基于CMOS技术的电压基准源设计
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带隙基准源设计(最终稿)
苏州大学本科生毕业设计（论文）
摘要 CMOS带隙基准源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，
1.1 基准源简介...................................................................................................3 1.2 带隙基准源研究的历史与现状.................................................................. 3
第五章 结论与展望.................................................................................................37 5.1 两种电路的对比........................................................................................ 37 5.2 展望.............................................................................................................37
高性能BiCMOS带隙基准电压源设计的开题报告
高性能BiCMOS带隙基准电压源设计的开题报告一、选题背景及研究意义随着现代科技的不断进步和发展，各种新能源、新材料、新技术的应用越来越广泛，对电子器件的性能要求也越来越高，其中基准电压源就是一个很重要的器件。
基准电压源广泛应用于模拟电路中，不仅可以用于电源电压的参考，还可以作为各种精度要求较高的比较器的参考电压。
因此，设计一个高性能、高精度的基准电压源对现代电子技术的发展和应用具有重要意义。
为了满足上述要求，本次研究将采用BiCMOS技术设计基准电压源，并运用高斯分布的随机方法对电路参数进行优化，以获得更高的性能和精度。
二、研究内容及方法1.设计思路本研究采用基础的带隙参考电路结构，即将晶体管的反向饱和电流转换为温度稳定的基准电压。
整个电路主要分为两个部分：隙基电压产生电路和放大器电路。
隙基电压产生电路采用基础的PTAT温度补偿方法，通过对比温度产生相应大小的电流。
放大器电路采用弱反馈形式进行增益，以实现电路的高增益和低噪声。
2.优化方法本研究采用高斯分布的随机方法对电路参数进行优化。
随机参数的数量为20个左右。
优化过程中，在满足电路性能指标的前提下，尽可能优化电路的能耗、噪声等特性。
3.仿真工具本研究将采用Cadence Virtuoso进行电路设计，并使用Spectre仿真器进行电路仿真。
在优化过程中，将采用Matlab进行参数优化。
三、预期结果及意义预计本研究可以设计出高性能、高精度的带隙基准电压源电路，可以在模拟电路中广泛应用，并展示BiCMOS技术在模拟电路设计中的优越性。
本次研究可以为电子技术的发展和应用提供有力支持，也可以为学者们提供参考和借鉴。
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：
高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源
Ｖ １ ７ Ｎｏ ３ ０ ３ ．． ． Ｍ ａ ０ ８ ｙ２０
高 电源抑 制 比的Ｃ ＭＯＳ 隙基准 电压源 带
吴志明，黄 颖 ，吕 坚，王
（ 电子 科技 大 学光 电信 息 学院 成都
靓，李 素
６ ０ ５） １０４
【 摘要 】介绍 了一种采用０ ｎ ＭＯ Ｎ ．ｒ Ｃ Ｓ 阱工艺制作的 带隙基准 电压 源电路 ，谈 电路具有 高电源抑制 比和较低的温度 系 ５ａ 数 。通过将 电源 电压加到运 算放 大器上 ，运 算放 大器的输 出电压为整个核 心电路提 供偏置 电压 ，整个核 心 电路的偏置 电压独 立于电源电压， 使得整 个带隙基准 电路具有 非常高的电源抑制 比． 于ＳＥ Ｔ Ｅ 基 Ｐ Ｃ Ｒ 的仿真 结果表明 ， 其电源抑 制比可达ｌ６ Ｂ ｌｄ ，
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ａ ｄ ａ ｏｔ ｇ ｅ ｅ ｅ ｃ ｉｃ ｉ ｕ ｉ ｇ ０ ５ｓｒ ｃ ｂ ｎ ｇ ｐ ｖ ｌ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｓ ． ｍ ｃ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｙ ｍ ｔ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ａ ｎ
