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ads8681 片上基准电压1.引言1.1 概述概述在实际的电子设备中，为了能够精确地采集和测量信号，需要使用到高精度的模数转换器（ADC）。
ADS8681芯片作为一款高精度的模数转换器，具有出色的性能和功能，因此受到了广泛的应用和关注。
本文将介绍ADS8681芯片的一项重要特性——片上基准电压。
片上基准电压作为芯片的参考电压，直接影响着模数转换的准确性和稳定性。
理解片上基准电压的重要性，有助于我们充分发挥ADS8681芯片的优势，并在实际应用中取得更好的性能。
接下来的章节将依次介绍ADS8681芯片和片上基准电压的相关知识。
我们将详细讲解ADS8681芯片的特点和性能，并阐述片上基准电压在模数转换中的作用。
最后，我们将对ADS8681芯片和片上基准电压进行总结，并重点强调片上基准电压的重要作用。
通过阅读本文，读者将能够全面了解ADS8681芯片和片上基准电压的相关知识，并在实际应用中正确地配置和使用该芯片，从而提高系统的精确度和稳定性。
接下来，我们将开始介绍ADS8681芯片的详细信息。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为以下几个部分进行讨论。
首先，将对ADS8681芯片进行介绍，包括其基本信息、主要特点和应用领域。
然后，我们将对片上基准电压的重要性进行探讨，分析其在电路设计中的作用和影响。
接下来，我们将总结ADS8681芯片的特点，并重点强调片上基准电压的作用。
最后，文章将给出结论，概括本文所阐述的内容，并对ADS8681芯片和片上基准电压的未来发展进行展望。
通过以上的结构，读者将能够全面了解ADS8681芯片和片上基准电压的相关知识，并深入了解其在实际应用中的价值和意义。
1.3 目的在ADS8681芯片设计和应用中，了解片上基准电压的重要性非常重要。
本文的目的是介绍片上基准电压带来的优势和作用，以及如何正确地使用和调整片上基准电压。
通过本文的阐述，读者将能够深入理解片上基准电压在ADS8681芯片中的作用机制，并能够灵活地应用到实际的系统设计中。
ADC中高精度CMOS基准电源的设计4青岛展芯微电子科技有限公司摘要：本论文针对ADC中高精度CMOS基准电源的设计进行研究。
通过对现有研究进行综述，并提出针对高精度CMOS基准电源的设计思路。
论文详细介绍了电路的拓扑结构、器件选型及布局等方面的实现。
借助仿真软件进行系统仿真，并对包括电压稳定度、温度稳定度、功耗、噪声等指标的仿真结果进行分析。
关键词：ADC；CMOS基准电源；高精度；电路设计；仿真分析一、研究背景和意义1.CMOS基准电源的重要性在模拟数字转换器（ADC）电路中，基准电源是确保ADC精度和性能的关键因素之一。
基准电源提供了稳定的参考电平，用来确定模拟电压与数字码之间的对应关系。
CMOS基准电源由于其低功耗、高精度和低噪声等优点，成为ADC设计中不可或缺的组成部分。
首先，CMOS基准电源具有低功耗的特性，可以降低整个系统的能耗。
这对于需要长时间运行或电池供电的应用非常重要，可以延长设备的使用寿命，并降低维护成本。
其次，CMOS基准电源具有高精度的特点，能够提供稳定且准确的参考电平。
这对于ADC的精准采样和转换是至关重要的。
高精度的基准电源可以减小ADC的非线性和偏差，从而提高转换的准确性和重现性。
此外，CMOS基准电源还具有低噪声的特性，能够减少电源的干扰和噪声对ADC的影响。
低噪声的基准电源可以提高ADC的信噪比和动态范围，保证输入信号的清晰度和准确性。
2.高精度基准电源在ADC中应用的意义高精度基准电源能够提供稳定可靠的参考电平。
由于信号的转换是基于基准电平进行的，如果基准电源不稳定，就会导致ADC输出的数据存在偏差或误差。
而高精度基准电源通过提供稳定的参考电平，确保了ADC在采样和转换过程中的准确性。
高精度基准电源能够提高ADC的采样精度。
采样精度是指ADC对输入信号进行离散化时的精度。
通过提供高精度的基准电源，ADC能够更准确地对输入信号进行采样和量化，从而提高数据的精确度和分辨率。
