最新mx带隙基准源电路与版图设计

合集下载

低功耗带隙基准电压源电路设计

低功耗带隙基准电压源电路设计蒋本福【摘要】文章提出一种三层self-cascode管子工作在亚阈值区的低功耗带隙基准电压源电路.该电路具有电路结构简单、功耗低、温度系数小、线性度小和面积小等特点.采用CSMC 0.18μm的标准CMOS工艺,华大九天Aether软件验证平台进行仿真.仿真结果表明,在tt工艺角下电路的启动时间为6.64μs,稳定输出的基准电压Vref为567 mV;当温度在-40℃~125℃范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的温度系数TC为18.8 ppm/℃;电源电压在1.2 V~1.8 V范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的线性度为2620 ppm/V;在10 Hz~1 kHz带宽范围内,tt工艺角下基准电压Vref的电源抑制比(PSRR)为51 dB;版图核心面积为0.00195 mm2.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】3页(P39-41)【关键词】Aether软件;功耗;温度系数;线性度;面积【作者】蒋本福【作者单位】吉林大学珠海学院,广东珠海519000【正文语种】中文【中图分类】TN432在模拟IC和混合IC中，带隙基准电压是不可缺少的电路模块。

传统的低压、低功耗带隙基准电路是基于垂直双极晶体管，在文献[1-2]中分别提出了多种设计方法。

然而，这些方法都需要几百兆欧姆的电阻实现低功耗运行，占用较大芯片面积，浪费资源。

参考文献[3]也提出了由几个工作在亚阈值区的MOS管组成的电路，虽然保证了低功耗，但是也出现了温度补偿不够等问题。

为了实现低温漂带隙基准电压电路，高阶温度补偿技术[5]必须得到广泛应用，以减小带隙电压的温度系数。

因此本文提出在低功耗的带隙基准基础上增加高阶温度补偿电路来实现低温漂基准电压电路。

电路原理图如图1所示，主要由启动电路[4]、电流产生电路[5]和self-cascode[4-5]自偏置电路三部分组成。

带隙基准电路设计要点

帯隙基准电路设计（东南大学集成电路学院）一.基准电压源概述基准电压源(Reference V oltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源，它是模拟和数字电路中的核心模块之一，在DC/DC ，ADC ，DAC 以及DRAM 等集成电路设计中有广泛的应用。

它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。

模拟电路使用基准源，是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定。

在CMOS 技术中基准产生的设计，着重于公认的“帯隙”技术，它可以实现高电源抑制比和低温度系数，因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路。

基于CMOS 的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。

常用的包括Banba 和Leung 结构带薪基准电压源电路。

在综合考虑各方面性能需求后，本文采用的是Banba 结构进行设计，该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR 高的特点，最后使用Candence 软件进行仿真调试。

二.帯隙基准电路原理与结构1.工作原理带隙基准电压源的设计原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性，通过将两个具有相反温度系数的电压进行线性组合来得到零温度系数的电压。

用数学方法表示可以为：2211V V V REF αα+=，且02211=∂∂+∂∂T V T V αα。

1).负温度系数的实现根据双极性晶体管的器件特性可知，双极型晶体管的基极-发射极电压BE V 具有负温度系数。

推导如下：对于一个双极性器件，其集电极电流)/(ex p T BE S C V V I I =，其中q kT V T /=，约为0.026V ，S I 为饱和电流。

根据集电极电流公式，得到：SC T BE I I V V ln= (2.1) 为了简化分析，假设C I 保持不变，这样： TI I V I I T V T V S S T S C T BE ∂∂-∂∂=∂∂ln (2.2) 根据半导体物理知识可知：kT E bT I gm S -=+ex p 4 (2.3)其中b 为比例系数，m ≈−3/2，Eg 为硅的带隙能量，约为1.12eV 。

带隙基准电压源设计解析

0 引言基准电压是集成电路设计中的一个重要部分，特别是在高精度电压比较器、数据采集系统以及A／D和 D／A转换器等中，基准电压随温度和电源电压波动而产生的变化将直接影响到整个系统的性能。

因此，在高精度的应用场合，拥有一个具有低温度系数、高电源电压抑制的基准电压是整个系统设计的前提。

传统带隙基准由于仅对晶体管基一射极电压进行一阶的温度补偿，忽略了曲率系数的影响，产生的基准电压和温度仍然有较大的相干性，所以输出电压温度特性一般在20 ppm／℃以上，无法满足高精度的需要。