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
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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 " - #（ . !）
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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。
低功耗CMOS电压基准源的设计
低功耗CMOS电压基准源的设计l 引言电压基准可以在温度及电源电压变化环境中提供稳定的参考电压，被广泛应用于比较器，A／D，D／A转换器，信号处理器等集成电路中。
目前已有不少Bipolar工艺和CMOS工艺的电压基准应用于实际中，并且获得了很高的精度和稳定性。
然而随着各种便携式移动通信和计算产品的普及，对电池的需求大大加强，但是电池技术发展相对落后，降低电路的功耗成为IC设计关注的一个焦点；电路的功耗会全部转换成热能，过多的热量会产生焦耳热效应，加剧硅失效，导致可靠性下降，而快速散热的要求又会导致封装和制冷成本提高；同时功耗大将导致温度高，载流子速度饱和，IC速度无法再提升；并且功耗降低，散热减少，也能减少对环境的影响。
因此，功耗已成为超大规模集成电路设计中除速度，面积之外需要考虑的第三维度。
传统的带隙电压基准源面积大、功耗大、不适应低功耗小面积的要求。
本文立足于低功耗、小面积、利用工作于弱反型区晶体管的特点，对传统的带隙电压基准源做出改进，设计了一款最大消耗380 nA 电流的电压基准源，大大减小了面积，且与CMOS工艺兼容，同时提出一种新的不耗电的启动电路。
本文先介绍传统典型带隙基准电路的原理与功耗组成，提出改进电路结构，并进行分析，最后给出基于0．5μm CMOS工艺模型的仿真结果和测试结果。
2 传统带隙电压基准源传统带隙基准源如图1所示。
由PTAT产生电路，负PTAT产生电路，放大器，加法器组成。
原理是由Q1，Q2两个PNP三极管和电阻R3产生PTAT电流，流过电阻R2产生PTAT电压，再叠加上Q2的负PTAT电压Vbe，通过合理调整电阻R2和R3的比例产生与温度无关的电压基准。
运算放大器A 是为了保证B，C两点电压相等。
这种结构需要三极管、运算放大器以及若干电阻，面积比较大。
其工作时电流由3部分组成：Q1支路的集电极电流；Q2支路的集电极电路，运算放大器A的工作电流。
其中Ql，Q2支路的电流为VT1n N／R3，其中VT=kT/q；q是电荷常量；k是波尔滋曼常数；T是绝对温度；N是三极管Q2与Q1的比值，通常为8，同时要达到好的性能运算放大器的电流不能太小以使晶体管工作于饱和区。
一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计
一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计【摘要】提出了一种用于温度传感器的高电源抑制比（PSRR）、低温度系数、低功耗的CMOS带隙基准电压源。
在传统CMOS带隙基准电压电路的基础上，增加了优化的电源抑制比增强电路，在带隙基准反馈环路中引入电源噪声，使上面电流镜的栅源电压保持恒定值，从而提高电源抑制比。
采用自偏置共源共栅电流镜，来实现匹配更好的与绝对温度成正比（PTAT）电流镜像。
采用华虹宏力0.13um FS13QPR CMOS工艺实现，使用HSPICE仿真。
仿真结果表明电路输出基准电压为1.2V，电源抑制比在1K Hz时达到90dB，在-40～100℃的温度范围内温度系数是10ppm/℃，在1.8～3.6V工作电压范围内的线调整率为0.5mV/V，工作电流43uA。
【关键词】带隙基准电压;电源抑制比;自偏置共源共栅电流镜;温度传感器引言带隙基准电压源（Bandgap V oltage Reference）具有与温度、电源电压和工艺变化几乎无关的突出优点，能够提供稳定的参考电压或参考电流，被广泛应用与集成温度传感器、比较器、A/D和D/A转换器、存储器以及其他模数混合系统集成芯片中，并且高性能基准电压源直接影响着电路的性能。
研究用CMOS 工艺实现的可集成于片上系统（SOC）的高精度带隙基准源显得尤为重要[1]。
对于高精度的温度传感器，从电源注入到带隙基准输出的噪声是各种噪声中最重要的噪声，会严重影响参考电压和温度传感器的与绝对温度成正比（PTAT）电压。
因此，设计高电源抑制比（PSRR）的带隙基准源满足其要求显得十分必要[2]。
本文先介绍了带隙基准源的基本原理，再基于等效小信号模型，对带隙基准源的电源抑制比做了详细的分析，进而提出了一个具有高电源抑制比、低温度系数、低功耗可用于温度传感器的带隙基准电压源。
