cmos带隙基准源设计(最终稿)
低成本多路输出CMOS带隙基准电压源设计
低成本多路输出CMOS带隙基准电压源设计蔡元;张涛【摘要】在传统Brokaw带隙基准源的基础上,提出一种采用自偏置结构和共源共栅电流镜的低成本多路基准电压输出的CMOS带隙基准源结构,省去了一个放大器,并减小了所需的电阻阻值,大大降低了成本,减小了功耗和噪声.该设计基于华虹1 μm的CMOS工艺,进行了设计与仿真实现.Cadence仿真结果表明,在-40～140℃的温度范围内,温度系数为23.6 ppm/℃,静态电流为24μA,并且能够产生精确的3V,2V,1V和0.15V基准电压,启动速度快,能够满足大多数开关电源的设计需求与应用.%Based on the traditional Brakaw bandgap reference source, a CMOS bandgap reference source structure of low-cost multi-path reference voltage output is presented, which adopts a self-biased structure and cascode current mirror instead of an amplifier. It decreases the demands of the resistance value, and reduces the cost, power consumption and noise greatly. The circuit was implemented with Hua Hong lμm CMOS technology. Cadence simulation results show that its temperature coefficient is 23. 6 ppm/℃ and the quiescent current is 24 μA at the range of - 40~140℃ , it can generate accurate reference vultages of 3 V, 2 V, 1 V and 0.15 V, has a advantage of fast start-up, and meets the design requirements of the most switching power supplies.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)016【总页数】4页(P130-133)【关键词】带隙基准源;多路基准电压输出;温度系数;Cadence【作者】蔡元;张涛【作者单位】武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TN710-340 引言带隙基准电压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压，对系统的性能起着至关重要的作用。
一种结构简单的 CMOS 带隙基准电压源设计
一种结构简单的CMOS带隙基准电压源设计周晏1+,蒋林2+,曾泽沧3+（西安邮电学院 陕西 西安 710061）Abstract: This paper proposes a precise CMOS bandgap voltage reference with high power supply rejection ratio (PSRR). The voltage supply is 3.3V. Using CSMC 0.5 um CMOS process, Spectre simulation shows that the average temperature coefficient is 45.53×10-6/℃ in the rage of -40～80℃. The circuit also has change small when power supply voltage changes from 2～5V. The PSRR is the -73.3dB.Key words: bandgap; power supply rejection ratio; temperature coefficient摘 要: 本文提出了一种结构简单高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源，供电电源3.3V。
采用CSMC 0.5um CMOS工艺。
Spectre仿真结果表明，基准输出电压在温度为-40～+80℃时，温度系数为45.53×10-6/℃，输出电压在电源电压为2～5V范围内变化小。
电源抑制比达到-73.3dB。
关键词: 带隙基准;电源抑制比;温度系数文献标识码: A 中图法分类号: TN4321 引言随着集成电路工艺和设计水平的发展，在模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)等混合信号集成电路设计中,高性能的电压基准源设计已成为关键技术之一 [1]。
带隙基准源具有以下优点：与标准CMOS工艺完全兼容，可以工作于低电源电压下，温度漂移、噪声和PSRR等性能能够满足大部分系统的要求[4]。
CMOS_带隙基准源的设计(IC课程设计报告)
1
图 1、带隙基准电压源原理示意图(选自 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits)
2
3 设计过程 3.1 电路结构
图 2、带隙基准电路中运算放大器的电路结构
《IC 课程设计》报告
——模拟部分
CMOS 带隙基准源的设计
华中科技大学电子科学与技术系 2004 级学生 张青雅
QQ:408397243 Email:zhangqingya@
2007 年秋大四上学期 IC 课程设计报告
1
目录
1 设计目标........................................................................................................................................1 2 介绍 ...............................................................................................................................................1 3 设计过程........................................................................................................................................3
LambdaN=0.0622 由跨导公式可以算出：
低压CMOS带隙电压基准源设计
! @8A # ! 78 $ "! 4
（.）
将式 （.） 对温度 % 微分并代入 ! 78 和 ! 4 的温 度系数可求得 " ， 它使 ! @8A 的温度系数在理论上 因而带隙 为 !。 ! 78受电源电压变化的影响很小， 基准电压的输出电压受电源的影响也很小。 图（ 是典型的 -&,+ 带隙电压基准源电路。 . B） 两个 CDC 管 E. 、 E/ 的基极6发射极电压差 "! 78 (/ "! 78 # ! 78/ & ! 78. # ! 4 ’ : ( .