基于以上的要求，在此设计一种适合高精度应用场合的基准电压源。

在传统带隙基准的基础上利用工作在亚阈值区MOS管电流的指数特性，提出一种新型二阶曲率补偿方法。

同时，为了尽可能减少电源电压波动对基准电压的影响，在设计中除了对带隙电路的镜相电流源采用cascode结构外还增加了高增益反馈回路。

在此，对电路原理进行了详细的阐述，并针对版图设计中应该的注意问题进行了说明，最后给出了后仿真结果。

l 电路设计1．1 传统带隙基准分析通常带隙基准电压是通过PTAT电压和CTAT电压相加来获得的。

由于双极型晶体管的基一射极电压Vbe呈负温度系数，而偏置在相同电流下不同面积的双极型晶体管的基一射极电压之差呈正温度系数，在两者温度系数相同的情况下将二者相加就得到一个与温度无关的基准电压。

传统带隙电路结构如图1所示，其中Q2的发射极面积为Q1和Q3的m倍，流过Q1～Q3的电流相等，运算放大器工作在反馈状态，以A，B两点为输入，驱动Q1和Q2的电流源，使A，B两点稳定在近似相等的电压上。

假设流过Q1的电流为J，有：由于式(5)中的第一项具有负温度系数，第二项具有正温度系数，通过调整m值使两项具有大小相同而方向相反的温度系数，从而得到一个与温度无关的电压。

理想情况下，输出电压与电源无关。

然而，标准工艺下晶体管基一射极电压Vbe随温度的变化并非是纯线性的，而且由于器件的非理想性，输出电压也会受到电源电压波动的影响。

1.5-V高阶曲率补偿CMOS带隙基准源

1.5-V高阶曲率补偿CMOS带隙基准源摘要此报告中设计了一种新的低电平，低噪声，高阶曲率补偿CMOS带隙基准源。

此带隙电路用两个电阻串来减小电源电压。

此外，由高阻抗的多晶硅电阻和扩散电阻产生的热敏电阻比来提供高阶补偿。

此所设计的带隙基准电压源能在1.5V电源电压下工作（此时0℃时V th=0.9V），它的温度系数小于15.2ppm/℃，平均电源调整率为5.5mV/V。

1.简介基准电压源是许多电子元器件的主要组成，例如电源转换器，数字转化器，射频电路。

温度对带隙基准电压源的影响毫无疑问会影响它的性能。

因此低电平，低功率，低温飘带隙基准电压源在工业生产中越来越重要。

事实上，许多现有的技术都能减小基准电压源的温度系数，如Song等人提出的二次温度补偿， Rincon-Mora等人提出的分段线性曲率校正。

Audy和Lewis等人分别提出了更简单的基于热敏电阻比来加以实现的二阶和三阶曲率补偿带隙基准源。

这个方法被Leung等人进一步发展为高阶曲率补偿用于CMOS带隙基准电压源的设计。

曲率补偿CMOS带隙基准电压源利用一个负温度系数的高阻抗多晶硅电阻和一个正温度系数的扩散电阻来产生一个热敏电阻比，以此能够有效地减少此带隙基准源的温度漂移。

以上电阻都能在CMOS工艺中实现。

有过报道的最低工作电源电压为2V，这对于将来的应用还远不够低。

为了未来应用中进一步减小所要求的电源电压，这里提出一种基于以上理论的低电压曲率补偿带隙基准源。

它利用两个完全相同的电阻串来同时提供曲率补偿和电压电平摆幅。

在文章中，我们所设计的低电压带隙基准电压源将在第2章节中介绍。

影响基准电压源精确度的重要设计因素，包括如电流镜匹配，放大器的偏移电压和输出噪声。

章节3中的实验结果证实了这一结论。

章节4为最后的总结。

2.我们所设计的曲率补偿带隙基准源此低电压，高阶曲率补偿带隙基准源的电路结构和完整原理图分别如图1.和图2.所示。

图1.高阶曲率补偿带隙基准源的电路结构图2. 高阶曲率补偿带隙基准源的原理图在常规设计中，电源电压被误差放大器的PMOS输入级电压V GS所制约，而为了降低电源电压，应使用NMOS作为误差放大器的输入级。

带隙基准设计实例

带隙基准设计实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN带隙基准电路的设计基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。

目前,基准电压源被广泛应用在高精度比较器、A/ D 和D/ A 转换器、动态随机存取存储器等集成电路中。

它产生的基准电压精度、温度稳定性和抗噪声干扰能力直接影响到芯片,甚至整个控制系统的性能。

因此,设计一个高性能的基准电压源具有十分重要的意义。

自1971 年Robert Widla 提出带隙基准电压源技术以后,由于带隙基准电压源电路具有相对其他类型基准电压源的低温度系数、低电源电压,以及可以与标准CMOS 工艺兼容的特点,所以在模拟集成电路中很快得到广泛研究和应用。