高精度Sigma-Delta ADC芯片设计研究刘庆一1 孙艳杰2 孙文海1 刘瑞华1 赵义强21.大唐半导体科技有限公司 山东省青岛市 2661002.齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科学院自动化研究所 山东省济南市 250014摘 要： S igma-Delta ADC利用过采样技术和噪声整形技术提升转换精度，高转换精度需要高过采样率，严重限制了电路的转换速度，本文针对高速高精度模数转换需求，提出基于高阶调制器结构、多比特量化和双采样技术的ADC结构，降低高精度转换所需的过采样率需求，提高电路的转换速度；结合带有前馈支路的单环调制器结构和多比特量化方式，大力缩减积分器输出摆幅，降低放大器设计难度和功耗，解决多级级联结构的稳定性差问题。
关键词：高精度模数转换器 Sigma-Delta调制器 5-bit SAR量化器1 引言近年来，随着传感器技术的发展，各类传感器广泛应用于工业及汽车电子产品等领域。
模数转换器（ADC）作为传感器信号数字化的重要电路单元，对其精度及速度要求较高[1,2]。
Sigma-Delta ADC利用过采样和噪声整形技术，可以提高信号的信噪比，提升转换精度[3,4]。
本文专注于高精度模数转换器芯片的设计，研究面向车规级传感器信号采集应用的16-bit高精度、低噪声微弱电信号采集和模数转换电路的架构设计技术，以及低噪声设计技术、失调消除技术、高性能信号缓冲器轨到轨输入级设计技术。
设计高精度、数据率可调Sigma-delta调制器，低通带纹波降采样滤波器设计技术，低噪声参考电压产生技术、电源和共模干扰抑制技术，实现高可靠高精度Sigma-Delta型模数转换器芯片。
2 总体方案总体架构如图1所示，由多位SigmaDelta调制器、重建滤波器、可编程抽取滤波器、FIR滤波器以及输入缓冲器、控制逻辑等构成。
片内集成基准电压驱动缓冲器以及用于输入信号缓冲、电平转换的差分放大器，形成高度集成的紧凑型数据采集器件，消除复杂模拟前端信号处理电路设计需求，简化ADC使用。
浅析电压基准源的设计与仿真[摘要]基准电压源广泛应用于电源调节器、a／d和d／a转换器、数据采集系统，以及各种测量设备中。
近年来，随着微电子技术的迅速发展，低压低功耗已成为当今电路设计的重要标准之一。
比如，在一些使用电池的系统中，要求电源电压在3 v以下。
因此，作为电源调节器、a／d和d／a转换器等电路核心功能模块之一的电压基准源，必然要求在低电源电压下工作。
[关键词]基准电压源 a／d 转换器基准电压源广泛应用于电源调节器、a／d和d／a转换器、数据采集系统，以及各种测量设备中。
近年来，随着微电子技术的迅速发展，低压低功耗已成为当今电路设计的重要标准之一。
比如，在一些使用电池的系统中，要求电源电压在3 v以下。
因此，作为电源调节器、a／d和d／a转换器等电路核心功能模块之一的电压基准源，必然要求在低电源电压下工作。
用于高速高精度adc的片内电压基准源不仅要满足adc精度和采样速率的要求，并应具有较低的温度系数和较高的电源抑制比，此外，随着低功耗和便携的要求，adc也在朝着低压方向发展，相应的基准源也要满足低电源电压的要求。
一、电压基准源影响的建模分析在pipelined adc系统中，基准源的主要作用是为子adc提供比较电平，同时为mdac提供残差电压。
差分基准电压源发生偏移会导致子adc比较电平和mdac残差电压发生变化。
而通过引入冗余位矫正技术可大大减小差分基准电压源所引起的比较电平变化对系统指标造成的影响，但是，mdac残差电压变化的影响却无法消除，系统的转移特性曲线仍将会发生变化，从而造成系统指标下降。
其中基准电压源的偏移主要来源于温度和电源电压的影响。
下面分析基准电压源温度漂移特性对dnl的影响。
一般情况下，实际相邻输出与理想相邻输出之间的偏差可以表示为：对于首级精度为3.5位的12位adc，在-40℃～85℃的温度范围内，对温度要求最严格的比较器一般要求基准电压源的最大温漂不超过(7／8)vdiff。
如何为ADC选择最合适的基准电压源放大器(最全)word资料主题: 驱动精密ADC：如何为您的ADC选择最合适的基准电压源和放大器?精彩问答:[问：callhxw]如何评定一颗ADC非线性？丢码？[答：Jing]you can use ADC"s INL and DNL parameter to evaluate the non-linearity and you can also use ENOB parameter to check code loss. Thanks!Generally ENOB releated with ADC"s SNR[2020-2-28 10:32:08][问：吉星]在差分输入时，不考虑直流，使用差分放大器和变压器哪个更好．