学研ຫໍສະໝຸດ 究与进展
)K 卷
为了与 !"#$ 标准工艺兼容， %&% 管采用集电 极接地结构 ， () 和 (* 的发射极面 积 的 比 率 为 这样 !" +, 就等 于 流过 (* 和 () 的电流相等， !， 。流过电阻 $* 的电流 % / 是与热力学温 " - #（ . !）
［’］
电路中温度补偿系数 ( ( & $0 #（ ! ） $* . （*F）
输出电压 " 4,5
" 4,5 & % * $/ & " - $/
/ 0 0 * .
[ #（$!）] ’ " $ $ $ $ #（ ! ） " ’ " ] & $ [$
. +, * 0 +,
/
负载管 "K 、 "’ 和差分对管 "L 、 "2 的宽长比较大， 以抑制电路的热噪声。由于电路中的电阻值较大， （E） 故在工艺中用阱电阻实现。电容 ) 有助于电路的 稳定， 同时还可以减小运放的带宽， 有助于降低噪 声的影响。
BiCMOS带隙基准源的设计
微 处 理 机M I CROPROCESS ORSB iC MOS 带隙基准源的设计范正国,戴庆元,褚洪涛(上海交通大学微纳米科学技术研究院,上海200030) 摘 要:设计了一款具有高稳定性,低功耗的带隙基准源,采用1.5μm B i C MOS 工艺制造,在-40℃～100℃它们的平均温度系数为29×10-6/℃,电源电压抑制比为60d B 。
在电源电压为3.7V 的情况下工作功耗为144μW ,低功耗高精度的特性使它非常适合在混合信号设计的I C 中应用。
关键词:带隙基准源;温度系数;B i C MOS 中图分类号:T N433 文献标识码:A 文章编号:1002-2279(2006)06-0007-02D e s i gn a B i C MO S B andgap Vo ltage R efe renceF AN Zheng -guo,DA IQ ing -yuan,CHU Hong -tao(Research Institute of M icro /nano Science and Technology Shanghai J iaotong U niversity,Shanghai 200030,China ) Abstract:Design a bandgap voltage reference which is high stability and l ow power .They can befabricated in 1.5μm B i C MOS p r ocess,the te mperature coefficient is 29×10-6/℃,and the PSRR is 60d B.W ith the3.7V single supp ly v oltage,the power consu mp ti on is only 144μW 。
Due t o the charac 2teristics of the l ow power consump ti on and high p recisi on,they are very suitable for m ixed -signal I Cs .Key words:Bandgap voltage reference;Te mperature coefficient;B i C MOS1 引 言基准电压源是模拟集成电路极为重要的组成部分。
设计1.5VCMOS高阶曲率补偿带隙基准源
设计1.5VCMOS高阶曲率补偿带隙基准源摘要本文提出了一种低压低噪声高阶曲率补偿CMOS带隙参考源。
为了降低基准电压，增加了两个电阻式。
此外，由高值电阻和扩散电阻提供的高阶温度补偿。
提供的带隙基准电源可以提供1.5V温度系数低于15.2ppm/℃电源调整率为5.5mV的基准电压（Vth＝0.9V，0℃）。
1 介绍基准电压源是许多电子器件不可缺少的一部分，比如电源转换，数据转换和射频电路。
基准电压源对温度的依赖无疑影响了这些应用的表现。
所以，低压低温度系数的基准电压源在商业产品中变得越来越重要。
实际上，有很多技术可以减小基准电压源的温度系数，比如由Song et al提出的二次温度补偿技术及由Rincon-Mora et al发展的分段线性曲率校正技术。
基于电阻率随温度改变，Lewis et al. 和Audy分别提出了二阶和三阶曲率补偿技术。
这一思路由Leung et al扩展到高阶曲率校正并应用到CMOS基准电压源的设计中。
温度补偿CMOS带隙基准电源利用负温度系数，高值多晶硅电阻和正温度系数的扩散电阻实现电阻系数与温度相关。
从而有效地减少带隙基准电压的漂移。
以上电阻都可以用CMOS技术实现，最小的供应电压为2V，作为将来的应用来说还不够低。
为了进一步减小电源电压，本文提出了一种低压曲率补偿技术。
它通过两个相同的电阻串同时提供曲率补偿和电平转换。
在这篇文章中，在第二节提出了低压基准电压方案，这个重要的设计考虑到了一些会影响精度的因素，包括电流镜匹配，放大器的偏移电压以及输出噪音。
第三节显示了实验结果并证实了这一想法，最后，第四节提出了结论。
2 提出曲率补偿带隙基准电源电路结构和低压高阶曲率补偿基准源原理图分别如图1和图2所示。
为了降低电源电压，在传统设计中的误差放大器电压Vgs有限，我们使用了NMOS输入级放大器。
电阻串R2A、R2B和R3B使用偏移电压可以工作在高增益区的输入直流电压。
电阻的值设为R2A=R2B,R3A=R3B。
一种高性能cmos带隙基准源的设计与研究
摘要摘要在模拟及数模混合集成电路设计中，电压基准是非常重要的电路模块之一，而通过巧妙设计的带隙电压基准更是以其与电源电压、工艺、温度变化几乎无关的特点，广泛应用在LDO及DC-DC集成稳压器、射频电路、高精度A／D和D／A 转换器等多种集成电路中。