带隙基准是一种几乎不依赖于温度和电源的基准技术,本设计主要在传统电路的基础上设计一种零温度系数基准电路。

一设计指标：1、温度系数：ref F VTC V T ∆=∆ 2、电压系数：ref F ddV VC V V ∆=∆ 二带隙基准电路结构：三性能指标分析如果将两个具有相反温度系数（TCs ）的量以适合的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数。

在零温度系数下，会产生一个对温度变化保持恒定的量V REF 。

V REF = a 1V BE + a 2V T ㏑(n)其中, V REF 为基准电压, V BE 为双极型三极管的基极-发射极正偏电压, V T 为热电压。

对于a 1和a 2的选择，因为室温下/ 1.5m /BE T V V K ∂∂≈-,然而/0.087m /T V T V K ∂∂≈+,所以我们可以选择令a 1=1,选择a 2lnn 使得2(ln )(0.087/) 1.5/n mV K mV K α=,也就是2ln 17.2n α≈，表明零温度系数的基准为：17.2 1.25REF BE T V V V V ≈+≈对于带隙基准电路的分析，主要是在Cadence 环境下进行瞬态分析、dc 扫描分析。

带隙基准

偏置电路
例：分析启动电路上电时，M5、M6 off
Vx = Vy = 0(t = 0) ⇒Vx ↑,Vy ↑ ⇒Vy ,Vx > Vth, M6 M5 on
M5 on 导致电路脱离简并点。 M6 导通使X点的电压下降，最终使M5关断。
1 W 分析关键点： 2 µCox L = [VDD − I6 (Ra + Rb ) −Vth6 ] = I6 6
(if
VT IC VT Eg = ln − (4 + m) − 2 VT m ≈ −3/ 2 T IS T kT ≈ Vbe − (4 + m)VT − Eg / q T
o
当
Vbe = 750mV T = 300 K
⇒
∂Vbe = −1.5mV /o K ∂T
带隙基准
2 I1 2I 2
令： Vgs 3 = Vgs 4 ⇒ Vth 3 +
β3
= Vth 4 +
β4
因为衬偏效应相同， ∴ I1 I 2 = β 3 β 4 则：Vgs1 = Vgs 2 ⇒ I1 I 2 = β1 β 2 设计： W
L 3 W W W = L 4 L 1 L 2
Rout ≅ gm1ro1ro2 (1+ A)
例： mirror A (Sackinger 1990)
rout ≅ g m1 g m 3 rds1 rds 2 rds 3 2
VDS 2 = VDS 5 = Veff 3 + Vtn
改进的电流源
mirror B (Martin 1994)
VG 3 = 2Veff + Vtn

带隙基准电路设计与仿真

带隙基准电路设计与仿真带隙基准电路是一种用于产生稳定电压参考的电路，它的工作原理是利用带隙参考电压源的稳定性，将其转换为稳定的输出电压。

在电子设备中，带隙基准电路被广泛应用于各种需要稳定参考电压的场合，如模拟电路中的比较器、放大器、ADC、DAC等。

1.确定设计指标和要求：首先需要确定带隙基准电路的设计指标和要求，包括输出电压的精度、波动、温漂等。

这些指标将直接影响到整个电路的设计和性能。

2.选择合适的带隙参考电压源：带隙参考电压源是带隙基准电路的核心部分，选择合适的电压源对于整个电路的性能至关重要。

常见的带隙参考电压源有基准二极管电压源、基准电流源和温度补偿电压源等。

3.设计和优化调整电路：调整电路用于校准输出电压，使其达到所需的精度，也可以用于调整输出电压的温度系数。

调整电路通常由运放、电阻网络和校准电压源等组成，通过合理选择和设计这些元件，可以优化整个电路的性能。

4.进行仿真和优化：在设计结束后，需要进行电路的仿真和优化。

通过仿真可以验证电路的性能，并进行参数调整和优化，以满足设计指标和要求。

5.制作原型并测试：在设计和仿真完成后，可以制作原型并进行测试。

测试结果将反馈给设计人员，并根据需要进行进一步的调整和优化。

设计带隙基准电路需要综合考虑电路的稳定性、精度、功耗和成本等因素。

在选择和设计电路元件时，可以采用一些常用的优化方法，如小信号模型分析、傅里叶级数分析、参数扫描等。

最后，需要注意的是，在设计带隙基准电路时，还应考虑一些特殊因素，如温度变化、噪声干扰、工作电流等影响电路性能的因素，并采取相应的补偿措施。

总之，带隙基准电路的设计与仿真是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素，通过合理的选择和设计来满足设计指标和要求。

