最新带隙基准源电路与版图设计
无运放带隙基准电路设计
无运放带隙基准电路设计
运放带隙基准电路（opamp bandgap reference circuit）是一种基于运放的电路，用于提供稳定的参考电压。
它的设计基于运放的放大特性和电压反馈机制，通过差分放大和反馈调整，产生一个相对稳定的参考电压。
下面是一种常见的运放带隙基准电路的设计：
1. 选择一个适当的运放芯片，具有低噪声、高增益和低温漂移等特性。
2. 将运放芯片的非反相输入端与反相输入端相连，形成一个差分输入。
3. 将一个稳定的参考电压Vref1与非反相输入端相连。
4. 将运放芯片的反相输入端与一个电阻R1相连，然后将R1与一个稳流二极管D1的阴极相连。
5. 通过调整R1的值，使得二极管D1的电流可以产生一个正向电压降，并且与稳定的参考电压Vref1相等。
6. 将运放芯片的输出端与R1与D1的连接处相连，形成一个反馈回路。
7. 调整运放芯片的反馈电阻R2的值，使得输出电压与稳定的参考电压Vref2相等。
通过以上设计，运放正向反馈的放大特性和电压反馈机制可以保证输出电压与参考电压的稳定性。
同时，稳定的参考电压Vref1的产生通过差分放大和反馈调整的方式可以减少温度、电源等参数的影响。
需要注意的是，具体的设计参数需要根据具体的应用要求来确定，比如参考电压的稳定性要求、输出电压的范围等。
同时，在实际设计过程中，还需要考虑电源稳定性、电路布局和滤波等因素，以确保设计的稳定性和可靠性。
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
Key words: Bandgap Reference; Layout; Power Supply Rejection Ratio; Temperature Coefficient
III
目
第1章 1.1
录
绪论············································································ 1 带隙基准源概述······························································1 1.1.1 1.1.2 带隙基准源的研究现状········································· 1 研究目的及意义···········································设计········································· 17 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 设计指标·························································· 17 带隙基准源架构·················································17 核心电路设计···················································· 20 运放设计·························································· 22 偏置电路设计···················································· 23
一种新颖的高电源抑制带隙基准源电路设计
一种新颖的高电源抑制带隙基准源电路设计郭玮;冯全源;庄圣贤;高峡【摘要】基于0．18μm BCD工艺，设计了一种新颖的低温漂高电源抑制比（PSRR）的带隙基准源电路。
基准核心电路采用自偏置结构，简化了电路的设计。
在不显著增加电路功耗与面积的前提下，通过引入预调节电路极大地提高了电路的PSRR。
基准源输出采用负反馈结构，进一步提升了PSRR。
Hspice软件仿真结果表明：在－40～150℃温度范围变化时，基准输出电压变化为283μV，温度系数仅为1．18×10－6（ ppm）／℃；基准的稳定输出电压为1．257 V；电源电压在3～6 V范围变化时，线性调整率为0．082 mV／V；5 V电源电压下，低频时电源电压抑制比为130 dB，在100 kHz时也能高达65 dB。
电路整体功耗为0．065 mW，版图面积为63μm ×72μm。
%Based on 0.18 μm BCD process,a novel low temperature drift and high power supply rejection ( PSRR) bandgap reference source circuit was presented .The self-biased structureis adopted in reference core cir-cuit to simplify the design of thecircuit .The pre-regulation circuit is introduced to improve the PSRR of the circuit significantly without increasing its power and area .The output ofthe reference source utilizes negative feedback structure which further improves the PSRR .Hspice simulation results