[答：Mariah]Transformer is better for the better noise and distortion performance, especially in very high frequencies.[2020-2-28 10:32:14][问：Jane Yang]请问应如何处理板级噪声对于高精度AD的影响？特别是输入部分的噪声？[答：Jing]This is a good question and it"s very difficult to answer. Generally, You should consider all the input noise derived from sensor/AMP/BUFFER. You can also use a LPF to reduce the input noise. Remember the BGP of AMP should be 100x of ADC"s throughput. Thanks![2020-2-28 10:34:30][问：石林艳]AD变换的参考基准源很重要，对模拟供电电源和数字供电电源的要求也很高吗[答：Rui]模拟供电电源，和数字供电电源相对基准源来说，精度要求相对较低，一般情况下用10uF的电容和0.1uF滤波即可。
ADC（模数转换器）内部通常会有一个带隙参考电压源，用于提供稳定的参考电压，以保证ADC的测量精度和稳定性。
带隙电压是一种依赖于温度的电压，通常用于生成不依赖于温度的基准电压。
带隙电压源的原理是利用不同半导体材料的能隙差来产生一个正温度系数电压和一个负温度系数电压，然后将它们叠加起来得到一个几乎不随温度变化的基准电压。
这个基准电压可以用来为ADC提供稳定的参考电压，以实现高精度的测量。
由于ADC的输入信号范围通常较大，为了能够准确地测量各种信号，ADC需要一个稳定的参考电压来保证测量的准确性。
因此，ADC内部的带隙参考电压源是至关重要的，它能够提供稳定且高精度的参考电压，从而保证ADC的性能和测量精度。
需要注意的是，不同的ADC芯片可能会有不同的带隙参考电压源设计，因此具体的带隙电压值可能因芯片而异。
同时，带隙参考电压源的精度和稳定性也会受到制造工艺、温度等因素的影响，因此在应用中需要注意校准和补偿。
用于Pipeline ADC的参考电压和参考电流的电路系统美国模拟器件（上海代表处）宋浩然摘要 – 稳定、精密的参考电压和参考电流是pipeline ADC电路中必不可少的。
尤其是系统工作在高速转换的情况下，设计如此的参考系统更成为电子工程师的挑战。
本文通过系统的设计方法，详细地介绍了参考电压电流系统的设计流程。
最后，测试的结果验证了本文描述的系统的精度以及设计方法的高效性。
关键字：电源,模数转换器、参考电压、参考电流、系统设计方法I. 简介目前许多通讯系统中需要高速、高分辨率的模数转换器。
相比较其他结构的ADC，流水线结构（pipeline）的ADC具有速度和功耗的优势。
在每一级量化器和余量增益放大器都需要精密的参考电压。
尤其是在多级并带有很大电容负载的高分辨率ADC上，增加了参考电压的负载。
因此在高速、高分辨率的流水线ADC，精密的参考电压必须要有缓冲器来保证一定的精度和建立时间，对于高速系统，需要参考电压保持精度和速度的情况下对电容进行充放电，这对电路设计工程师来说是一个很大的挑战。
这也是很多高速ADC一般都采用外部的参考电压或参考电流的原因。
因此本文着重于在此工作条件下参考电压和参考电流的设计，同时也贯穿了系统设计的方法。
文章从设计目标到芯片测试，描述了整个设计流程。
这种设计方法对模拟电路设计自动化也很有借鉴意义，尤其是对模拟电路的拓扑选择和产生。
本文所描述的参考系统在实际的ADC电路中实现，测试结果显示电源抑制比和温度特性比较好，非常成功的集成在10bit采样率40MSPS的pipeline ADC中。
本文第二节描述系统的架构，第三节详细介绍系统的电路实现，第四节给出了测试结果，最后总结了本文的工作。
II电路架构设计整个电路系统是为pipeline ADC产生对工作电源电压、生产工艺和工作温度都不敏感的参考电压和电流。
带隙基准源(Bandgap)是在CMOS工艺中常用的对温度不敏感的结构，系统中还需有电压电流转换电路(V/I converter)。
高速ADC/DAC 测试原理及测试方法随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，以及对于系统灵敏度等以及对于系统灵敏度等要求的不断提高，对于高速、高精度的ADC ADC、、DAC 的指标都提出了很高的要求。