带隙基准电压源设计

基于BiCMOS工艺的带隙基准电压源设计叶鹏1，2，文光俊1,2，蔡竟业1, 王永平2(1.电子科技大学通信与信息工程学院，四川成都 610054)(2.广州润芯信息技术有限公司，广东广州 510663 )摘要：电压基准是模拟集成电路的重要单元模块，本文在0.35um BiCMOS工艺下设计了一个带隙基准电压源。

仿真结果表明，该基准源电路在典型情况下输出电压为1.16302V，在-45℃～105℃范围内，其温度系数为3.6ppm/℃，在在电源电压为3V～3.6V范围内，参考电压从.16295V～1.16308V，变化了130uV，电源电压调整率为0.0186%/V。

关键字：带隙基准电压源；温度系数；电源电压调整率；BiCMOS中图分类号 TN782 文献标识码 AA Veference Voltage Circuit Design on BiCMOSTechnologyYE Peng1,2,WEN Guang-jun1,2,CAI Jing-ye1,WANG Yong-ping2(1 School of Communication and Information Engineering, University of Electronic Scienceand Technology of China, Chengdu Sichuan 610054)(2 Guangzhou Runxin Information Technology Co. LTD, Guangzhou Guangdong 510663)Abstract：voltage reference is a critical module in analog integrated circuit.this paper design a bandgap voltage reference,the simulation result demonstrate that the output voltage is 1.16302V in typical,the temperature coefficience is 3.6ppm/℃when temperature from -45℃ to 105℃,the reference voltage is from 1.16295V to 1.16308V when power voltage 3V～3.6V,the vary Is 130uV,Keywords: bandgap voltage source;temperature coefficience;Line Sensitivity;BiCMOS1引言设计基准电路的目的就是建立一个与电源和工艺无关，具有确定温度特性的直流电压或电流。

基于超低功耗应用的全MOSFET带隙基准电路设计

基于超低功耗应用的全MOSFET带隙基准电路设计全MOSFET带隙基准电路设计基于SMIC 0.18um CMOS 工艺，首先设计了一种全 MOSFET结构的低功耗基准电压源，性能基本达到指标要求，利用Cadence Spectre完成电路仿真并完成版图设计。

本文设计的低功耗基准电压源的优势以及创新之处在于:实现了低的电路功耗，在1.8V电源电压下，输出电压为470mV时，电路的总功耗约为111nW，电源抑制比达到-30db 以上，温度系数为92.8ppm/℃，最终设计达到了预期的设计目标。

版图设计部分对每一个模块都进行了优化，整体采用三层金属线连接，减少了对工艺的需求。

利用Calibre 软件完成了电路DRC验证与LVS验证，最终完成可流片的版图，总面积为210um*140um，实现了无电阻，无双极型晶体管的全MOS结构，占用面积小，与数字CMOS工艺兼容，节省生产制造成本。

带隙电压基准的设计_毕业设计

Keywords:MOS device; bandgap voltage reference; extraction; output voltage temperature coefficient;
0
基准电压源(Reference Voltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定，可见基准源是子电路不可或缺的一部分，因此也可以说性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一。
1.1
1
N型MOS（NMOS）器件制作在p型衬底上（衬底也称作bulk或者body），两个重掺杂n区形成源端和漏端，重掺杂的（导电的）多晶硅区（通常简称poly）作为栅，一层二氧化硅使栅与衬底隔离。器件的有效作用就发生在栅氧下的衬底区。注意，这种结构中的源和漏是对称的。
源漏方向的栅的尺寸叫栅长L，与之垂直方向的栅的尺寸叫做栅宽W。由于在制造过程中，源/漏结的横向扩散，源漏之间实际的距离略小于L。定义，式中称为有效沟道长度，是沟道总长度，而是横向扩散的长度。与氧化层厚度对MOS电路的性能起着非常重要的作用。因此，MOS技术发展中的主要推动力就是不是器件的其他器件参数退化而一代一代的减少这两个尺寸。从简单的角度来看，PMOS器件可通过将所有掺杂类型取反来实现，在实际中，NMOS和PMOS器件必须在同一晶片上，也就是说做在相同的衬底上。NMOS和PMOS晶体管的区别在于每个PFETs可以出于各自独立的n阱中，而所有NFETs则共享同一衬底。
（1.2）
其中为过驱动电压，称W/L为宽长比,以上两等式是CMOS模拟电路设计的基础，它描述了与工艺常数，器件的尺寸W和L以及栅和漏相对于源的电位之间的关系。

带隙基准电路设计

它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。

模拟电路使用基准源，是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定。

基于CMOS 的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。

常用的包括Banba 和Leung 结构带薪基准电压源电路。

在综合考虑各方面性能需求后，本文采用的是Banba 结构进行设计，该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR 高的特点，最后使用Candence 软件进行仿真调试。