随着大规模集成电路的日益复杂和精密，亦对带隙基准电压的温度稳定性提出了更高的要求。
传统的带系基准电压源只能产生固定的近似1.2V的电压不能满足在低压场合的应用。
电流模带隙电路采用正温度系数的电流支路(PTAT)和负温度系数的电流支路(CTAT)并联产生与温度无关的基准电流。
然后让此电流在电阻上产生基准电压。
电流模带隙结构可以得到任意大小的基准电压。
本次设计的低压二次温度补偿高精度带隙基准电压源使用的工艺是TSMC 0.18μm 混合模拟CMOS 工艺，输出基准电压可调节，设计预期指标：温度系数10ppm/℃，电源抑制比在低频时接近80dB，高频时也能达到45dB，电源电压范围为1.5V到2.4V。
关键词：带隙基准源；二次温度补偿；温度系数；电源抑制比ABSTRACTA Low-voltage and High precision CMOS bandgap reference designIn the design analog and digital mix-mode circuits, bandgap reference is one mode of the most important circuits. And the bandgap voltage references which through clever design are also with its power supply voltage, process, with the characteristics of temperature change almost irrelevant, widely used in LDO and DC - DC integrated voltage stabilizer, RF circuit, high-precision A/D and D/A converter and so on many kinds of integrated circuits. Along with large scale integrated circuit of the increasingly complex and precision, also bandgap benchmark voltage temperature stability put forward higher request. The traditional belt department benchmark voltage source produces fixed approximate 1.2V, cannot satisfy the voltage in the application of low-pressure occasions. Current mode bandgap circuit USES is the temperature coefficient of current branch and negative temperature coefficient of current branch regardless of temperature of parallel produce benchmark current. Then let the current benchmark voltage produce in the resistance. Current mode bandgap structure can get any size benchmark voltage The design of low-pressure second temperature compensation high-precision bandgap voltage sources used benchmark craft is TSMC 0.18 um hybrid analog-digital craft, Output benchmark voltage can be adjusted, Temperature coefficient is 9ppm/℃, Power Supply Rejection Ratio can be 86dB,Supply voltage range from 1.5V to 2.5 V. Reached the expected performance indicators. Simple structure and realize low output voltage requirements.Key Words: Bandgap benchmark source；Second temperature compensation；Temperature coefficient；Power Supply Rejection Rati目录第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2基准源的分类与特点 (1)1.3文章结构 (2)第2章偏置电路 (7)2.1偏置电路的概述 (7)2.2与电源无关的偏置电路 (7)第3章带隙基准的结构原理 (8)3.1带隙基准基本原理 (8)3.2W IDLAR 结构 (13)3.3K UJIK 结构 (13)3.4双极晶体管的温度特性-负温度系数电压 (12)3.5双极晶体管的温度特性-正温度系数电压 (14)3.6非线性项补偿带隙基准源电路图 (15)第4章带隙核心电路的设计 (16)4.1基准源整体结构 (16)4.2运放的设计 (16)4.2.1 运放的结构 (16)4.2.2相位的补偿 (18)4.2.3失调电压对基准电压源的影响 (18)4.2.4运放仿真结果 (19)4.3启动电路的设计 (20)4.4基准电路的设计 (23)第5章仿真结果 (24)第6章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第7章外文资料原文 (32)7.1 BANDGAP REFERENCE (32)7.2C OLLECTOR C URRENT V ARIATION (34)第8章译文 (35)8.1带隙基准 (35)8.2集电极电流变化 (38)第1章绪论第1章绪论1.1研究背景基准电压源或电压参考(V oltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。
