臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出了兩種與電源電壓變動無關的參考電流源。這二種電流源都無使用電阻。第一種電流源結構是由正電源電壓係數電路及負電源電壓係數電路所組成，其中正電源係數電路會隨電源電壓上升，電流隨之增加；負電源係數電路則會隨電源電壓上升，則電流反而減少，將此二個電源係數電路做相加結合，電源係數會互相抵消，使輸出電流不隨電源電壓變動而變化。此外，第二種結構為產生兩個大小相當的正電源係數電路，將此二個正電源係數電路用相減補償的方式結合，可抵消電源電壓變動所造成之電流變化。此二種電流源結構，除了經過模擬軟體Hspice模擬外，還有實際製作晶片量測的驗證。將此不隨電源變動之電流源，並應用帶差參考電壓源理論，可進一步產生與溫度及電源電壓變動無關之參考電壓源。

This paper presents two kinds of current references which are insensitive to supply voltage and without using resistors. The first current reference is composed of a positive supply voltage coefficient circuit and a negative supply voltage coefficient circuit. The positive supply voltage coefficient circuit exhibits the characteristic that the output current will increase as the supply voltage rises. However, the negative supply voltage coefficient circuit possesses the characteristic that the output current will decrease as the supply voltage rises. By combining these two components with adding operation, the supply voltage coefficient will be cancelled to zero and the output current will reject the variation of supply voltage. In addition, the second current reference is composed of two positive supply voltage coefficient circuits with subtraction operation. The output current of this current reference will also be insensitive to supply voltage. These two current references will be insensitive to supply voltage and identified not only by HSPICE simulation but also by the measured data from an integrated prototype. By applying the current references and the theory of the bandgap reference, we can derive a voltage reference insensitive to supply voltage and temperature.

中文摘要 ………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………… ii
誌 謝 ………………………………………………………… iii
目 錄 ………………………………………………………… iv
圖 目 錄 ………………………………………………………… vi
一、 緒論…………………………………………………… 　1
1.1 研究背景……………………………………………… 　1
1.2 研究動機……………………………………………… 　2
1.3 設計流程……………………………………………… 　4
1.4 設計方法……………………………………………… 　5
二、 帶差參考電路設計原理……………………………… 　6
2.1 傳統參考電流源分析………………………………… 　6
2.2 與溫度變化無關之參考電路………………………… 11
2.2.1 負溫度係數(TC)電壓………………………………… 12
2.2.2 正溫度係數(TC)電壓………………………………… 14
2.2.3 與溫度無關之帶差參考電路………………………… 15
2.3 傳統與供應電源及溫度變動無關之帶差參考電壓… 18
三、 設計電路架構與內容………………………………… 20
3.1 電流源架構(一)……………………………………… 20
3.1.1 啟動電路(Start-up circuit)……………………… 21
3.1.2 正電源電壓係數之電流源…………………………… 22
3.1.3 負電源電壓係數之電流源…………………………… 24
3.1.4 電源電壓係數組合電路……………………………… 27
3.1.5 電流源架構(一)之完整電路………………………… 29
3.2 電流源架構(二)……………………………………… 30
3.3 對溫度變化不敏感之參考電壓源…………………… 33
四、 電路模擬與佈局……………………………………… 36
4.1 電路模擬……………………………………………… 36
4.1.1 電流源架構(一)模擬結果…………………………… 36
4.1.2 電流源架構(二)模擬結果…………………………… 39
4.1.3 對溫度變化不敏感之參考電壓源模擬結果………… 41
4.2 電路佈局……………………………………………… 46
五、 實際晶片與量測……………………………………… 52
5.1 實際晶片……………………………………………… 52
5.2 晶片量測……………………………………………… 56
六、 結論…………………………………………………… 58
參考文獻 ………………………………………………………… 59
作者簡介 ………………………………………………………… 61

[1]Yen-Bin Gu, Sheng-Feng Yueh, “Supply voltage independent current source,” Kaohsiung Normal University Journal Vol. 16, PP.403-414, 2004.
[2]Yen-Bin Gu, Sheng-Feng Yueh, Shin-Liang Chen, and Ting-Wei Chang, “Supply and Temperature Insensitive Current Reference,” submit.
[3]黃俊勛，“ 2004年我國IC產業回顧與展望 ”，經濟部技術處ITIS計畫，工研院經資中心，2005年1月10日。
[4]簡志勝，“ 類比IC市場現況 ”，經濟部技術處ITIS計畫，工研院經資中心，2004年6月14日。
[5]Behzad Razavi, “Design of Analog CMOS Integrated Circuits,” McGRAW-HILL, 2001.
[6]Arne E. Buck, Charles L. McDonald, Stephen H. Lewis, and T.R. Viswanathan, “A CMOS Bandgap Reference Without Resistors,” IEEE J. Solid-State Circuits, VOL. 37,NO. 1,Jan 2002.
[7]蔡明諭，莊作彬， “ 全客戶式IC設計 ”，學貫行銷股份有限公司，民國92年12月。
[8]鍾文耀，鄭美珠，“ CMOS電路模擬與設計使用Hspice ”，全華科技圖書股份有限公司，民國92年9月。
[9]張文清，蔡佩珊，“ SPICE電子電路模擬 ”，鼎茂圖書出版股份有限公司，民國92年5月。
[10]彭罡竚，謝遠達，張文旭，“ Full-Custom IC Design Concepts (for WS) ”，CIC訓練課程，國家晶片系統設計中心，民國93年7月。