用数学方法表示可以为：2211V V V REF αα+=，且02211=∂∂+∂∂T V T V αα。

1).负温度系数的实现根据双极性晶体管的器件特性可知，双极型晶体管的基极-发射极电压BE V 具有负温度系数。

推导如下：对于一个双极性器件，其集电极电流)/(ex p T BE S C V V I I =，其中q kT V T /=，约为0.026V ，S I 为饱和电流。

一种带隙基准电路电压源设计

一种带隙基准电路电压源设计摘要：针对传统带隙基准源仅采用一阶温度补偿技术导致温度系数较差的问题就需要采用高阶曲率补偿电路。

曲率补偿的方法是通过在基准源输出电压上叠加一个温度的指数函数，从而实现高阶补偿的目的。

电路基于tsmc0.18um工艺，Candence行仿真。

测试结果表明，温度由-40℃变化到125℃时,使用高阶温度补偿后带隙基准电压的温度漂移系数为6.60ppm/℃电源抑制比62.81dB。

关键词：带隙基准电路、曲率补偿引言基准源是模拟电路或者数模混合信号集成电路的重要组成部分，基准源的建立要求是与电源、工艺和温度无关的电压源或者电流源，基准源在整个电路或者系统中通过对基准电压比来处理输入信号，此时基准的性能会直接影响电路或者系统的性能。

所以基准源应该具有的抗干扰能力，此时就要降低基准源的温度系数，同时保证有较大的抑制比。

一般的带隙基准电路只采用一阶温度补偿的策略来实现基准源的设计，但是要降低温度系数，就要采用高阶温度补偿策略。

把一阶线性电流引人三极管的集电极，利用三级管基极-发射极电压的叠加得到产生一个具有高阶温度系数补偿电流，然后将高阶温度系数补偿电流产生的电压与一阶温度补偿电流产生的电压叠加实现多阶温度补偿，此外可以调整电阻的阻值来控制正带隙电压的温度特性，利用电路中的运放与负反馈来提高电路的电源电压抑制比。

1.电路设计已知带隙基准是由正温度系数电压（PTAT）与负温度系数电压（CTAT）按照一定比例组合产生与温度无关的基准电压（Vref）。

传统基准源设计由pnp三极管Q1与Q2的VBE之差产生了PTAT电压，再通过R1将PTAT电压转化为电流输出，然后利用运放出入端V+、V-相同输出电压为0V，运放将R1产生的PTAT电流通过Q5、Q6的电流镜拷贝输出，R2作为负载和Q3一起将PTAT电流转化为电压输出，电路所有的三极管都为二极管连接方式。

1-1传统带隙基准源1.1研究方案带隙基准电压源的基本原理就是用具有正温度系数的PTAT电压与具有负温度系数的VBE 电压相叠加，从而形成低温度系数的输出电压。

高性能带隙基准电压源的研究与设计

第二种是一款具有良好热稳定性的三端可调式精密稳压基准源芯片 XD6201。该芯片基于 2μm 35V Bipolar 工艺进行设计，基准电压(2.5V)精度达到了±0.5%，且有宽的输出电压范围(2.5V~30V)。芯片动态输出阻抗仅为 0.2Ω，最大漏电流能力为 200mA。最后对芯片进行了仿真验证，结果显示该芯片的电特性均达到或优于设计指标。
The first voltage reference without an error amplifier based on 0.4μm BCD process is applied to an active power factor correction controller chip. Due to the high supply voltage of the chip, the reference is required to operate over a voltage range of 9.7V to 20V and achieves a perfect PSRR performance. Simulations show that, a temperature coefficient of 10.8ppm/℃ from -40℃ to 125℃, a PSRR up to -108dB within 1KHz and a line regulation of 2.52μV/V can be achieved.
Keywords: Bandgap Reference Temperature Coefficient PSRR Temperature Compensation
西安电子科技大学
学位论文独创性(或创新性)声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

带隙基准电路的基本原理电路核心以及误差源和抑制比的分析

带隙基准电路的基本原理电路核心以及误差源和抑制
比的分析
近年来，由于集成电路的飞速发展，基准电压源在模拟集成电路、数模混合电路以及系统集成芯片(SOC)中都有着非常广泛的应用，对高新模拟电子技术的应用和发展也起着至关重要的作用，其精度和稳定性会直接影响整个系统的性能。

