带隙基准电压源的设计

1、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 目带隙基准电压源设计专业班级集成10-2班学生唐贝贝学 号1014020227指导老师董长春2013年6月28日目录一 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电路原理图：(1) .带隙基准电路Vt>DMiMJMlM4(2)放大器电路19LrlbXIr.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1mV带隙基准电路：温度系数小于10ppm/ C1.3要求1手工

2、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相关冋题参考教材第六章，仿真冋题请查看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 一： (In n) ”8.6，最后Vref大概为1.2V，且电路具

3、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，M10，M11，M12，M13 宽长比的计算设 lm8=lm9=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/l6)*(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)，若使环路增益小于 1,知(W/L)12/(W/L)13 4 故取(W/L)12=4*(W/L

4、)13=1072取 CL=2pf3为了满足60DB的相位裕度的要求：Cc 0.22CL=0.44pf由于设计需求取 Cc=4pf4为了版图中的对称性去l5=53uA，I6=107uA5单位增益带宽11MHzUGB=gm1/Cc=11MHz*2 n又 gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2 n计算得 gm1=44us gm6=48us 取 gm1=69us gm6=55us6为了消去零点，即将零点移至无穷远处，贝U调零电阻满足以下公式： gm6*R2=1 得 R2 = 1.44k7M1与M6宽长比的计算由 gm仁2Kp(W/L)1*l1F0.5取(W/L)2=(W/L)1=20由 gm6=

5、2Kn(W/L)6*I6 A0.5取(W/L)6=1078M3 , M4 , M5 , M7宽长比的计算假设过驱动电压Vov=0.2vI3=I4=0.5Kn (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=1079由 Vgs13=Vgs12+lm8*Rs Vgs=错误！未找到引用源。得 Rs=3.2k2.2带隙电压基准的基本原理科+丄r cV_-带隙电压基准的基本原理：F=00.087mF °C=盘 x险+ 0疋(尹丁也用dvfdrevT/drx(ln n)(0.7mV/oC) = l.SmV / 

6、6;CXf x#x(ki?O 宅 8.6E &6宅Ri Inn基准电压表达式：Vref八V.VV+,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lc =lsexp（VBE.VT）其中，VT二kT,q。利用此公式推导得出VBE电压的温度系数为：Vbe vbe _ （4 m）VT _Eg q 汀一T其中， 口畑-1.5 Eg

7、 =1.12eV 是硅的带隙能量。当 Vbe : 750mV T = 300K可得:Vbe 汀：“ -1.5mV：； 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。有以下关系： Vref =；“Vbe 1 (VT lnn)M - (Inn) ： 8.6(4) 带隙基准电路参数的设计假设n=8, M=1 0 M为M5与M1234电流大小之比。并设M1234宽长比为80/3。则R=4'13,假设R1=4K，R2=18'4K。经过调试得知不同大小的R2与R1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

8、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-50.0-150.0-25 0 -0.0-25 075 0-dB(V) f(Hz) vfvout)0.0-50.0-100.0-50.0- -200.0-250.0-300.0-350.0-Phasernargin: 55.4481.0100 010.0k1megf(H)Phase(deg) : vfvout)WOmegilOg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

9、电压失调电压为Vos=OV(3)带隙基准准度温度系数TCf是Vef=800u(100*(1.2109+1.2105)/2)=6.6ppm/ C2.4网表文件* source ban dgapM1g v- c vddmp33 L=3u W=60uM2h v+ cvddmp33 L=3u W=60uM3g g 0 0mn 33 L=3u W=80uM4h g 0 0mn 33 L=3u W=80uM5c d vdd vddmp33 L=3u W=160uM6VOUTh 0 0mn 33 L=3uW=320uM7VOUT d vdd vddmp33 L=3uw=320uM8d d vdd vddmp

10、33 L=3u W=80uM9a d vdd vddmp33 L=3uW=80uM10d a f 0mn 33 L=3uW=80uM11a a b 0mn 33 L=3uW=80uM12f b k 0mn33 L=3uw=320uM13b b 0 0mn 33 L=3u W=80uR_R2h m 1.44kCcVOUT m 4pCLm VOUT 2pRs0 k3.2k*/Ba ndgap/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

11、L=3ump4 v+vout vdd vdd mp33 W=90u L=3ump5 vref vout vdd vddmp33 W=90u L=3uQ2a 00 Q2aeqvp10Q2b 0 Q2ae v-qvp10Q1a 00Q1aeqvpIOm=8Q1b 0Q1aeQ1beqvp10m=8Q3 00q3eqvp10R1 v+ Q1be 4kR2 Vref q3e 18.4k*/vdd vdd 03.3vlib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' tt.lib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' biptypical.plot v(Vref).op.dc temp -20 80 1 *sweep x 18.2k 18.6k0.01k.end三. 心得体会通过学年设计发现跟多自己的不足，