毕业设计最终版 高精度CMOS带隙基准源的设计
摘要基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。
所谓基准电压源就是能提供高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是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。
本文的目的便是设计一种高精度的CMOS带隙基准电压源。
本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。
然后详细介绍了带隙基准电压源的基本结构及基本原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。
接着对如何提高带隙基准的电源抑制比以及带隙基准电压源的温度补偿原理进行了分析，还总结了目前提高带隙基准电压源温度特性的各种方法。
在此基础上运用曲率校正、内部负反馈电路、RC滤波器、快速启动电路，设计出了具有良好的温度特性和高电源抑制比的带隙基准电压源电路。
最后应用HSPICE仿真工具对本文中设计的带隙基准电压源电路进行了完整模拟仿真并分析了结果。
模拟和仿真结果表明，电路实现了良好的温度特性和高电源抑制比，0℃～100℃温度范围内，基准电压温度系数大约为11.2ppm/℃，在1Hz到10MHz频率范围内平均电。
源抑制比(PSRR)可达到-80dB，启动时间为700s关键词: 带隙基准电压源；温度系数；电源抑制比；AbstractV oltage reference is the vital basic module which is widely adopted in analog circuits. It can supply a voltage with high stability. The power supply, technics parameter rand temperature has lesser effete to this voltage. Its temperature stability and antinoise capability influence the precision and performance of the whole system. The purpose of this article is to design a high precision CMOS bandgap voltage reference.In this article, the present situation and developmental trend of voltage reference studies both at home and abroad are presented. The structure and principle of voltage reference are analyzed in detail, and then the different structures of bandgap voltage reference are compared. By analyzing the power supply rejection ratio (PSRR) and the principle of temperature compensation, the method of improving the temperature characteristic is summarized. The design of a bandgap voltage reference circuit with high power supply rejection ratio and good temperature characteristic is completed by applying curvature emendation, inside negative feedback technology, RC filter and fast start-up circuit. At last, the circuits have been simulated with HSPICE simulation tools.The simulation results show that，the circuit with good temperature characteristic and high power supply rejection ratio, and at the temperature range of 0℃to 100℃, the temperature coefficient(TC) is about 11.2ppm/℃. In the frequency range of 1Hz to 10MHz, the average power supply rejection ratio is more than -80dB and it has a turn-on time less than 700s .Key Words: bandgap voltage reference; temperature coefficient; power supply rejection ratio;目录1. 