带隙基准设计

1、带隙基准参数设计R*咔H冲4基准源核心电路参数设计首先，考虑两个三极管发射极面积之比N的选取。由上述公式可知：N值越大，则R2/R3的比例就越小，从而可以减小电阻的版图面积。 但是N值越大，也会导致三极管的静态电流增大。折中选取N=8，这样版图可以采用中心 对称布局，有利于减少匹配误差。假设选取的工艺下的三极管的电流大于1uA时，VBE的输出曲线较为平滑。从节省功耗 的角度，假定流过三极管集电极的电流为1uA。由上述公式可知，当N=8、IR3=1uA、T=300K时，计算得:考虑到R1和R2的数值数倍于R3,则电阻值太大，消耗版图面积太大。因此，作为折 中，选取R3为10K，电流值为5uA左右

2、。确定了以上参数后，考虑一阶补偿时R2的取值。对上述公式在T0处求导可得:令上式为零，即进行一阶补偿，可得:化简得:代入参数，Vgo=1.205V，查图可知VeBi在5uA的偏执电流下约为716mV, 300K温度下 VT0=26mV，r=3.2，a=1 （三极管的偏置电流为PTAT），N=8，计算得：为了产生600mV的输出电压，需要调整R4的值。%号女一1+%由上式可以推出：, % I t %在T=300K条件下代入各值，求得R4=48.5K。考虑到各个电阻阻值偏大，故将各电阻设为 高阻多晶型。然而，高阻多晶虽然有很高的方阻，但是工艺稳定性不太好，故后期的Trimming 工序是必不可少的

3、。最后，确定电流镜的尺寸。采用适当偏小的宽长比，可以提高电流镜的过驱动电压，进 而可以减小电流镜阈值电压失配所带来的影响。另外，沟道长度调制效应也是一个重要影响 因素，考虑到低压应用不能使用Cascode结构，可以增大器件的栅长来减小沟道长度调制效 应的影响。但是过大的沟道长度会导致版图的面积的增加，需要在性能和版图面积之间做出 折中。经过计算与迭代仿真，选取MM2和M3的宽长比为10um/1um。注意电流镜的版 图设计中需采用中心对称布局以减小误差。综上，通过理论分析，确定带隙核心电路的器件参数为：mgH 邸dyLOS 心，HRpdy IRjlOkn, HRpCC，则可以得到：6,（心础广要

4、使电路的建立时间与稳定性达到较好的折中，取相位裕度为60，则此时有:最后仿真结果：低频增益为89dB，相位裕度为52，增益带宽积为20MHz。启动电路设计图中重点标明了 A、B、C三个关键电路节点。 可以看出，IM1与C点电压的关系可以表示为:房傍血-匕卜怜|了并且对于电流镜M1和M2,忽略沟道长度调制效应，有:结合上面两个约束条件，可以得到下图:图中有两个稳定点，电路在这两个点上都可以稳定。假定电路上电后，由于失调电压的 存在，导致运放的输出偏高而不足以开启PMOS管，则带隙基准电路中不会有电流通过， 这样输出基准电压则一直保持为0，电路始终维持在非期望工作点上。为了避免这一情况， 必须要加

5、入一个启动电路使得电路上电后能迅速产生一个偏置电流把电路拉向期望工作点， 设计启动电路有以下几个要点：1、能快速产生偏置电流来启动电路；2、主电路进入稳定工作状态后启动电路能自动关闭；3、不影响基准电路的正常工作，不影响输出基准电压的精度。本文所采用的启动电路设计引入了数字电路中反相器的思路，这种启动电路的器件使用 少，功耗趋于0，并且适用于低压工作。具体分析如下：如上图，假定上电后电路工作在非期望工作点，则PNP三极管没有电流通过，VEB接 近为0，电流镜的栅极电压接近Vdd，即VA约等于0，VC约等于VDD。此时M11和M12构 成的反相器拉高m13的栅极电压，m13导通并将c点电压拉低。

6、如果c点电位小于vdd-vthp, 则此时PMOS电流镜开始导通，为基准电路注入电流，直到电路达到期望稳态点。A点电压最终稳定于500800mV区间（在-40 C120 C范围内），设置M12的宽长比 大于M11的宽长比，调整反相器的VTC曲线使得反相器具有较低的关断电压，从而在此时 关闭M13。电路稳定工作后，该支路的电流仅由CMOS漏电流决定，功耗约为nW级。最终的电路低压带隙结构低压带隙结构适用于低压带隙的开启电路设计目的：低压带隙电路上电时，可能进入两个状态，一是正常工作状态，另一个状态时 VP和VN为低电平，误差放大器的输入管关断，VC为高电平，MP1、MP2、Mp3关断，整体 电路停止工作。为了使低压带隙电路上电能进入正常工作状态，所以需要开启电路，并且启 动电路使主电路开启正常工作后，启动电路需要断开，不影响主电路工作。工作原理：启动电路的作用是要确保电路上电后正常工作，整个电路停止工作时，V