show that the output voltage variation of bandgap reference is 283 μV and temperature coefficient is only 1.18 ×10 -6 ( ppm)/℃with temperature ranging from -40 ℃to 150℃.The stable output voltage of the reference is 1.257 V and its line regulation is 0.082 mV/V when supply voltage changes from 3 V to 6 V.The PSRR of the proposed reference is 130 dB at low frequency , and up to 65dB at 100 kHz at 5 V supply voltage .The overall power consumption of the circuit is 0.065 mW.Cir-cuit layout area is 63 μm ×72 μm.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)028【总页数】5页(P199-203)【关键词】带隙基准;预调节电路;反馈输出;温度补偿;电源抑制【作者】郭玮;冯全源;庄圣贤;高峡【作者单位】西南交通大学微电子研究所，成都611756;西南交通大学微电子研究所，成都611756;西南交通大学微电子研究所，成都611756;西南交通大学微电子研究所，成都611756【正文语种】中文【中图分类】TN433带隙基准源广泛应用于各种模拟、数模混合电路设计中，如电源管理芯片、数据转换芯片等等。
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。
bandgap电路设计报告
Bandgap电路设计报告Bandgap电路1)基准电压产生电路由于在之前tsmc035工艺电路设计中得到过验证且性能良好，本次带隙基准设计继续采用如下电路结构。
下图电路中，左边蓝色框内是BG的启动电路，属于下拉型。
电路上电时，如果输出点电压为0，则M1M3支路无电流，M1栅端电压为高，使得M2导通，将H点电压拉低，从而使电路启动。
之后，输出电压约为1.2，则M3导通，M1栅端电压下降，使得M2截止，启动电路不影响主电路的正常工作状态。
需要注意的是，M3的W/L较大，M1的W/L较小时，M2可以截止的较彻底，从而降低对主电路的影响。
图一基准电压产生电路图一中中间部分（M4-M7 & T1T2 & RaRb & OPA）为基准电压产生的主电路，通过Vbe 与ΔVbe的加权组合来实现零温度系数电压。
其中运放OPA的作用是提供VN=VP这一电压关系，共源共栅结构提高电流复制精度使得结果更加准确。
运放需要注意其正负输入端接入电路的位置，要使得最终形成的环路是负反馈的。
M8M9复制一路电流，供给后端的电流产生电路的运放使用。
通过仿真可以发现，此结构的带隙基准的噪声主要来源于运放、M4M5和RaRb，为降低噪声M4M5的过驱动电压取的较大，同时RaRb电阻值取的较小。
电阻值较小直接导致两路电流都较大，由于三极管的Vbe电压不能偏离700mv太多（否则电压温度曲线特性不好），需要适当调整T1T2的m值。
另外，这里的运放偏置是由运放的输出电压提供的，同时与M4M5的栅端相连，可以考虑运放内部与外电路也形成电流复制的结构。
由于存在环路，我们还必须保持环路的稳定性，考虑到运放需要一定的增益（60dB+）使得VN与VP相等，这里采用两级运放，刚好可以将环路的主极点设置在运放第一级的输出端使环路稳定。
根据以上几点的条件，可以得到运放的结构如下图二所示。
其中的两个P管电流源可以看成是与图一中M4和M5成电流复制结构。
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：
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，V BE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，V G0=1.205V，查图可知V EB1在5uA的偏执电流下约为716mV，300K温度下V T0=26mV，r=3.2，a=1（三极管的偏置电流为PTA T），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。
bandgap带隙基准源电路
bandgap带隙基准源电路Bandgap带隙基准源电路是一种用于产生带隙基准电压的电路，它在模拟电路设计和集成电路设计中具有重要的作用。
带隙基准电压是一种与温度和电源电压无关的直流电压，它可以用于电路的偏置、ADC的基准、温度传感器等。
带隙基准源电路的设计原理是基于硅材料的带隙能量，它的带隙能量为1.12eV，对应于温度为273.15K。
带隙基准源电路的核心思想是将带隙能量转化为直流电压，并通过一定的放大和调节电路，得到温度和电源电压无关的基准电压。
带隙基准源电路的基本结构包括三个部分：偏置电路、带隙电压产生电路和放大电路。
其中，偏置电路用于产生一个与电源电压无关的直流电流，带隙电压产生电路用于将带隙能量转化为直流电压，并且放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