绪论 (1)1.1 国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2 课题研究的目的意义 (2)1.3 本文的主要内容 (2)2. 基准电压源的原理与电路 (3)2.1 基准电压源的结构 (3)2.1.1直接采用电阻和管分压的基准电压源 (3)2.1.2有源器件与电阻串联组成的基准电压源 (4)2.1.3带隙基准电压源 (6)2.2 带隙基准电压源的基本原理 (6)2.2.1与绝对温度成正比的电压 (7)2.2.2负温度系数电压V BE (7)2.3 带隙基准源的几种结构 (8)2.4 V BE的温度特性 (11)2.5 带隙基准源的曲率校正方法 (13)2.5.1线性补偿 (13)2.5.2高阶补偿 (13)本章小结 (17)3. 高精度CMOS带隙基准源的电路设计与仿真 (18)3.1 高精度CMOS带隙基准电压源设计思路 (18)3.2 核心电路 (19)3.3 提高电源抑制比电路 (20)3.3.1负反馈回路 (21)3.3.2 RC滤波器 (22)3.4 快速启动电路及快速启动电路的控制电路 (23)3.4.1快速启动电路的控制电路 (23)3.4.2快速启动电路 (24)3.5 CMOS带隙基准电压源的温度补偿原理 (24)3.6 高精度CMOS带隙基准电压源的电路仿真 (27)3.6.1仿真工具的介绍 (27)3.6.2 核心电路的仿真结果 (27)3.6.3 电源抑制比电路的仿真结果 (28)3.6.4 快速启动电路的仿真结果 (28)3.6.5 整体电路的仿真结果 (29)本章小结 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1.绪论基准电压源(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。
基于CMOS的带隙基准电压源的分析与设计
级运 放 输 出来 驱 动 的 ， 助 自身 的跨 导 ， Ｓ 借 ＭＯ
端输人单 端输 出 的差 分放 大器 ． Ｌ９ Ｐ ２ Ｐ １ ，Ｌ０是 放 大器 的输 入管 且栅 极 的输 入 电压相 等 ， 大器 的 放 输出作 为 第 二级 的运 算 放 大 器 的输 入． Ｌ ， Ｎ ９ Ｎ １ ， Ｌ １ Ｎ １ ， Ｌ３ Ｎ １ 成 共 源 共 栅 结 Ｌ０ Ｎ １ ， Ｌ ２ Ｎ １ ， Ｌ４组 构 ， 源共栅 电流镜 做有 源负载 ， 电阻为 ： 共 总 因为 Ｎ ９ Ｎ １ ，Ｌ４是 串联 电阻 Ｌ ， Ｌ０ Ｎ １
带 隙基 准 的基本 原理 是利用 晶体 管基射结 电 压 差 的正 温度 系数去 补偿 晶体 管基射结 电压 的负
温度 系数 ， 而实现零 温度 系数 ． 从
到 了很 高 的性 能 和精 度． Ｓ工 艺 在 上 世 纪 ８ ＭＯ ０ 年代得 到长 足的发展 ，０年 代 以后 Ｃ Ｓ凭借 其 ９ ＭＯ 低功耗 、 高集成 度 和设 计 简 便 等特 性 逐 渐 占领 了
—
自 然科学版
Ｖｅ ｂ ｌ－ Ｖ ｅ ｂ２ ，一 — 一 一 粥
．
・
．
．
：
＋
（ ＋ ３ 舵 Ｒ）
‘
‘
．
１ 一 ｅ ＝ ＶＬ Ｎ ２ ｔｎ
Ｖｅ ｂ２＋ ｒ ｆ：Ｖｅ
（ ＋ ３ Ｒ）
这 里 由于 ｅ ２的温度 系数 Ｏｂ／ Ｔ可看 作负 ＶｅＯ 常数 ， 与绝对 温 度成 正 比 ， 以选 择合 适 的 Ⅳ、 所
中 图分 类 号 ：Ｎ ０ Ｔ ３３ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０５ ４ （０ ０ ０ － ４ －４ １０ －８６ ２ １ ）４０ ３０ ３
0.18μm CMOS带隙基准电压源的设计
0.18μm CMOS带隙基准电压源的设计陈双文;刘章发【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2011(37)3【摘要】Reference voltage source can be used broadly in ADC, DAC, RAM, flash memory and other integrated circuit. This paper designed a high stability, low temperature coefficient and 0.6 V output bandgap reference voltage source using 0.18 μm CMOS.%基准电压源可广泛应用于A/D、D/A转换器、随机动态存储器、闪存以及系统集成芯片中.使用0.18 μm CMOS工艺设计了具有高稳定度、低温漂、低输出电压为0.6 V的CMOS基准电压源.【总页数】4页(P51-53,57)【作者】陈双文;刘章发【作者单位】北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044;北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TN432【相关文献】1.BiCMOS带隙基准电压源的设计及应用 [J], 王宇奇;何进;张贵博;童志强;王豪;常胜;黄启俊2.带使能控制的低功耗BiCMOS带隙基准电压源的设计 [J], 冯秋霞;刘军;蒋国平;孙俊岳3.一种低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 汤知日;周孝斌;杨若婷4.高性能分段线性补偿CMOS带隙基准电压源设计 [J], 邓庭;曾以成;夏俊雅;崔晶晶5.低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 黄灿英;陈艳;朱淑云;吴敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
