带隙基准电压源的设计.docx
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带隙基准电压源的设计
哈尔滨理工大学
软件学院
课程设计报告
课
程
大三学年设计
题
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
牛
唐贝贝
学
1014020227
指导老师董长春
2013年6月28日
•课程设计题目描述和要求二•课程设计报告内容
2.1课程设计的计算过程
2.2带隙电压基准的基本原理
2.3指标的仿真验证结果
2.4网表文件三•心得体会四.参考书目
课程设计题目描述和要求
1.1电路原理
帛•帯隙基准电路
⑵•放大器电路
Ml
T1
jir
MIOmii
MI2£——I匚13ML
匚11
1.2设计指标
放大器：
开环增益：
大于70dB
相位裕量：
大于60度
失调电压：
小于lmV
带隙基准电路：
温度系数小于lOppm/C
1.3要求
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HspiceI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。
二.课程设计报告内容
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（Inn）8.6,最后Vref大概为1.2V,且电路具有较大的电流，
可以驱动较大的负载。
2.1课程设计的计算过程
1＞M8,M9,MIO,Mil,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Vgsl3=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l/（gml3*Rb）,若使环路
增益小于1,知（W/D12/（W/D13＞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：
4＞为了版图中的对称性去15=53uA,16=107uA
5＞单位增益带宽11MHz
UGB=gml/Cc=llMHz*27c
又gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2n计算得gml=44usgm6=48us取gml=69usgm6=55us
9＞由Vgsl3二Vgsl2+lm8*RsVgs=J，21吨_川日得Rs=3.2k
2.2带隙电压基准的基本原理
带隙电压基准的基本原理:
0X（Inn）（0.087m卩°C）二1.伽F
爲InR
基准电压表达式：
Vref
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（△
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
IcIsexP（Vbe/Vt）
其中，VTkT/qo利用此公式推导得出VBE电压的温度系数为
VbeVbe（4m）VtEg/q
当Vbe750mVT300K
可得：
Vbe/T1.5mV/C
（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
F关系•VrefVbe（VtInn）
（Inn）8.6
（4）带隙基准电路参数的设计
假设n二&M=1oM为M5与M1234电流大小之比。
并设M1234宽长比为
Ro
80/3o则一4.13假设R1=4K,R2=18.4K。
经过调试得知不同大小的R2与R1Ri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，例如18.4/4=4.6与计算结果有一定差距，但是仿真出的结果较好所以我们使用上述参数。
2.3指标的仿真验证结果
（1）放大器增益带和相位裕度的仿真
放大器的增益是104.54DB;单位增益带宽是5.9474M;相位裕度是62.141度
（2）失调电压
失调电压为Vos=OV
（3）带隙基准准
度
Temperature（Degree>
温度系数"f是〒Vef
=800u[（100*（1.2109+1.2105）/2）1=6.6ppm/C
2.4网表文件
sourcebandgap
M6
VOUTh00
mn33
L=3u
W=320u
M7
VOUTdvddvdd
mp33
L=3u
w二320u
M8
ddvddvdd
mp33
L=3u
W=80u
M9
advddvdd
mp33
L=3u
W=80u
MIO
daf0
mn
33
L=3u
W=80u
Mil
aab0
mn
33
L=3u
W=80u
M12
fbk0
mn
33
L=3u
w二32Ou
*///////////////Bandgaplllllllllllllllll
mplQ2aevoutvddvdd
mp2v-voutvddvdd
mp3Qlaevoutvddvdd
mp4v+voutvddvdd
bb0
M130
mp33W=90uL=3u
mp33W=90uL=3u
mp33W=90uL=3u
mp33W=90uL=3u
mn33L=3uW=80u
mp5vrefvoutvddvddmp33W=90uL=3u
Q2a00Q2aeqvp10
Q2b0Q2aev-qvp10
Qlb0QlaeQlbeqvplOm=8
Q30q3eqvplO
R1v+Qlbe4k
R2Vrefq3e18.4k*/////////////////////////////////////vddvdd03.3v.lib
'c:
/lib/hm3524m020025vl32.lib，tt.lib'c:
/lib/hm3524m020025vl32.lib'biptypical.plotv（Vref）.op.detemp-20801*sweepx18.2k18.6k0.01k.end
3.心得体会
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。
4.参考书目<1>.CMOS模拟集成电路设计（第二版）PhillipE.AllenDouglasR.Holberg著冯军李智群译王志功审校
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