偏置电路通常采用一个PNP晶体管和一个电阻组成，PNP晶体管的基极-发射极电压作为偏置电压。
这个偏置电压具有负的温度系数，即随着温度的升高，它的值会减小。
为了使整个电路的温度系数为零，需要将这个偏置电压与一个具有正温度系数的电压进行补偿。
带隙电压产生电路通常采用两个晶体管和电阻组成，其中一个晶体管的基极-发射极电压作为带隙电压，另一个晶体管的基极-发射极电压具有正的温度系数。
通过调节两个晶体管的发射极电流比值，可以得到一个与温度无关的带隙电压。
放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。
通常采用一个高精度、低噪声的放大器，将带隙基准电压进行放大和调节。
放大器的增益和带宽需要满足一定的要求，以确保带隙基准电压的精度和稳定性。
在实际应用中，带隙基准源电路还需要考虑一些其他的因素，如电源噪声、温度范围、功耗等。
为了实现高精度的带隙基准电压，需要采用一些优化设计方法，如低噪声电源、温度补偿技术、自偏置电路等。
在实际应用中，带隙基准源电路有着广泛的应用。
它可以用于各种类型的模拟电路和数字电路中，如运算放大器、比较器、ADC、DAC、PLL等。
它可以提供高精度的基准电压，帮助这些电路实现高精度、低噪声、稳定的性能。
版图实验报告(完美版)
图 1-9 带隙基准源的电路原理图 10、完成电路图后按 X 键检查和保存，无错误后退出；
第４页
11、回到 ic6151 界面，依次选择 File->Export->CDL,弹出 CDL Out 界面，个参数如图 1-10 所பைடு நூலகம்；
第８页
实验二： 带隙基准源电路的版图设计
一、实验目的： 1、熟悉 Linux 系统基本命令并学会使用同时熟练画 layout 的一些快捷方式； 2、掌握半导体集成电路的设计规则； 3、掌握半导体集成电路的布局布线； 4、掌握使用 Cadence Virtuoso 版图编辑软件进行模拟 IC 版图布局设计； 5、掌握如何根据电路图提取网表，从而进行 LVS 检查验证； 6、学会使用 cadence 工具对所画版图进行 DRC 验证，确保版图符合工艺设计规则； 7、学会如何看 DRC 和 LVS，以便对错误进行修改。 二、实验原理和内容： 1、设计规则： （1）同层金属之间的距离是 0.6us （2）不同电位的阱间距是 4us （3）在对差分对和电流镜的匹配时，用的共质心的原则 （4）对于电流镜和差分对这类敏感模块要用 guardring （5）对于电阻要加 dummy 2、原理：Virtuoso Layout Editor 是一种基于 LINUX 系统的 EDA 工具，用于集成电路版图 设计。该工具可以进行 DRC 和 LVS 检查验证，DRC（设计规则检查）即查看所画版图是否符 合工艺设计规则，只有通过 DRC 检查，版图才能在现有工艺条件下实现；LVS（版图和电路 图一致性比较）即查看版图是否和电路图一致，只有通过 LVS 检查，版图才能在电学特性和 电路所要实现的功能上和原电路保持完全一致。本实验利用 Cadence 画出电路原理图，然 后进行检查与验证； 3、内容：首先根据已经知道的电路原理图分析其那些器件需要匹配，将匹配的器件画在一 起，分成若干个版图模块。带隙基准源大致分为：电流镜模块，分压电阻模块，差分对模块 以及剩下的单个电阻； 4、需要用到的快捷键： F2 保存 C 键 复制 F 键 满屏 M 键 移动工具 Shift+M 合并工具 K 键 标尺工具 L 键 标签工具
最新—高精度cmos带隙基准源的
—高精度c m o s带隙基准源的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；AbstractVoltage 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;目录摘要 (I)Abstract....................................................... I I 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。
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。
带隙基准电路设计
带隙基准电路设计
嘿，朋友们！今天咱来聊聊带隙基准电路设计。
这玩意儿啊，就像是电路世界里的定海神针！
你想想看，在那复杂纷繁的电路海洋中，要是没有一个可靠的基准，那不就像船在大海上没了指南针，瞎转悠嘛！带隙基准电路就是那个能给其他电路指明方向、提供稳定参照的宝贝。
它就好比是一场比赛中的裁判，公正公平地给出标准，让其他电路元件能按部就班地工作。
要是没有它，那电路里还不得乱套呀！各种信号乱跑，功能都没法正常实现了。
设计带隙基准电路可不容易哦！得像个细心的工匠，一点一点地雕琢。
从选择合适的元件开始，这就跟挑食材做饭一样，得挑新鲜的、好的食材，才能做出美味的菜肴。
元件选不好，那后面可就难办咯！
然后呢，还得精心设计电路的布局，这可不是随便摆摆就行的。
就好像搭积木，得考虑怎么搭才最稳固、最合理。
每个元件的位置都有讲究，牵一发而动全身呐！
在调试的过程中，那可得有耐心。
有时候就像解谜一样，一点点地找问题，解决问题。
要是没耐心，那肯定不行呀！难道遇到点困难就打退堂鼓啦？那可不行！
而且啊，这带隙基准电路还得适应各种环境呢！就像人一样，得能经得住各种考验。
热了不行，冷了也不行，得始终保持稳定可靠。
你说它容易吗？