CMOS模拟集成电路设计ch11带隙基准up
讨论（续） •反馈
负反馈系数
正反馈系数
正反馈应小于负反馈
2019/10/30
13
与温度无关的基准
• 3.3 带隙基准（续）
讨论（续） •何谓“带隙”？
=0
得到
•电源高频抑制性能与启动问题 •曲率校正
2019/10/30
14
PTAT电流的产生
4、PTAT电流的产生
• PTAP电流
在带隙基准电路中，双极型管的偏置电 流是与绝对温度成正比（PTAT）电流
简化的PTAP电路： 见右图，要使ID1=ID2，必须VX=VY,因 此
此电路可以改为产生带隙基准电压的电路，
2019/10/30
15
电流镜
5、恒定Gm偏置
• 与电源无关的偏置电路是确定跨导的 简单电路
因此，
采用开关电容电路代替电阻可以达到更高的精度。
3、与温度无关的基准
• 3.1 负温度系数电压
对于一个双极器件，
而
m-3/2， VT=kT/q，
硅带隙能量Eg 1.12eV
计算VBE的温度系数（假设IC不变 Nhomakorabea，例，VBE750mV，T=300K时， VBE/ T -1.5mV/K
则，
2019/10/30
7
与温度无关的基准
• 3.2 正温度系数电压
– 与温度关系：
• 与绝对温度成正比（PTAT） • 常数Gm特性 • 与温度无关
2019/10/30
3
与电源无关的偏置
2、与电源无关的偏置
• 电流镜
电阻IREF？
与电源有关
与电源无关的电流镜
互相复制——“自举” 忽略沟道长度调制效应，
斩波调制的1.25V CMOS带隙基准电压源
斩波调制的1.25V CMOS带隙基准电压源黄灿灿【摘要】带隙基准电压源广泛应用在模拟集成电路中，为集成电路芯片系统提供稳定的直流参考电压，是电路设计中不可或缺的一个单元模块。
设计了1.25V CMOS 带隙基准电压源电路，采用斩波调制技术改进了电路结构，以提高输出基准电压的精度。
基于CSMC 0.5μm CMOS 工艺，使用Cadence工具对未采用斩波调制的电路和采用斩波调制的电路的输出电压分别在typical工艺角下进行仿真。
仿真结果显示,采用斩波调制后，输出基准电压由1.05V变化到1.21V，误差由16%减小到了3.28%。
%As one of the most important unit or module, bandgap voltage reference source is widely used in analog integrated circuits, in order to provide stable DC reference for the integrated circuits (IC) chip systems. A 1.25V CMOS bandgap voltage reference source is designed and the schematic diagram is restructured by adding chopper structure to improve the accuracy of output reference voltage. In this paper, based on CSMC’s 0.5μm CMOS process, the output voltages of the circuit without chopped structure and the chopped circuit is respectively simulated under typical process corner with Cadence tools. The simulation results show that output voltage of circuit changes from 1.06V to 1.21V by adding chopped structure;the error of output accuracy is decreased from16%to 3.28%.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P31-34)【关键词】CMOS;带隙基准源;斩波;失调电压【作者】黄灿灿【作者单位】复旦大学信息科学与工程学院上海，201203【正文语种】中文【中图分类】TN47要制备高精度的模拟集成电路，设计一个与偏置、温度和电源变化无关，与工艺角弱相关的稳定的电流源或电压源是模拟集成电路设计中非常重要的部分。
CMOS带隙基准电压源的设计
CMOS带隙基准电压源的设计
戚琦;李章全;周健军
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2008(32)4
【摘要】许多模拟电路需要性能较好的带隙基准电压源,如ADC,DAC等.对工艺、电源电压、负载变化不敏感的带隙基准电压源在模拟电路中得到了广泛的应用.现详细分析并说明了设计这样的带隙基准电压源电路需要考虑的问题.