1.带隙基准源电源抑制比分析利用与CMOS兼容工艺的纵向PNP晶体管和采用放大器负反馈实现的传统CMOS带隙基准电压如图1所示。
亚1v曲率补偿cmos带隙基准源设计思路
亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路随着集成电路技术的不断发展，电子产品对于基准源的要求也越来越高。
其中，曲率补偿CMOS带隙基准源作为一种新型的基准源设计方案，受到了广泛关注。
本文将围绕这一主题展开，介绍亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路。
1. 阐述亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的基本原理亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是基于CMOS工艺的一种新型基准源设计方案。
其基本原理是利用CMOS技术中的晶体管和电容器等器件，结合曲率补偿和带隙参考电压的原理，实现对基准源的高精度输出。
2. 分析常见的亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计方案目前，针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计方案有多种，比如基于单电源电路的设计方案、基于电流源和电压源的混合设计方案等。
这些设计方案各有特点，可以根据具体的应用需求选择合适的方案。
3. 探讨亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计中的关键技术问题在设计亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源时，需要克服一些关键技术问题，比如温度漂移、功耗、线性度等。
针对这些问题，可以通过优化电路结构、选择合适的器件参数以及采用合适的校准技术等方法进行解决。
4. 提出优化亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计思路针对亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源的设计，可以从多个方面进行优化，比如优化电路结构、选择高精度的器件、采用先进的校准技术等。
在设计过程中，还可以借鉴先进的模拟电路设计理念，确保设计的稳定性和可靠性。
5. 结语亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源是一种具有广阔应用前景的新型基准源设计方案。
通过优化设计思路和克服关键技术问题，可以实现对基准源输出精度的提升，为电子产品的性能提升提供可靠的支撑。
以上便是关于亚1v曲率补偿CMOS带隙基准源设计思路的一些介绍，希望对读者有所帮助。
在未来的发展中，随着集成电路技术的不断进步，相信这一设计方案将会得到更广泛的应用，并为电子产品的性能提升带来新的活力。
一种基于40nm cmos工艺的新型温度补偿、高电源抑制比的带隙基准源
一种基于40nm cmos工艺的新型温度补偿、高电源抑制比的带隙基准源
基于40 nm CMOS工艺的新型温度补偿、高电源抑制比的带隙基准源是
一种用于电子系统中的稳定参考电压源。
它具有以下特点：
1. 温度补偿：该带隙基准源采用了温度补偿技术，可以在不同温度下
提供相对稳定的输出电压。
这是通过在芯片中集成温度传感器并根据
传感器输出实时调整电压的方法实现的。
2. 高电源抑制比：电源抑制比是指基准源输出电压对电源电压变化的
抵抗能力。
该带隙基准源采用了电源抑制技术，可以有效地抑制电源
电压的扰动，保持输出电压的稳定性。
3. 基于40 nm CMOS工艺：该带隙基准源是使用40 nm CMOS工艺制造的，具有较高的集成度和性能优势。
CMOS工艺可以实现小尺寸、低功耗、高可靠性和低成本的设计，并且具有良好的设计灵活性和通用性。
4. 带隙基准源：带隙基准源是一种利用半导体材料的能带结构产生稳
定电压的原理实现的参考电压源。
它的输出电压与温度和电源电压无关，具有高精度和稳定性，适用于各种电子系统中的精密测量和控制
应用。
这种基于40 nm CMOS工艺的新型温度补偿、高电源抑制比的带隙基准
源可以应用于各种需要稳定参考电压的电子系统，如模拟电路、测量
仪器、传感器接口等。
它可以提供高精度和可靠的参考电压，改善系
统的性能和稳定性。
微功耗CMOS电压基准的设计
ｖ ｓ ＝ｖ ｓ ＋ｖ ｓ ｃ粤 Ｇ３ Ｄ２
由于 Ｍ３和 Ｍ ４电流相 等 ． 可得 到
（） ９
ｓ ：慨 ｌ ２＝ ： ｌ ｎ
把式 （Ｏ 和 （） 入式 （ ）可得 １ ） ４代 ３，
（） １ ０
ｌ 。： ｃ一 ｖ 一 。 。 ｃ 【 ）： 。 ＝ （： Ｄ 。 Ｋｖ ： 】
值 电路实 现低 功耗 ． 温度 系数 。 低 低输 出电压 的电压 基
