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班学牛唐贝贝学口 号1014020227指导老师董长春2013年6月28日1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/91.3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

2、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。12二.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 X px(| n n) ：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

3、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)13=1072>取

4、 CL=2pf3为了满足60DB的相位裕度的要求:Cc > 0.22CL=0.4 4pf由于设计需求取 Cc=4pf4为了版图中的对称性去l5=53uA, l6=107uA5单位增益带宽11MHzUGB=gm1/Cc=11MHz*27C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 gm1=2Kp(W/L)1*I1F0.5取(W/L)2=(W/L)1=20由 gm6=2

5、Kn(W/L)6*I6八0.5取(W/L)6=1078>M3 , 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*RsVgs=错误！未找到引用源。得Rs=3.2k2.2带隙电压基准的基本原理带隙电压基准的基本原理：-弘+p埜=0cTcTV-i-I8 <0“ 丿O匕+0厂0 X Qii fiX0.0S7jrtr/"C) =/ QQMX0x(kifj)宅 8*

6、6R Inw基准电压表达式：Vref=oV+PV_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）关系为其中,Ic =Isex pVbe/Vt）Vt =kT/q。利用此公式推导得出VBE电压的温度系数为弘 VBE-(4+m)VT-Eg/qcT其中,当Vbem是-1.5 Eg =1.12eV是硅的带隙能量。俺 750mV T =300

7、K可得：5Vbe / 页 1.5mV/ 9(3)实现零温度系数的基准电压有以下关系: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。Vref = a X Vbe + p X (Vt | n n)M X px(|n n川8.6(4)带隙基准电路参数的设计假设n=8, M=1 o M为M5与M1234电流大小之比。并设M1234宽长比为80/3o则 曳=4.13假设R1=4K,R2=18.4K。经过调试得知不同大小的 R2与R1 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

8、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100.0.75 050 025.0 -Level： 0.000-X： 11.1b7meg-25.0-aB(V) :t(Hz)V(VDLl1)-50.0 J0.0 n-50.0-100.0-150.0-200.0-250.0-300.0-350.0-Phasemargin: 65.448Phase(clsg) :V(VDUt)1.0100.010.0kImegf(吃)lOOmeglOg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Vo

9、s=OV(3)带隙基准准度温度系数TCf是怎CcVOUTm 4pCLmVOUT 2p=800u(100*(1.2109+1.2105)/2)=6.6 ppm/P2.4网表文件source ban dga pM1g v- c vddmp 33L=3uW=60uM2h v+ cvddmp 33L=3uW=60uM3g g 0 0mn 33L=3uW=80uM4h g 0 0mn 33L=3uW=80uM5c d vdd vddmp 33L=3uW=160uM6VOUTh 00mn 33L=3uW=320uM7VOUT d vdd vddmp 33L=3uw=320uM8d d vdd vddmp

10、33L=3uW=80uM9a d vdd vddmp 33L=3uW=80uM10d a f 0mn 33L=3uW=80uM11a a b 0mn 33L=3uW=80uM12f b k 0mn 33L=3uw=320uM13b b 0 0mn33 L=3u W=80u1.44kR R2Rs3.2k*/Ba ndga plllllllllllllllllmp1 Q2ae vout vdd vddmp33 W=90u L=3ump2 v- vout vdd vddmp33 W=90u L=3ump3 Q1ae vout vdd vddmp33 W=90u L=3ump4 v+ vout vdd

11、 vddmp33 W=90u L=3ump5 vref vout vdd vdd mp33 W=90u L=3uQ2a 00 Q2aeqvp10Q2b 0 Q2ae v-qvp10Q1a 00 Q1ae qvp10 m=8Q1b 0Q1ae Q1be qvpIO m=8Q3 0q3e qvpIOR1 v+Q1be 4kR2 Vref q3e 18.4k */vdd vdd 03.3v lib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' tt .lib 'c:/lib/hm3524m020025v132.lib' bi pty pical p lot v(Vref) .op.dc temp -20 80 1 *swee p 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