【总页数】3页(P70-72)
【作者】戚琦;李章全;周健军
【作者单位】上海交通大学微电子学院,上海,200240;上海交通大学微电子学院,上海,200240;上海交通大学微电子学院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TN402
【相关文献】
1.BiCMOS带隙基准电压源的设计及应用 [J], 王宇奇;何进;张贵博;童志强;王豪;常胜;黄启俊
2.带使能控制的低功耗BiCMOS带隙基准电压源的设计 [J], 冯秋霞;刘军;蒋国平;孙俊岳
3.一种低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 汤知日;周孝斌;杨若婷
4.一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计 [J], 张斌
5.低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 黄灿英;陈艳;朱淑云;吴敏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 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)。
目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)1.1基准源简介 (3)1.2带隙基准源研究的历史与现状 (3)1.2.1基准源设计历史 (3)1.2.2带隙基准源设计的研究现状 (4)1.3本文的主要工作 (4)第二章带隙基准源的工作原理及其基本结构 (5)2.1基本工作原理 (5)2.1.1与电源无关的偏置 (5)2.1.2与温度无关的基准源的实现 (6)2.2电路的两种基本结构 (9)2.3带隙基准源的性能指标 (11)2.4本文采用的两种基本结构的核心电路 (12)第三章基于Banba结构的带隙基准电压源 (14)3.1Banba结构原理图 (14)3.1.1电路组成 (14)3.1.2电路结构特点 (15)3.1.3电路结构具体分析 (15)3.2Cadence软件下的电路原理图及其仿真结果 (19)3.3本章小结 (26)第四章基于Cascode电流镜无运放结构的带隙基准电压源 (27)4.1Cascode结构原理图 (27)4.1.1电路组成 (27)4.1.2电路结构的特点 (28)4.1.3电路结构具体分析 (28)4.2Cadence软件下电路原理图及仿真结果 (30)4.3版图设计 (34)4.3.1本节内容概述 (34)4.3.2版图的设计规则简介 (34)4.3.3带隙基准源版图设计 (35)第五章结论与展望 (37)5.1两种电路的对比 (37)5.2展望 (37)参考文献 (38)致谢 (39)摘要CMOS带隙基准源是集成电路的重要组成部分,其输出的基准电压或基准电流不随温度或电源电压的变化而变化。
本文把CMOS带隙基准电压源当做研究对象，首先介绍了带隙基准源目前国内外的研究状况，然后详细介绍它的工作原理和两种基本结构，并指出本文考察的性能指标。
在此基础上，用两种不同的电路结构实现带隙基准电压源的设计，并用Cadence仿真工具基于GSMC0.18μm工艺下对其进行仿真和分析，并为第二个结构制作了版图。
第一个带隙基准电压源基于Banba结构的设计思想，在-40ºC～75ºC的温度范围内，温度系数约为37.19ppm/ºC，在0.000001Hz到1GHz频率范围内平均电源抑制比(PSRR)可达到-62dB，启动时间为77.76ns。
第二个带隙基准电压源基于Cascode电流镜结构的设计思想，在-40ºC～70ºC的温度范围内，温度系数约为3.805ppm/ºC，在0.000001Hz到1GHz频率范围内平均电源抑制比(PSRR)可达到-42dB，启动时间为30.04ns。
关键词:温度系数；CMOS带隙基准源；电源抑制比；AbstractCMOS bandgap reference occupies an important state among the integrated circuit,the output of the reference voltage or current reference will not change with the supply voltage or the temperature.For example,This paper mainly in a CMOS bandgap reference voltage source,introduces the development of domestic and foreign bandgap reference and the background of the research,and then reports the operating principle of it and the basic structure in detail,morever,it also reports its main performance parameters.On this basis,two different circuit structures are applied to achieve bandgap voltage reference design and simulation,while using Cadence tools under its basic GSMC0.18um to finish the layout for the second structure.The first bandgap reference voltage source is designed on