因此，设计一个好的基准源具有十分现实的意义。

1 带隙基准电路的基本原理
带隙基准电压源的目的是产生一个对温度变化保持恒定的量，由于双极型晶体管的基极电压VBE，其温度系数在室温(300 K)时大约为-2．2 mV／K，而2个具有不同电流密度的双极型晶体管的基极-发射极电压差VT，在室温时的温度系数为+0．086 mV／K，由于VT与VBE的电压温度系数相反，将其乘以合适的系数后，再与前者进行加权，从而在一定范围内抵消VBE的温度漂移特性，得到近似零温度漂移的输出电压VREF，这是带隙电压源的基本设计思想。

1．1 带隙基准电压源核心电路
本文提出的电路核心结构如图1所示，在电路中双极晶体管构成了电路的。

带隙基准设计

带隙基准设计带隙基准参数设计基准源核心电路参数设计首先，考虑两个三极管发射极面积之比N的选取。

由上述公式可知：N值越大，则R2/R3的比例就越小，从而可以减小电阻的版图面积。

但是N值越大，也会导致三极管的静态电流增大。

折中选取N=8，这样版图可以采用中心对称布局，有利于减少匹配误差。

假设选取的工艺下的三极管的电流大于1uA时，VBE的输出曲线较为平滑。

从节省功耗的角度，假定流过三极管集电极的电流为1uA。

由上述公式可知，当N=8、IR3=1uA、T=300K时，计算得：考虑到R1和R2的数值数倍于R3，则电阻值太大，消耗版图面积太大。

因此，作为折中，选取R3为10K，电流值为5uA 左右。

确定了以上参数后，考虑一阶补偿时R2的取值。

对上述公式在T0处求导可得：令上式为零，即进行一阶补偿，可得：化简得：代入参数，VG0=1.205V，查图可知VEB1在5uA的偏执电流下约为716mV，300K温度下VT0=26mV，r=3.2，a=1（三极管的偏置电流为PTAT），N=8，计算得：为了产生600mV的输出电压，需要调整R4的值。

由上式可以推出：在T=300K条件下代入各值，求得R4=48.5K。

考虑到各个电阻阻值偏大，故将各电阻设为高阻多晶型。

然而，高阻多晶虽然有很高的方阻，但是工艺稳定性不太好，故后期的Trimming工序是必不可少的。

最后，确定电流镜的尺寸。

采用适当偏小的宽长比，可以提高电流镜的过驱动电压，进而可以减小电流镜阈值电压失配所带来的影响。

另外，沟道长度调制效应也是一个重要影响因素，考虑到低压应用不能使用Cascode结构，可以增大器件的栅长来减小沟道长度调制效应的影响。

但是过大的沟道长度会导致版图的面积的增加，需要在性能和版图面积之间做出折中。

经过计算与迭代仿真，选取M1、M2和M3的宽长比为10um/1um。

注意电流镜的版图设计中需采用中心对称布局以减小误差。

综上，通过理论分析，确定带隙核心电路的器件参数为：运算放大器设计运放的性能对带隙的性能有着直接的影响。

一种电压可调式带隙基准源的研究与设计

-4 - 科学技术创新2019.14-种电压可调式带隙基准源的研究与设计周瑞贺龙周赵心越(成都信息工程大学通信工程学院，四川成都610225)摘要:本文设计一种低温漂系数的电压可调式CMOS 带隙基准电压源，与传统的CMOS 带隙基准电压源相比，该电压源不仅能生成1.24V 的标准带隙基准电压，还可以可通过调整电阻的比值产生更低或者更高的基准电压。

利用电阻分压法，基准电路可以在低电压条件下运行。

采用TSMC 0.18umCMOS 工艺，使用spectre 仿真，在1.8V 的供电电压下，可以产生1.2V 的基准电压，在-409~120七的温度范围内，其温度系数为12ppm/°C,电源抑制比为66dB 。

关键词:可调式带隙基准；电源抑制比；电阻分压;低温度系数中图分类号:TN402,TN432 文献标识码：A 文章编号:2096-4390 (2019)14-0004-02随着集成电路的发展，芯片内模块单元对电压的稳定性要求越来越高。

外部供电电源由于具有明显的电源纹波，对内部电路的影响也越来越明显叫因此，需要一种不受电源纹波、外部温度变化以及工艺影响的电压源作为基准，来保证芯片的性能。

带隙基准电压源(Bandgap Voltage Reference )作为一种能够提供稳定电压的电路叫正被广泛地运用于各模拟、数模混合芯片电路中，尤其是高精度的比较器，模数、数模转换器等叫都需要具有低温度系数®的带隙基准电路。