咱再想想，要是没有带隙基准电路，那些电子设备还能这么好用吗？手机说不定一会儿信号好，一会儿信号差；电脑可能会时不时地出故障。
哎呀，那可太糟糕了！
所以说呀，带隙基准电路设计真的太重要啦！咱可得重视起来，好好研究，把它设计得稳稳当当的。
让我们的电子世界因为它而更加精彩，更加可靠！这就是我对带隙基准电路设计的看法，你们觉得呢？。
带隙基准电路设计
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 。
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
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。
BGR电路及版图设计
BGR电路及版图设计一、基本概念The current or the voltage that is impedence with temperature and supply voltage，and also insensitivity with the fabrication process，is called as udge or current reference，usually knoun as PVT stablity 。
带隙基准直接来源于硅的能带隙，因此它能提供唯一的、其值约为1.2V的实际可用基准电压。
电流基准实际上并不存在，它由带隙电压基准和一到两个电阻的组合中得到。
1、温度补偿原理带隙基准直接来源于硅的能带隙，因此它能提供唯一的、其值约为1.2V的实际可用基准电压。
带隙基准电压使用了一个接成二极管形式的双极型晶体管，它的电流一电压表达式可用指数形式精确地给出。
一个实际的pn结在kT/q前可能有一个1.05～1.1的系数，但是接成二极管形式的双极型晶体管却没有对于恒定电流驱动，该二极管受温度影响非常大，约为—2mV/℃，我们想把该值降到1/1000以下。
为了实现上述目标，需要一个明确表示温度关系的电流表达式。
Vgo是绝对零度时的二极管电压，其值与温度相关。
二、原理、方式三、BGR电路结构总结：BGR电路结构分为VM电压模，以及CM电流模。
1.Cascode CM Biased BGR2.Operational Amplifier （op）Based BGR3.OP biased CM—BGR principe四、性能分析、改进五。
CR电路结构、V—I转换电压稳压器通过比例电阻相对于基准电压来锁定输出电压，实际上这是一个两级反馈放大器Vre为输入。
第一级为运放，第二级为源极跟随器，该跟随器依靠宽长比W/L向负载传输大电流。
图中负载未画出，它通常由电阻和电容组成，其变化范围很大，取决于从稳压器中获取的电流。
带隙基准电压源(Bandgap)设计范例
图 1.1
Bandgap 模块线路图
二. 等效架构图
(a)
(b)
(c) 图 1.2 Bandgap 模块等效原理图
三. 电路功能描述
正常工作时，Bandgap 模块为系统提供稳定、高精度的 1.28v 的基准电压， 并为其它电路模块提供稳定的偏置电流。
四. 输出、输入信号线功能描述
I = I S (e qVB E / kT − 1)
（1.1） 当 VBE >> kT / q 时， I ≈ I S e q.VBE / k .T
VBE = VT . ln( I ) IS
（1.2） 其中 VT = kT 为热电压，k 是 Boltzmann 常数，q 是电荷量。 q
图 1.2(b) 是参考电压产生的实际等效架构电路， R19 、R20 、R21 、Q11 和 Q12、Q19 构成带隙电压产生器的主题部分，由 Qx10 、Qx8 、 Q19、 Qx7 、 Q10 以及 Q18 组成了放大器及补偿电路，保证了参考电压输出的稳定。 由运算放大器的性质，得：
Q12 和 Q19 的电流相等；R19、R20、R21 和二极管连接的 Q11 组成分压网络， 将 Q12、Q19 产生的 ? VBE 放大（R19＋R20＋R21）/R21 倍后与 VBE11 相加，产 生基准电压 VREF ；放大管 QX7 、Q18 和负载管 Q10 组成符合放大电路，将 IC19 和 IC12 的差值放大，反馈到分压网路中的 R21，从而调整 Q12、Q19 的工作点， 保证 IC19 等于 IC12 ；电容 C2 和 R23 用来进行频率补偿。 电流偏置 IBias2 产生电路（图 2(c)） ：由 P39、Q3、R8 组成。Q3 的基极连 接 VREF ，其射极电位即 R8 的一端电位 VEQ3＝VREF －VBEQ3，与电源电压无关， 从而流过电阻 R8 的电流与电源无关，即 IBias2 与电源无关。 1．使能原理： ENB 高电平时，使能关断有效。当 ENB 为高电平时，使能管 N15、N18、 N17 工作，则 N19 的漏极电压、P8 的漏极电压、VREF 被拉到低电平，电路关 断。 BIAS_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS2_EN 低电平时，使能管 P13 工作，P7、P1 的栅极即 Bias 为高电平，电流偏置为 0，同时，基准电压 VREF 为零电平。 BIAS2_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS_EN 低电平时，使能管 P34 工作，Bias2 为高电平，电流偏置 IBias2 为 0。 2．启动原理 P14、R15、N19、N16 组成启动电路。启动过程：ENB 为低电平，当未启 动时，P7、P8 两支路的电流为 0，此时 P8 的漏极电压为 0 电位，N19 不通，N19 的漏极为高电位，此时 N16 管导通，形成从电源到地的通路 R12、P7、N16，使 P7 有电流流过，从而打破 0 电流的状态；之后 P8 漏极电位上升， N19 导通， N16 截止，启动过程结束。
