带隙基准电压源设计.pdf

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软件学院
课程设计报告
课程大三学年设计
题目带隙基准电压源设计
专业集成电路设计与集成系统
班级集成10-2班
学生唐贝贝
学号1014020227
指导老师董长春
2013年6月28日
0
目录
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1

:
(1).带隙基准电路
(2).放大器电路
2

放大器:开环增益:大于70dB
相位裕量:大于60度
失调电压:小于1mV
带隙基准电路:温度系数小于10ppm/C

1>手工计算出每个晶体管的宽长比。通过仿真验证设计是否正确,是否满足
指标的要求,保证每个晶体管的正常工作状态。
2>使用Hspice工具得到电路相关参数仿真结果,包括:幅频和相频特性(低
频增益,相位裕度,失调电压)等。
3>每个学生应该独立完成电路设计,设计指标比较开放,如果出现雷同按不
及格处理。
4>完成课程设计报告的同时需要提交仿真文件,包括所有仿真电路的网表,
仿真结果。
5>相关问题参考教材第六章,仿真问题请查看HSPICE手册。

由于原电路中增加了两个BJT管,所以Vref需要再加上一个Vbe,导致最
后结果为M(lnn),,且电路具有较大的电流,
可以驱动较大的负载。

1>M8,M9,M10,M11,M12,M13宽长比的计算
设Im8=Im9=20uA(W/L)8=(W/L)9=20uA
为了满足调零电阻的匹配要求,必须有Vgs13=Vgs6
->因此还必须满足(W/L)13=(Im8/I6)*(W/L)6
即(W/L)13/(W/L)6=(W/L)9/(W/L)7取(W/L)13=27
取(W/L)10=(W/L)11=(W/L)13=27
因为偏置电路存在整反馈,环路增益经计算可得为1/(gm13*Rb),若使环路
3
增益小于1,知(W/L)12/(W/L)13>4故取(W/L)12=4*(W/L)13=107
2>取CL=2pf
3>为了满足60DB的相位裕度的要求:
Cc>==4pf
4>为了版图中的对称性去I5=53uA,I6=107uA
5>单位增益带宽11MHz
UGB=gm1/Cc=11MHz*2π
又gm6/CL=*UGB=24MHz*2π
计算得gm1=44usgm6=48us取gm1=69usgm6=55us
6>为了消去零点,即将零点移至无穷远处,则调零电阻满足以下公式:
gm6*R2=1得R2=
7>M1与M6宽长比的计算
由gm1=[2Kp(W/L)1*I1]^(W/L)2=(W/L)1=20
由gm6=[2Kn(W/L)6*I6]^(W/L)6=107
8>M3,M4,M5,M7宽长比的计算
假设过驱动电压Vov=
I3=I4=(W/L)Vov*Vov取(W/L)3=(W/L)4=27
由偏置电流源与电流的比例关系得:(W/L)5=53(W/L)7=107
9>由Vgs13=Vgs12+Im8*RsVgs=错误!未找到引用源。得Rs=

VV
0
带隙电压基准的基本原理:TT
4
VVV
基准电压表达式:REF
V+,V-的产生原理:
(1)利用了双极型晶体管的两个特性:
基极-发射极电压(VBE)电压与绝对温度成反比
在不同的集电极电流下,两个双极型晶体管的基极-发射极电压的差值(Δ
VBE)与绝对温度成正比
(2)双极型晶体管构成了带隙电压基准的核心
负温度系数电压:
双极型晶体管,其集电极电流(IC)与基极-发射极电压(VBE)关系为
IIexp(VV)
CSBET
其中,VkTq。利用此公式推导得出VBE电压的温度系数为
T
VV(4m)VEq
BEBETg
TT
其中,m。
g
当V750mVT300K
BE
5
VTC
可得:BE
(3)实现零温度系数的基准电压
利用上面的正,负温度系数的电压,可以设计一个零温度系数的基准电压。有以
下关系:VV(Vlnn)
REFBET
M(lnn)
(4)带隙基准电路参数的设计
假设n=8,M=1。M为M5与M1234电流大小之比。并设M1234宽长比为
R
80/3。则2,假设R1=4K,R2=。经过调试得知不同大小的R2与R1
R
1
会影响带隙基准的温度系数以及电路整体的电流大小,影响后续驱动负载能力,
调试过程中会存在一定误差,=,但是仿真
出的结果较好所以我们使用上述参数。

(1)放大器增益带和相位裕度的仿真
;;
6
(2)失调电压
失调电压为Vos=0V
(3)带隙基准准度
7
V
温度系数TCf是=800u[(100*(+)/2)]=/C
T*V
REF

*sourcebandgap
M1gv-cvddmp33L=3uW=60u
M2hv+cvddmp33L=3uW=60u
M3gg00mn33L=3uW=80u
M4hg00mn33L=3uW=80u
M5cdvddvddmp33L=3uW=160u
M6VOUTh00mn33L=3uW=320u
M7VOUTdvddvddmp33L=3uw=320u
M8ddvddvddmp33L=3uW=80u
M9advddvddmp33L=3uW=80u
M10daf0mn33L=3uW=80u
M11aab0mn33L=3uW=80u
M12fbk0mn33L=3uw=320u
M13bb00mn33L=3uW=80u

CcVOUTm4p
CLmVOUT2p

*///////////////Bandgap/////////////////
mp1Q2aevoutvddvddmp33W=90uL=3u
mp2v-voutvddvddmp33W=90uL=3u
mp3Q1aevoutvddvddmp33W=90uL=3u
mp4v+voutvddvddmp33W=90uL=3u
mp5vrefvoutvddvddmp33W=90uL=3u
Q2a00Q2aeqvp10
Q2b0Q2aev-qvp10
8
Q1a00Q1aeqvp10m=8
Q1b0Q1aeQ1beqvp10m=8
Q300q3eqvp10
R1v+Q1be4k

*/////////////////////////////////////

.lib'c:/lib/'tt
.lib'c:/lib/'biptypical
.plotv(Vref)
.op
.dctemp-20801*
.end

通过学年设计发现跟多自己的不足,该设计更多是在老师和组员的帮助下完
成,在模拟设计方面还有很多的路要走,还有很多的只是要学,很多的不足仍需
改进。大学的课程虽然临近结束,可是在接下来的一年的学习不会停止,而且跟
多的是靠自己。

<1>.CMOS模拟集成电路设计(第二版)
冯军李智群译王志功审校
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