而带隙基准的电路的性能，又直接影响着这些具有高精度特征电路的整体性能。

而 CMOS 工艺成本低廉，容易集成于片内，是当下研究的热点叫因此，对CMOS 工艺实现的带隙基准电路进行研究，势在必行。

1传统的带隙基准电压电路传统的带隙电路主要由运算放大器、双极晶体管和电阻构成，如图1所示。

带隙基准的输出电压是双极晶体管B3基极发射极电压V bq 和电阻R3电压Vm 之和。

《带隙基准电路》课件

调整电阻值
运放是带隙基准电路中的关键元件，其性能直接影响电路的性能。需要根据电路要求选择合适的运放，如带宽、噪声、失调等参数。
选择合适的运放
电源电压和功耗是带隙基准电路的重要参数，需要考虑在满足性能要求的同时，尽量减小功耗和电源电压。
考虑电源电压和功耗
1
2
3
利用CMOS工艺制作带隙基准电路，具有高集成度、低功耗等优点，是当前最常用的实现方法。
带隙基准电路
目录
带隙基准电路概述带隙基准电路的基本原理带隙基准电路的设计与实现带隙基准电路的性能测试与评估带隙基准电路的改进与发展趋势
01
CHAPTER
带隙基准电路概述
带隙基准电路是一种集成电路，用于产生一个与温度和电源电压无关的参考电压或电流。
它利用双极晶体管的基极-发射极电压差（ΔVBE）的正温度系数和硅的带隙电压（VBG）的负温度系数来产生一个零温度系数的电压或电流。
性能比较
将带隙基准电路的性能与其他同类电路进行比较，以评估其性能优劣。
数据分析
对测试数据进行统计分析，以评估带隙基准电路的性能指标是否满足设计要求。
改进建议
根据测试结果，提出改进带隙基准电路性能的建议和措施，以提高其性能。
03
02
01
05
CHAPTER
带隙基准电路的改进与发展趋势
温度补偿
01
通过分析电路的频率响应、噪声和温漂等特性，评估带隙基准源的稳定性。
稳定性分析
启动电路
线性调整率
带隙基准源在输入电压变化时，输出电压的变化率。
负载调整率
带隙基准源在不同负载条件下，输出电压的变化率。
03
CHAPTER
带隙基准电路的设计与实现

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

m x带隙基准源电路与版图设计论文题目：带隙基准源电路与版图设计摘要基准电压源具有相对较高的精度和稳定度，它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。

本文的主要目的是用BiCMOS工艺设计出基准源电路的版图并对其进行验证。

本文首先介绍了基准电压源的背景发展趋势及研究意义，然后简单介绍了基准电压源电路的结构及工作原理。

接着主要介绍了版图的设计，验证工具及对设计的版图进行验证。

本设计采用40V的0.5u BiCMOS工艺库设计并绘制版图。

仿真结果表明，设计的基准电压源温度变化为-40℃~~85℃，输出电压为2.5V及1.25V。

最后对用Diva验证工具对版图进行了DRC和LVS验证，并通过验证，表明本次设计的版图符合要求。

关键字：BiCMOS，基准电压源，温度系数，版图仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢47Subject: Research and Layout Design Of Bandgap ReferenceSpecialty: MicroelectronicsName: Zhong Ting (Signature)＿＿＿＿Instructor: Liu Shulin (Signature)＿＿＿＿ABSTRACTThe reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in order to get the bias has nothing to do with power, or in order to be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of all electronic systems the most basic and critical requirements of one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified.This paper first introduces the background of the trends and significance of the reference voltage source, and then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory.This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process database design and draw the layout.The simulation results show that the design of voltage reference temperature of -40 ° C ~ ~ 85 ° C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territory of the design meet the requirements.Keywords: BiCMOS，band gap , temperature coefficient, layout目录1 绪论 01.1 背景介绍及发展趋势 01．2 研究意义 (2)仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢471.3 本文主要工作 (3)2 基准电压源电路设计 (4)2.1 基准电压源的分类及特点 (4)2.2 基准电压源的温度特性 (6)V (6)2.2.1 负温度系数项BE2.2.2 正温度系数电压 (6)2.3 基本原理 (7)2.3.1 与温度无关的电路 (7)2.3.2.与电源无关的偏置电路 (8)2.4 基准电压源电路设计 (8)2.4.1 基本原理 (8)2.4.2 运放的设计 (9)2.4.3 带隙核心电路设计 (13)2.5 仿真分析 (14)3 版图设计 (18)3．1 版图设计的基础 (18)3.1.1 集成电路版图设计与掩膜版、制造工艺的关系 (18)3.1.2 版图设计的设计规则 (19)3.1.3 版图通用设计步骤 (22)3.2工艺介绍 (23)3.2.1 常见工艺简介 (23)3.2.2BiCMOS工艺 (25)3.3 带隙基准电路的版图设计 (27)3.3.1版图的分层及连接 (27)3.3.2 版图设计环境介绍 (27)3.3.3 器件及总体版图 (29)4 版图验证 (37)仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢474.1 版图验证概述 (37)4.2 验证工具介绍 (38)4.2.1 Cadence概述 (38)4.2.2 Diva使用介绍 (39)4.3 版图的DRC验证 (43)4.4 版图的LVS验证 (43)5总结 (45)致谢 (46)参考文献 (46)仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢471 绪论1.1 背景介绍及发展趋势基准源是模拟与数字系统中的核心模块之一，它被广泛应用于动态存储（DRAM）、闪存（flash memory）以及其他模拟器件中。