basis of banba structure,based on GSMC0.18um process simulation，the results show temperature coefficient as low as37.19ppm/ºC over a temperature range of115ºC(-40ºC to 75℃),the power supply rejection ratio(PSRR)is up to-62dB in the frequency range of0.000001Hz to1GHz and the start time is77.76ns.The second one is designed on basis of cascode structure,based on GSMC 0.18um process simulation，the results show temperature coefficient as low as 3.805ppm/ºC over a temperature range of105ºC(-30ºC to75℃),the power supply rejection ratio(PSRR)is up to-42dB in the frequency range of0.000001Hz to 1GHz and the start time is33.04ns.Keywords:bandgap;temperature coefficient;power supply rejection ratio;第一章绪论1.1基准源简介随着集成电路设计不断向深亚微米工艺发展，它可制造的最小线宽也愈来愈小,目前已经可以达到45nm。
正因为这种发展趋势，它对电源电压的要求不断提高。
为了得到性能更好，成本更低的芯片，一些已经普遍应用的电路,我们都要对其结构进行重新设计，以优化其性能，例如在电源电压不断降低的情况下，电路还能正常工作。
设计集成电路时,除了带隙基准源(Bandgap)外，还有掩埋齐纳基准源(Zener)、XFET基准源。
而片上系统(SOC)的发展要求模拟集成电路能够具有很高的电源抑制比来抑制片上系统的耦合噪声，且兼容标准CMOS工艺。
虽然掩埋齐纳基准和XFET基准源这方面的确处理的很好，都具有低的温度系数和相对好的温度稳定性，但它们所用的工艺都不能兼容标准CMOS工艺。
恰恰相反，带隙基准源不仅能兼容CMOS工艺，而且其能够工作于低电源电压下，它的一些性能指标能够符合大部分系统的要求，如：噪声、温度系数和电源抑制比。
正是具备以上特点,带隙基准源有很不错的应用前景[1]。
1.2带隙基准源研究的历史与现状1.2.1基准源设计历史：⑴1964年，D.F.Hi lbiher利用扩散电阻、正向二极管和齐纳二极管得到了零温度系数的基准源。
⑵1971年，出现了相对于现在来说非常经典的Widlar电流源。
其基本原理就是用具有正温度系数的热电压V t和具有负温度系数的电压V be，通过加权方式来获取零温度系数的基准电压V ref。
当然,经典的Widlar带隙基准源也有缺点：①近似为零的温度系数只在某个温度点处才能实现，实际上，在某一温度范围之内，与温度T呈线性的△V be只能抵消与温度T呈非线性的V be的一部分。
②电压受到噪声的影响很大，一个很小的扰动，就会明显的影响输出的电压值。
③电压不能根据实际需要灵活的调节[2]。
1.2.2带隙基准源设计的研究现状[2]⑴低温度系数温度系数反映了在一个温度范围内，电压随温度变化的程度。
一般的带隙基准源电路会增加一阶补偿电路去降低温度系数，这样做，通常不能得到很好的温度性能，往往需要二阶或更高阶补偿。
而为在各项性能指标中做一个折中，本论文的Banba 结构采用了二阶密勒补偿。
⑵高电源抑制比（PSRR）电源抑制比（PSRR）用来反映电源电压波动对参考电压的影响程度。
本论文中对于Banba结构，通过采用二级密勒补偿以及提高运放的相位裕度来提高PSRR,而对于无运放的电路结构通过共源共栅电流镜(Cascode)以及调节电阻值的大小来提高基准源PSRR的性能。
⑶低功耗，低电源电压集成电路的发展所引起的晶体管尺寸的减小，进一步降低了模拟电路的工作电压。
要实现低电源电压，传统带隙基准源就必须改进。
例如，本论文中，对于Banba 结构，在晶体管的集电极旁边加了两个阻值相等的分流电阻[1]。
本文主要研究CMOS带隙基准源电压源，以下的基准源均指带隙基准电压源，下文不再重复。
1.3本文的主要工作第一章绪论，简要介绍了基准源的概念以及本文的主要工作。
第二章主要介绍了带隙基准的性能指标和工作原理。
第三章设计、仿真并分析了一种基于Banba思想的有运放结构的带隙基准电压源。
第四章设计、仿真并分析了一种基于Cascode电流镜的无运放结构的带隙基准电压源，简要介绍版图的设计规则及其注意点，并对本章的带隙基准源做了版图设计。
第五章对本文的工作的不足进行讨论与总结。
第二章带隙基准源的工作原理及其基本结构2.1基本工作原理[3]带隙基准源最基本的要求：1、与电源无关；2、与温度无关（理想情况）。
所以带隙基准源的关键是如何偏置及如何调节温度系数。
2.1.1与电源无关的偏置[3]本节以镜像电流源为例，讨论如何产生一个与电源电压无关的参考电流，如何产生一个I ref ，使其不随V dd 变化而变化。
如图2.1所示，。
其中M 2的尺寸是M l 的K 倍。
M 3与M 4的宽长比相同，K 为常数。
I ref 为I out 的镜像电流，且I out =I ref 。
由上图知：GS1GS2OUT 1V V I R =+(2.1)即图2.1β倍增基准电路M l ，M 2为NMOS 管，M 3，M 4为PMOS 管由M 3和M 4组成的PMOS 电流镜的目的是为了保证流过M 2和M 1的漏电流相等。