7 带运放的带隙基准设计
图 1.3 直流扫描曲线 1 第 3 页，共 9 页
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带运放的带隙基准设计
图 1.4 直流扫描曲线 2
3、瞬态分析 给电源电压加一正弦信号，频率为 1k，峰峰值为 20mV，观察基准输出电压，基准电 压的输出波形如图 1.5 所示： 从两个波形的峰峰值仍然可以算电压灵敏度。 图 1.5 中电压源 的瞬态波形也打印出来了。从图可以看出，当电压源的峰峰值为 20mV 时，基准电压输出 的峰峰值仅为 1.56191967uV，这个值非常小，所以此电路的电源抑制比非常好。 4、工艺角分析 这里仅给出三种组合即 ttt, sss, fff 组合的情况， 其实一共有四十五中组合， 自己可以试着做 做看。波形如图 1.6 所示：
从图中可以看出， 当温度从负 40 度变化到 125 度时， 基准电压的最大值和最小值之差 仅为 1.5mV。 2、直流分析 ①扫描电源电压，vdd 从 0 变化到 5V，这样可以大致观察出 vdd 在多大范围内，电路 就可以正常工作， 波形如图 1.3 所示： 从图 1.3 可以看出当电源电压从 1.5V 变化到 3.4V 时， 基准电压几乎是一条平坦的曲线，也就是说在这个范围内，基准电路基本上都可以正常工 作。在此设计中我们用的是 simc18 库中的 1.8V 的模型。可以看出此电路的工作范围很宽， 即电源抑制比很大。在波形窗口中选择菜单栏的 Marker->Place->Trace Marker，然后再点 击你想看的波形中的某点，这样就可以标出他的横坐标和纵坐标，如图 1.3 所示。 ②使电源电压从 1.6V 变化到 2.1V，再做一次直流扫描，而这次扫描的目的是为了看 在正常的工作范围内，基准电压随电源电源的变化，并可以计算出电压灵敏度(或者叫电源 抑制比)。波形如图 1.4 所示：在波形窗口中选择菜单栏的 Trace->Delta Cursor，可以精确 观察曲线中两点的横坐标，纵坐标及其横坐标之差，纵坐标之差。
《带隙基准电路》课件
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
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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。
模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或者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，而集成电路版图是为了实现集成电路设计的输出。
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Subject: 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 (1)1.1 背景介绍及发展趋势 (1)1.2 研究意义 (3)1.3 本文主要工作 (4)2 基准电压源电路设计 (5)2.1 基准电压源的分类及特点 (5)2.2 基准电压源的温度特性 (7)2.2.1 负温度系数项V (7)BE2.2.2 正温度系数电压 (7)2.3 基本原理 (8)2.3.1 与温度无关的电路 (8)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 (9)2.4.1 基本原理 (9)2.4.2 运放的设计 (10)2.4.3 带隙核心电路设计 (13)2.5 仿真分析 (14)3 版图设计 (19)3．1 版图设计的基础 (19)3.1.1 集成电路版图设计与掩膜版、制造工艺的关系 (19)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)3.2.2 BiCMOS工艺 (25)3.3 带隙基准电路的版图设计 (28)3.3.1 版图的分层及连接 (28)3.3.2 版图设计环境介绍 (29)3.3.3 器件及总体版图 (29)4 版图验证 (39)4.1 版图验证概述 (39)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 (48)参考文献 (49)1 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。
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。
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。
BiCMOS工艺是把双极型器件和CMOS器件同时制作在同一芯片上，它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集成度、低功耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点，它给高速、高集成度、高性能的LSI及VLSI的发展开辟了一条新的道路。