帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計

1、哈爾濱理工大學(xué) 軟件學(xué)院課程設(shè)計報告課 程 大三學(xué)年設(shè)計題 目 帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計專 業(yè)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng) 班 級 集成10-2 班學(xué) 生 唐貝貝 學(xué) 號 1014020227 指導(dǎo)老師 董長春 2013年6月28日目 錄一.課程設(shè)計題目描述和要求二.課程設(shè)計報告內(nèi)容2.1課程設(shè)計的計算過程.2.2帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理.2.3指標(biāo)的仿真驗證結(jié)果.2.4 網(wǎng)表文件三.心得體會四參考書目.一 課程設(shè)計題目描述和要求1.1電路原理圖：(1).帶隙基準(zhǔn)電路(2).放大器電路1.2設(shè)計指標(biāo)放大器：開環(huán)增益：大于70dB相位裕量：大于60度 失調(diào)電壓：小于1mV 帶隙基準(zhǔn)電路：溫度系數(shù)小于10ppm

2、/ 1.3要求1>手工計算出每個晶體管的寬長比。通過仿真驗證設(shè)計是否正確，是否滿足指標(biāo)的要求，保證每個晶體管的正常工作狀態(tài)。2>使用Hspice工具得到電路相關(guān)參數(shù)仿真結(jié)果，包括：幅頻和相頻特性（低頻增益，相位裕度，失調(diào)電壓）等。3>每個學(xué)生應(yīng)該獨立完成電路設(shè)計，設(shè)計指標(biāo)比較開放，如果出現(xiàn)雷同按不及格處理。4>完成課程設(shè)計報告的同時需要提交仿真文件，包括所有仿真電路的網(wǎng)表，仿真結(jié)果。5>相關(guān)問題參考教材第六章，仿真問題請查看HSPICE手冊。2. 課程設(shè)計報告內(nèi)容 由于原電路中增加了兩個BJT管，所以Vref需要再加上一個Vbe，導(dǎo)致最后結(jié)果為，最后Vref大概為

3、1.2V，且電路具有較大的電流，可以驅(qū)動較大的負(fù)載。 2.1課程設(shè)計的計算過程1> M8，M9，M10，M11，M12，M13寬長比的計算 設(shè)Im8=Im9=20uA (W/L)8=(W/L)9=20uA 為了滿足調(diào)零電阻的匹配要求，必須有Vgs13=Vgs6 ->因此還必須滿足(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因為偏置電路存在整反饋，環(huán)路增益經(jīng)計算可得為1/(gm13*Rb)，若使環(huán)路增益小于1，知(W/L)12/(W/L)13 &

4、gt; 4 故取(W/L)12=4*(W/L)13=1072>取CL=2pf3>為了滿足60DB的相位裕度的要求：Cc > 0.22CL=0.44pf 由于設(shè)計需求取Cc=4pf4>為了版圖中的對稱性去I5=53uA，I6=107uA5>單位增益帶寬11MHzUGB=gm1/Cc=11MHz*2又gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2計算得gm1=44us gm6=48us 取gm1=69us gm6=55us6>為了消去零點，即將零點移至無窮遠(yuǎn)處，則調(diào)零電阻滿足以下公式：gm6*R2=1 得 R2 = 1.44k7>M1與M6寬長比的計算由gm

5、1=2Kp(W/L)1*I10.5 取(W/L)2=(W/L)1=20由gm6=2Kn(W/L)6*I6 0.5 取(W/L)6=107 8>M3，M4，M5，M7寬長比的計算假設(shè)過驅(qū)動電壓Vov=0.2vI3=I4=0.5Kn（W/L）Vov*Vov 取(W/L)3=(W/L)4=27由偏置電流源與電流的比例關(guān)系得：(W/L)5=53 (W/L)7=1079>由Vgs13=Vgs12+Im8*Rs Vgs= 得Rs=3.2k2.2帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理：基準(zhǔn)電壓表達(dá)式 ：V+,V-的產(chǎn)生原理：（1）利用了雙極型晶體管的兩個特性：基極-發(fā)射極電壓（VBE）電壓