准 电路
１ 工 作 原 理 、
Ｍ Ｓ Ｏ 管工作于亚阈值区的 Ｉｖ特性表达式【 ： — ４ 】 为
ｔ Ｋｘ Ｉｐ ＝ｏ ｅ
）— （ ） 【ｅ 一 】 ｌ印 酱
（） ５
（） ６
（） ７
提 出的 电路 图如 图 １ 示 ．图 中包 含 核心 电路 和 所 启 动 电路
【 关键 词 】 ：微 功耗 ； 电压基 准 ； 温度 系数 低
０ 概 述 、
Ｋ 、 Ｍ１和 Ｍ２的 宽 长 比 ， 是 载 流 子 迁 移 Ｋ 是
Ｃ Ｖ是 近年 来 ． 携式 电子设 备越 来越 流行 。在这些 设 备 率 ， 是栅 氧 电容 ， 阈值 电压 。 由上 式可 以看 出 ， 便 中． 低压 低功 耗是 基本 的设计 要求 。 随着 该类型设 备需 输 出电压 与迁 移 率 （ 温度 影 响 ） 关 ， 仅 与 阈值 受 无 而
【］ ｏ ａ Ｄｕ ｇ， ｅ ｉ ａｅ ｉ Ｊ ，Ｗ ｅ ｏ ｇ Ｌｕ ３ ｈｎ Ｖ． ｎ ａ Ｘｕｍｅ Ｍ ｎ）Ｘ ， ｉ Ｈｅ ｎ ｉ ｎ ｉ， ｄ
－＋ ・
（ 接 第 １ ８页） 上 ３
化 到 １ ０（， ０ ￣ 仿真 结果 如 图 ２所示 。从 图 中可 以看 出输 ２
1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计
1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计摘要----在数字ＣＭＯＳ技术中，带隙基准电路的设计提出了一些设计难题，应为电源电压低于硅带隙在电子伏下的电压（１．２ｖ）。
有一种旨在解决由电源低压所引起的的主要问题的电流模式结构得到使用，但是应用在运放和专用启动电路中值得我们警惕。
即使像耗尽型ＭＯＳ管这样的非标准器件有助于管理供电比例，它们也很少使用且不好控制。
所以，他们必须避免放在一个具有高移植性的健全电路设计中。
本文提出的这些电路可以适用于低压运放并解决了在达到合适电源电压偏置点的主要问题。
在数字０．１８－０．３５μｍ技术中，一些带隙基准电路可以在最小电源电压的为０．９到１．５ｖ的情况下实现５００ｍｖ的标称输出。
关键词带隙基准ＣＭＯＳ集成电路低压设计电压基准一介绍现在，模拟和数字电路都需要对温度敏感度低的基准电压生成器，比如ＤＲＡＭ和闪存芯片。
因为传统的基准电源提供接近于硅带隙在电子伏下的电压，他不能用于最新的电源电压在１ｖ以下深亚微米中。
曾经报道的采用电流模式的实现技术的ＣＭＯＳ带隙基准电源具有绕过电源电压限制的可能性。
但是，这项技术需要最小２ｖ的电源电压（用耗尽型ＭＯＳＴｓ提供），而且需要额外增加一个在模拟和混合电路中很少使用的复位电源信号。
最近报道了采用ＢｉＭＯＳＥ技术的电流模式带隙基准电源，但是低压运放不能用于数字ＣＭＯＳ技术中。
本文将会讨论低压带隙基准电源设计和提出一些有用的电路技术。
此外，还提出了一些在０．１８－０．３５μｍＣＭＯＳ技术的实现最小供电电源从０．９－１．５ｖ的技术。
二ＣＭＯＳ带隙基准电源在带隙基准电源中，对温度低敏感的输出电压由加在ｐｎ结上的电压和与温度成正比的相加得到。
设输出电压Ｖbg大致与硅带隙在电子伏下的电压相等，有可能抵消它的温度敏感性。
在CMOS，采用竖向PNP的双极晶体管。
由于输出电压为1.2v，这种结构不能用于最新的的CMOS技术中，这种技术的电源电压从1.8V（0.18μm）到1.2V（0.13μm），到下一代技术规模中，将会降到0.9V。
基于CMOS带隙基准源设计
第 ３ ９卷 第 ３ 期 ・ 术 拳
Ｖｏ１ Ｍ ａ ． ． ３９ ｒ３
湖
南
农
机
２１年３ ０２ 月
Ｍ ８ｒ２０１ ． ２
基于 Ｃ ＭＯＳ带隙基准源设计
．
何 绪琨
４ ３０ ） ５ ０ ０
（ 乡市 职业 技术学 院 ， 南 新 乡 新 河
摘 要： 电压基 准源是模拟集成 电路设计 中的一个非常重要的基础模块 。文章完成 了带隙基 准电压 源的设计 ， 进 行 了包 电路各部分结构的讨论与选择 、 路 的设 计与仿真 以及 电 括 电 路版 图的设计与验证等 多个环节的工作。 关键 词： ＭＯ ； Ｃ Ｓ 带隙基 准电路 ； 仿真 中图分类号 ：Ｐ９ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０—３０２１）３０ ８—２ １ ７ ８２ （０２０—０ ００ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ａ ｅ ｎ ＣＭ ＯＳ ｂ ｎ ｇ ｐ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｕ ｃ ａ ｄ ａ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ
高精度CMOS带隙基准电压源电路设计
（ ９ ２ ９ ４ １部 队 ９ ２分 队 辽 宁 葫芦 岛 １ ２ ５ ０ ０ １ ）