其实现方式有电压基准和电流基准。

基准电压源是模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、线性稳压器和开关稳压器、温度传感器、充电电池保护芯片和通信电路等电路中不可缺少的部分，基准电流源主要作为高性能运算放大器等器件或电路的偏置，也可用于LVDS 驱动器和Viterbi解码器。

基准源需要有稳定的工艺、电压和温度系数，并且不需要随着制造工艺的改变而改变。

带隙基准参考源通常是模拟和混合信号处理系统中重要的组成模块，它用来提供高稳定的参考电平和参考电压，对系统的性能起着至关重要的作用。

传统的带隙基准电路利用双极型晶体管的基极—发射极电压V m的负温度系数和不同电流密度下两个双极型晶体管基极—发射极电压的差值的正温度系数相互补偿，使输出电压达到很低的温度漂移。

但实际设计电路中由于运放的失调电压对V m的影响，V m与温度的非线性关系，使传统的带隙基准电路在温度系数、功耗、PSRR等方面无法达到现今集成电路设计的要求。

随着现代如今，带隙基准源在AD/DA、电源芯片、锁相环、高精度的电压表、电流表、欧姆表等领域有着很广泛的应用。

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢47微电子技术和通信技术的发展，集成电路已进入超深亚微米时代，它的发展继续以高速、高集成度、低功耗为目标。

在发展的同时，集成电路逐渐与其它学科和技术相结合,形成新的方向,新的学科或专业,不断改变着传统专业分工的格局，使得SOC系统(System on Chip)越来越复杂。

这对模拟电路基本模块的电压、功耗、精度和速度等, 提出了更高的要求。

传统的带隙基准源电路结构渐渐难以适应设计需求。

近几年，国内外学者都对传统带隙基准源进行了改进，主要集中降低温度系数，提高了PSRR以及使其能工作在低电源电压下，展现出低功耗、低噪声、低温漂、高精度等特性。

国内外对CMOS工艺带隙基准电压源做了大量的研究，最新的技术进展主要体现在以下几个方面。

(1)低温度系数低温度系数的电压基准源对于高分辨率的DAC和ADC尤其重要。

对于一阶补偿的带隙基准源，温度系数通常可以做到10．60ppm／。

C。

为了进一步降低带隙基准的温度系数必须做高阶补偿。

目前出现的高阶补偿技术包括利用MOS管亚阈区v～I特性的补偿的带隙基准电路、利用电阻的温度特性的曲率校正方法、指数曲率补偿方法、温度分段补偿方法等。

(2)低电压工作的电压基准源随着深亚微米集成电路技术的不断发展，集成电路的电源电压越来越低。

带隙基准电压在1．2V左右，所以一般的带隙基准源的工作电压至少在1．2V以上。

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢47采用特殊电路结构的带隙基准源可以工作在1V左右。

采用这些电路结构后主要的工作电压限制通常来自于运放的工作电压，并最终受限于MOS管的阈值电压。

(3)高电源纹波抑制比随着射频集成电路和数字电路的发展以及带基准源在高频电路应用中的推广，电源抑制比成为了基准源在高频及数模混合电路中的一个重要衡量标准。

在数模混合集成电路中，数字电路的噪声可能对模拟电路产生不利的影响。

因此，在混合电路中电压基准源应该在较宽的范围内具有良好的电源电压抑制比性能。

(4)低功耗低功耗是衡量电路性能好坏的指标之一。

作为集成电路的一个基本单元电路，低功耗也一直是基准电压研究发展的一个方向。

集成电路制造工艺主要有双极工艺、CMOS工艺和BiCMOS工艺。

用双极型工艺可以制造出速度高、驱动能力强、模拟精度高的器件，但双极型器件在功耗和集成度方面却无法满足系统集成的要求：而CMOS工艺可以制造出功耗高、集成度高和抗干扰能力强的CMOS器件，但其速度低、驱动能力差，在既要求高集成度又要求高速的领域中也无能为力。