比如在移动通信、图像采集等应用领域中，一方面要求ADC 有比较高的采样率以采集高带宽的输入信号，另一方面又要有比较高的位数以分辨细微的变化。
因此，保证ADC/DAC 在高速采样情况下的精度是一个很关键的问题。
ADC/DAC 芯片的性能测芯片的性能测试试是由芯片芯片生产厂家完成生产厂家完成生产厂家完成的，的，的，需需要借助昂贵借助昂贵的的半导体测试仪器试仪器，，但是对于是对于板级板级板级和系统和系统和系统级级的设计人员来说设计人员来说，，更重更重要的是如要的是如要的是如何验何验何验证芯片在证芯片在板级或板级或系统系统系统级级应用应用上上的真正真正性能指标。
性能指标。
一、ADC的主要参数ADC 的主要指标分要指标分为静态为静态为静态指标和动指标和动指标和动态态指标2大类大类。
静态静态指标指标指标主主要有要有：：•Differential Non-Linearity (DNL)•Integral Non-Linearity (INL)•Offset Error•Full Scale Gain Error动态指标指标主主要有要有：：•Total harmonic distortion (THD)•Signal-to-noise plus distortion (SINAD)•Effective Number of Bits (ENOB) •Signal-to-noise ratio (SNR) •Spurious free dynamic range (SFDR)二、ADC 的测试方案要进行ADC 这些众多这些众多指标的指标的指标的验验证，证，基本基本基本的方的方的方法法是给ADC 的输入的输入端端输入一个理想的信号，的信号，然后然后然后对对ADC 转换转换以以后的数的数据进行据进行据进行采集和分采集和分采集和分析析，因此，，因此，ADC ADC 的性能测的性能测试试需要多台仪器多台仪器的的配合并配合并用用软件软件对测对测对测试结果进行试结果进行试结果进行分分析。
0引言
随着集成电路规模不断扩大，尤其是芯片系统集成技术的提出，对模拟集成电路基本模块(如A／D、D／A转换器、滤波器以及锁相环等电路)提出了更高的精度和速度要求，这也就意味着系统对其中的基准源模块提出了更高的要求。
用于高速高精度A DC的片内电压基准源不仅要满足A DC精度和采样速率的要求，并应具有较低的温度系数和较高的电源抑制比，此外，随着低功耗和便携的要求，A DC也在朝着低压方向发展，相应的基准源也要满足低电源电压的要求。
本文分析了基准源对流水线A DC精度的影响，并建立了相应的模型，确定了高速高精度A DC对电压基准源的性能要求。
给出了基于1.8 V的低电源电压，并采用结构简单的VBE非线性二阶补偿带隙基准源的核心电路，该补偿方式可以实现较低的温度系数，能满足高速高精度A DC的要求。
箝位运放采用一种低噪声两级运算放大器，该运放可提供小于0.02 mV 的失调电压，因而保证了基准源的补偿精度。
为了提高基准源的电源抑制比，本文除采用常用的共源共栅电流镜技术以外，还设计了一种简单有效的电源抑制比提高电路，从而使得基准源的电源抑制比有了较大提高。
1 电压基准源影响的建模分析
在Pipelined A DC系统中，基准源的主要作用是为子A DC提供比较电平，同时为MD A C提供残差电压。
差分基准电压源发生偏移会导致子A DC比较电平和MDA C残差电压发生变化。
而通过引入冗余位矫正技术可大大减小差分基准电压源所引起的比较电平变化对系统指标造成的影响，但是，MDA C残差电压变化的影响却无法消除，系统的转移特性曲线仍将会发生变化，从而造成系统指标下降。
其中基准电压源的偏移主要来源于温度和电源电压的影响。
下面分析基准电压源温度漂移特性对DNL的影响。
一般情况下，实际相邻输出与理想相邻输出之间的偏差可以表示为：
对于首级精度为3.5位的12位A DC，在-40℃～85℃的温度范围内，对温度要求最严格的比较器一般要求基准电压源的最大温漂不超过(7／8)V diff。
根据下列两式：
可以得到DNL对基准电压源温度系数的要求，即温度系数T C≤6.84 ppm／℃。
式中，V T0为室温25℃时的基准电压值。
2电压基准源电路结构设计
2.1 二阶曲率补偿技术
由前文分析可知，12位A DC系统要求温度系数应小于6.84ppm／K才能达到12位精度。
传统带隙基准源很难达到这个要求，因此，本文选用一种如图1所示的二阶曲率补偿的电压基准源结构。
如图1所示，根据V BE的温度关系式：