摘要 ： 设 计 了一 种 应 用 于 集 成 稳 压 器 的 高精 度 带 隙基 准 电压 源 电路 。 采 用共 源共 栅 电流 镜 结 构 以及 精 度 调 节 技 术 ， 有 效 提 高 了 电压 基 准 的 温度 稳 定性 和 输 出电 压 精 度 。 经 Ｈ ｙ ｎ ｉ ｘ ０ ． ５ ｐ Ｌ ｍ Ｃ ＭＯ Ｓ． Ｙ － 艺仿 真 验 证 表 明 ， 在２ ５℃时 ， 温度 系
数几乎 为零 ． 基 准 电 压 随 电 源 电压 变 化 小 于 ０ ． １ ｍ Ｖ； 在一 ４ ０ ～ １ ２ ５ ｏ Ｃ 温 度 变化 范 围 内 ， 基 准 电压 变 化 最 大 ４ ． ８ ｍＶ， 满 足 设计指标要求 。
关 键 词 ：集 成 稳 压 器 ；带 隙基 准 ；高精 度 ； 基 准 调 节 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ４ ３ ２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ７ １ — ０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃ ＭＯＳ ｂ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｉ Ｃ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ￣ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ
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基于亚阈值区的CMOS带隙基准电压源设计
基于亚阈值区的CMOS带隙基准电压源设计
郭俊;郭小平;詹国斌;叶晨宇
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】2024(31)2
【摘要】基准源是芯片的重要组成模块之一,其性能优劣直接影响整个电子系统运行的稳定性。
带隙基准源的核心思想是利用正温度和负温度系数电路叠加,以产生不随温度变化的电路结构。
利用晶体管在亚阈值工作区间内的电压电流特性,提出一种互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)带隙基准电压源结构,从而消除了传统经典电源中对双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)工艺的依赖。
此外,在低温段和高温段分别增加二阶补偿电路。
仿真结果表明,在Cadence软件的台积电65 nm工艺下,提出的基准源成功实现了温度补偿,并在较宽的温度范围内具有较低的温漂系数。
【总页数】5页(P19-23)
【作者】郭俊;郭小平;詹国斌;叶晨宇
【作者单位】湖州职业技术学院信息工程与物联网学院;杭州昀至科技有限公司;杭州朗迅科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN432
【相关文献】
1.高性能分段线性补偿CMOS带隙基准电压源设计
2.基于CMOS的带隙基准电压源的分析与设计
3.一种工作在亚阈值区的CMOS基准电压源设计
4.CMOS亚阈型带隙电压基准的分析与设计
5.一种低功耗亚阈值CMOS带隙基准电压源
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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
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自 然科学版
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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
带隙电压基准的设计_毕业设计
1．低电压工作的基准电压源
SOC(Signal Operation Control)的主流工艺是CMOS工艺,目前，5V(0.6um)、3.3V (0.35um)、1.8V(0.18um)、1.5V(0.15um)、1.2V(0.13um)、0.9V(0.09um)等电源电压已经得到广泛的使用。随着手提设备对低电源需求的不断增加，设计低压工作的电压基准源成为当前基准源研究的热点。由于传统带隙电压基准源的带隙电压为1.2V左右，所以，对于电源电压低于1.2V的基准设计必须采用特殊的电路结构，许多文献[2]都提出了输出基准电压低于1.2V的电路结构。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，不同运放的电路结构和MOS管衬底效应造成的高阈值电压是限制工作电压的主要因素。
（1.1）