6、與絕對溫度成反比在不同的集電極電流下，兩個雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓的差值（VBE）與絕對溫度成正比（2）雙極型晶體管構(gòu)成了帶隙電壓基準(zhǔn)的核心負(fù)溫度系數(shù)電壓：雙極型晶體管，其集電極電流（IC）與基極-發(fā)射極電壓（VBE）關(guān)系為其中， 。利用此公式推導(dǎo)得出VBE電壓的溫度系數(shù)為其中， 是硅的帶隙能量。 當(dāng)可得：（3）實現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓利用上面的正，負(fù)溫度系數(shù)的電壓，可以設(shè)計一個零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。有以下關(guān)系：（4）帶隙基準(zhǔn)電路參數(shù)的設(shè)計假設(shè)n=8，M=1。M為M5與M1234電流大小之比。并設(shè)M1234寬長比為80/3。則4.13,假設(shè)R1=4K,R2=18.4K。經(jīng)過調(diào)試得知不同大

7、小的R2與R1會影響帶隙基準(zhǔn)的溫度系數(shù)以及電路整體的電流大小，影響后續(xù)驅(qū)動負(fù)載能力，調(diào)試過程中會存在一定誤差，例如18.4/4=4.6與計算結(jié)果有一定差距，但是仿真出的結(jié)果較好所以我們使用上述參數(shù)。2.3指標(biāo)的仿真驗證結(jié)果（1）放大器增益帶和相位裕度的仿真放大器的增益是104.54DB;單位增益帶寬是5.9474M;相位裕度是62.141度（2）失調(diào)電壓失調(diào)電壓為Vos=0V (3)帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)度溫度系數(shù)TCf是=800u(100*(1.2109+1.2105)/2)=6.6ppm/2.4 網(wǎng)表文件* source bandgapM1 g v- c vdd mp33 L=3u W=60uM2 h

8、 v+ c vdd mp33 L=3u W=60u M3 g g 0 0 mn33 L=3u W=80uM4 h g 0 0 mn33 L=3u W=80uM5 c d vdd vdd mp33 L=3u W=160uM6 VOUT h 0 0 mn33 L=3u W=320uM7 VOUT d vdd vdd mp33 L=3u w=320uM8 d d vdd vdd mp33 L=3u W=80uM9 a d vdd vdd mp33 L=3u W=80uM10 d a f 0 mn33 L=3u W=80uM11 a a b 0 mn33 L=3u W=80uM12 f b k 0 m

9、n33 L=3u w=320uM13 b b 0 0 mn33 L=3u W=80u R_R2 h m 1.44k Cc VOUT m 4pCL m VOUT 2pRs 0 k 3.2k*/Bandgap/mp1 Q2ae vout vdd vdd mp33 W=90u L=3ump2 v- vout vdd vdd mp33 W=90u L=3ump3 Q1ae vout vdd vdd mp33 W=90u L=3ump4 v+ vout vdd vdd mp33 W=90u L=3ump5 vref vout vdd vdd mp33 W=90u L=3uQ2a 0 0 Q2ae qvp

10、10 Q2b 0 Q2ae v- qvp10 Q1a 0 0 Q1ae qvp10 m=8Q1b 0 Q1ae Q1be qvp10 m=8Q3 0 0 q3e qvp10 R1 v+ Q1be 4k R2 Vref q3e 18.4k */vdd vdd 0 3.3v.lib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' tt.lib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' biptypical.plot v(Vref).op.dc temp -20 80 1 *sweep x 18.2k 18.6k 0.01k.end3 心得體會 通過學(xué)年設(shè)計發(fā)現(xiàn)跟多自己的不足，該設(shè)計更多是在老師和組員的幫助下完