从(5)式可以看出，V BE与温度并不是简单的线性关系，最后一项就是非线性项。
其中η是与工艺相关的量。
如果发射极电流是PTA T电流，那么α=1；如果发射极电流与温度无关，则α=0。
图1中流入Q1、Q2的电流是PTAT电流，故有：
因流入Q3的电流也与温度无关，故有：
由于流过R4和R5的电流I NL正比与V NL，故可表示为：
设M1、M2、M3和M4管的宽长比一样，所以，流过四个管子的电流相等且都等于：
从式(10)可以看出，式子的第三项用来消除V EB1的非线性，这样，结合(6)式可得：
这样，由(10)式可以得到输出的基准电压源为：
2.2 低噪声箝位运放的设计
在基准源中，箝位运放的主要作用是通过电流负反馈使与输入端连接的结点的电压强制相等，并且与电源电压无关。
可用运放的输出对电流源进行适当的偏置，使其流过的电流与输入电压无关，从而使R的电流为PTA T电流。
实际的运放通常会存在失调电压、有限增益以及运放噪声，这些都会对基准电压源的性能造成影响，由于基准电压源一般工作在低频条件下，因此，对运放的频率特性要求不高。
本文在设计低噪声箝位运放的过程中，重点考虑了以下几个因素：
(1)由于运放的两个输入端基本为固定电位，不需要考虑动态范围，因此，运放的设计不考虑共模输入范围；为了保证电路适用于低电源电压场合，cascode结构不再适合，因此，本文选用普通两级运放的设计方式；
(2)选用PMOS作为运放的输入级。
因为PMOS的载流子与空穴的迁移率比N MOS的电子迁移率低2～5倍，故可以较大的减小1／f噪声。
同时由于1／噪声与MOS管的面积成反比，因此，输入管的面积需要做的很大；
(3)为了使1／f噪声最小化，负载晶体管的栅长应该比输入管的栅长更长；
(4)减小箝位运放的带宽可以有效的减小热噪声的影响。
经过仿真可以得到如图2所示的低噪声箝位运放的频率特性曲线，该曲线表明箝位运放的开环增益为81dB，单位增益带宽为139 MHz，相位裕度为61°，失调电压为0.02 mV，可见该运放能够满足系统要求。
2.3 提高电源抑制比的电路设计
带隙基准电路的电源电压抑制比可以表示为：PSRR=∣(1-A dd)／A V∣，其中A V为运放的开环增益，A dd为运放的输出与电源电N d d之比。
因此，为了提高PSRR，可以采取三种措施：一是增加运放的开环增益Av；二是改进电路结构使运放的A d d趋近1；三是引入预校正技术，即通过一个反馈电路将电源电压稳定在V reg，并由V re g为基准电路供电，以有效提高PSRR。
本文的电路结构除采用共源共栅电流镜技术外，所加入的电源抑制比提高电路还可使运放的A dd趋近1，从而大大提高基准源的电源抑制比。
电源抑制比提高电路的具体结构如图3所示，它主要由M15，M16构成。
作为M16负载的M为二极管接法，具有低输出阻抗，可在提高环路增益的同时，把电源纹波引入到环路中。
由于以PMOS作为输入管的两级密勒补偿运放的PSR约为0，因此，Vg 的PSR主要由PSR提高电路决定，具体表示为：
从上式可知，V G跟随V dd变化，使M23，M24的栅源电压保持恒定，从而提高基准电压的PSR。
3 电路仿真
3.1 温度系数的仿真
通过Hspice仿真软件可对上述基准源的整体电路进行温度系数仿真，图4所示是其温度系数仿真曲线，由图可以看出，二阶曲率补偿技术可有效降低基准源的温度，在-40℃～125℃的温度范围内，其电压基准输出变化为0.26 mV，温度系数为2.13 ppm ／℃，完全可满足12位100 MspsA DC的系统要求。
3.2 PSRR的仿真
对比加入电源抑制比提高电路前后的电压基准源电路的电源抑制比仿真结果可以发现：没有加入PSR提高电路的电压基准源的电源抑制比在低频条件下可达到-72 dB，在100 kHz条件下为-62 dB；加入PSR提高电路后，电压基准源的电源抑制比达到-101dB，在100 kHz的条件下，仍然能够达到-81 dB。
可以看出，引入PSR提高电路后，其PSR提高了29 dB。
4 结束语
本文对电压基准源引起的A DC系统的DN L误差进行了建模分析，提出了一种采用二阶曲率补偿技术的电压基准源电路，该电路运用低噪声两级运放进行箝位，同时在采用共源共栅电流镜技术的基础上加入了PSR提高电路。
通过在基于TSMC 1.8 V 0.18 μm标准CMOS工艺条件下的仿真结果表明，该电路的温度系数为2.13 ppm／℃，电源抑制比在低频条件下可达到-101 dB，可以满足12位100 Msps A DC的系统要求。
