析和电路实现，将非常有吸引力。 从读者的角度出发，我希望能看到书中包含一些实际设计中的考量。例如，在不同半导体工艺（如CMOS、Bipolar）下，基准源的性能表现会有何不同？在进行版图设计时，有哪些必须注意的规则，以确保基准源的稳定性和精度？如果书中能提供一些设计流程和注意事项，那将极大地提升其实用性。 最后，我也关心这本书是否能够引导我理解当前和未来的基准源设计趋势。在功耗敏感的应用日益增多的今天，如何设计更低功耗的基准源？在对噪声要求极高的应用中，如何设计低噪声基准源？这些都是我希望能在书中找到答案的问题。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开《集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源》这本书时，我首先被它严谨的标题所吸引。基准源在模拟和混合信号集成电路设计中扮演着至关重要的角色，它们是整个系统的“血压计”和“体温计”，确保着后续电路的精确工作。这本书的结构，从基础的二极管特性出发，逐步攀升到复杂的高阶带隙基准源，这无疑为读者提供了一个系统学习的路径。 我特别期待书中能够对不同的基准源拓扑进行深入的比较和分析。比如，基于PN结的二极管基准源，其温度稳定性如何？如何利用其负温度系数？而带隙基准源（Bandgap Reference，BGR）又是如何通过结合具有正温度系数的信号（PTAT）来抵消PN结的负温度系数，从而实现更低的温度漂移？我对这些补偿机制的细节非常感兴趣，希望能看到清晰的数学推导和电路原理图。 同时，书中如果能探讨不同工艺下的基准源设计挑战，例如CMOS、Bipolar以及BiCMOS工艺对基准源性能的影响，那就更具价值了。半导体器件的特性在不同工艺下会有显著差异，这直接影响到基准源的精度、功耗和稳定性。希望作者能分享一些在实际设计中针对特定工艺优化基准源性能的经验。 此外，我一直认为，一本优秀的工程技术书籍，除了理论深度，还应该具备足够的实践指导意义。这本书是否会包含实际电路设计的步骤，例如如何进行参数计算，如何选择合适的电阻和电容值，以及如何进行AC/DC仿真来验证设计的性能？一些关于版图设计时需要注意的事项，比如如何减少寄生效应和噪声耦合，如果能有所提及，将对我在实际项目中非常有帮助。 我也希望这本书能提供一些关于现代基准源设计的最新进展。例如，在片上系统（SoS）和物联网（IoT）日益普及的今天，对低功耗、小尺寸基准源的需求越来越高。书中是否会介绍一些超低功耗基准源的设计方法，或者如何设计具有更好动态响应的基准源，以应对快速变化的电源电压？这些都是我非常关心的问题。