是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压值， q是电子电荷， 是衬底的掺杂浓度， 是耗尽区的电荷， 是单位面积的栅氧化层电容。由pn结理论可知， ，其中 表示硅的介电常数。由于 6.9fF/ 。 为漏电流， 为漏源电压， 为n沟道器件的表面迁移率， 为单位面积栅氧化物电容，W为有效沟道宽度，L为有效沟道长度， 为阈值电压，有：
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MOS器件的基本原理、基准电压源电路原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。在带隙基准电压基准电路设计中，首先对所采用的h05mixddst02v13库中的阈值电压、沟道长度调制系数、跨导参数进行提取，对衬底pnp管的温度特性进行分析，再对电路中的各个管子的宽长比、电容、电阻值进行手动计算，最后通过Hspice软件对电路进行仿真验证。
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XX XX 大学毕业设计说明书学院、系：专业：学生姓名：学号：设计题目：基于CMOS技术的电压基准源的设计起迄日期: 20**年2月13日~20**年6月10日指导教师:教授系主任:发任务书日期:20**年1月7日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 (31)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。
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。
随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块，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，这样也就意味着系统对其中基准电压源模块提出了更高的要求。
另外，基准电压源是电压稳压器中的一个关键电路单元，它也是DC-DC转换器中不可缺少的组成部分；在各种要求较高精确度的电压表、欧姆表、电流表等仪器中都需要电压基准源[l]1.1 国内外研究现状与发展趋势近年来，国内外对CMOS工艺实现的电压基准源作了大量的研究，发表了大量的学术论文，其中的技术发展主要表现在如下几个方面。
1)低电压工作的基准电压源SOC(Signal Operation Control)的主流工艺是CMOS工艺,目前，5V(0.6um)、3.3V (0.35um)、1.8V(0.18um)、1.5V(0.15um)、1.2V(0.13um)、0.9V(0.09um)等电源电压已经得到广泛的使用。
随着手提设备对低电源需求的不断增加，设计低压工作的电压基准源成为当前基准源研究的热点。
由于传统带隙电压基准源的带隙电压为1.2V左右，所以，对于电源电压低于1.2V的基准设计必须采用特殊的电路结构，许多文献[2]都提出了输出基准电压低于1.2V的电路结构。
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，不同运放的电路结构和MOS管衬底效应造成的高阈值电压是限制工作电压的主要因素。
2)低温度系数的基准电压源低温度系数的基准电压源对于要求精度高的应用场合比较关键，比如说对于高精度的A/D、D/A结构，高精度的电流源、电压源等。
对于普通的一阶温度补偿的带隙结构的温度系数一般在20ppm/℃～50ppm/℃，因此，设计低温度系数的基准电压源一般必V环路曲率补偿法，β非线性曲须进行高阶温度补偿。
目前出现的高阶补偿技术包括BE率补偿法，基于电阻比值的温度系数的曲线补偿方法等。
3)高电源抑制比的基准电压源在数模混合集成电路中，电路中可能存在高频噪声和数字电路产生的噪声对模拟电路产生信号干扰的现象。
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抑制比性能，有些设计中使用运放结构的带隙基准技术，在直流频率时的PSRR(Power Supply Rejection Ratio，电源抑制比)可达-110dB，在1MHz的PSRR达-70dB;而使用无运放负反馈结构的带隙基准，在1KHz的PSRR为-95dB，在1MHz的PSRR为-40dB。
4)低功耗的基准电压源低功耗设计对于依靠电池工作的便携设备具有非常重要的意义，低功耗电路可以延长电池的使用寿命。
有些设计中的电路功耗可达220uW。
1.2 课题研究的目的意义传统的基准源是基于稳压二极管的原理制成，但由于它的击穿电压一般都大于现在电路中所用的电源，已经不再常用。
20世纪70年代初，Widlar首先提出带隙基准电压源的概念和基本设计思想，由于其在电源电压、功耗、稳定性等方面的优点，得到了广泛的应用。