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目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………………………………………………………….一．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(2).放大器电路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/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。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(ln)8.6Mn，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1M8，M9，M10，M11，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Vgs13=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1/(gm13*Rb)，若使环路增益小于1，知(W/L)12/(W/L)134故取(W/L)12=4*(W/L)13=1072取CL=2pf3为了满足60DB的相位裕度的要求：Cc0.22CL=0.44pf由于设计需求取Cc=4pf4为了版图中的对称性去I5=53uA，I6=107uA5单位增益带宽11MHzUGB=gm1/Cc=11MHz*2π又gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2π计算得gm1=44usgm6=48us取gm1=69usgm6=55us6为了消去零点，即将零点移至无穷远处，则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*I1]^0.5取(W/L)2=(W/L)1=20由gm6=[2Kn(W/L)6*I6]^0.5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+Im8*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：0VVTT基准电压表达式：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（ΔVBE）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，。利用此公式推导得出VBE电压的温度系数为其中，是硅的带隙能量。当REFVVVexp()CSBETIIVVTVkTq(4)BETgBEVmVEqVTT1.5m1.12gEeV750BEVmV300TK可得：（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：(ln)8.6Mn（4）带隙基准电路参数的设计假设n=8，M=1。M为M5与M1234电流大小之比。并设M1234宽长比为80/3。则21RR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1.5BEVTmVC(ln)REFBETVVVn（2）失调电压失调电压为Vos=0V(3)带隙基准准度温度系数TCf是*REFVTV=800u[(100*(1.2109+1.2105)/2)]=6.6ppm/C2.4网表文件*sourcebandgapM1gv-cvddmp33L=3uW=60uM2hv+cvddmp33L=3uW=60uM3gg00mn33L=3uW=80uM4hg00mn33L=3uW=80uM5cdvddvddmp33L=3uW=160uM6VOUTh00mn33L=3uW=320uM7VOUTdvddvddmp33L=3uw=320uM8ddvddvddmp33L=3uW=80uM9advddvddmp33L=3uW=80uM10daf0mn33L=3uW=80uM11aab0mn33L=3uW=80uM12fbk0mn33L=3uw=320uM13bb00mn33L=3uW=80uR_R2hm1.44kCcVOUTm4pCLmVOUT2pRs0k3.2k*///////////////Bandgap/////////////////mp1Q2aevoutvddvddmp33W=90uL=3ump2v-voutvddvddmp33W=90uL=3ump3Q1aevoutvddvddmp33W=90uL=3ump4v+voutvddvddmp33W=90uL=3ump5vrefvoutvddvddmp33W=90uL=3uQ2a00Q2aeqvp10Q2b0Q2aev-qvp10Q1a00Q1aeqvp10m=8Q1b0Q1aeQ1beqvp10m=8Q300q3eqvp10R1v+Q1be4kR2Vrefq3e18.4k*/////////////////////////////////////vddvdd03.3v.lib'c:/lib/hm3524m020025v132.lib'tt.lib'c:/lib/hm3524m020025v132.lib'biptypical.plotv(Vref).op.dctemp-20801*sweepx18.2k18.6k0.01k.end三．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。四．参考书目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致父母！出门在外，最牵挂最担心我们的人是父母。不管飞到哪里，父母的爱就如手中的线始终牵着我们。父母在，人生尚有归处，父母去，人生只剩遗憾。钱再多有何用？不如多陪陪父母，今生和他们的缘分只有一次，下辈子再也见不到了。中秋节，祝愿天下所有父母：身体健康，幸福开心！致爱人！因为有缘，才相遇，因为有爱，才相伴。夫妻是上辈子延续的缘分，今生能在一起过日子，就是最好的福分。虽然也会有磕磕绊绊，争争吵吵，但是只要互相包容，彼此理解，就能恩爱幸福的走完一生。亲爱的，感谢你一直陪着我，只要有你在，日子再苦，也是幸福，生活再难，也感觉甜！中秋节，许下心愿，愿我们白首偕老，恩爱永远！致友人！久未联系的朋友，你们还好吗？虽然天各一方联系少了，但你们永远在我心里，不会忘，不会变，不会不思念！陪在我身边的朋友，谢谢你的信赖，虽然我们没有血缘关系，但却像手足一样亲，希望此生永不分离！中秋节，祝认识我和我认识的所有朋友们：事业步步高升，爱情甜甜蜜蜜！致自己！月亮下面的金钱，从没有使劳碌的人们有片刻的安静。天是一大天，人是一小天，人随天转，天尽人意！千里烟波追逐心中的梦想。既然做出了选择就要义无反顾、充满信心，直至完全信了自己、信了未来、信了肩负的使命，才能走向圆满。中秋节，祝自己心想事成，幸福满满，相信自己，你一定行！皎月桂香迎中秋，花儿月圆合家欢；喜逢佳节福相顾，心情快乐悠闲步；窗含明月思飞度，幸福频频不止步；祝所有为爱打拼的人中秋节快乐！2019中秋佳节，我要送你最美的月色，但愿人长久千里共婵娟。是缘分让两颗孤单的灵魂，穿越昔日无尽的等待，直到彼此相遇在时间的荒野里。然后，焚香净手，清空寂寥，敞开心扉，以真诚，用遇见，滋养这片缘分的天空。这世间最好的爱情，应该是既能两两相吸，又能两两相惜。爱情，是红尘里最美的情感，它是人生不可缺少的精神需要和心灵寄托。因为有爱，这尘世上的饮食男女，才会相依相恋。是真爱让两颗渐渐靠近的心，辽阔了生活，柔软了岁月。爱情，若撩人的春色，满足了人们对美好情愫的所有想象。当我们青涩的心灵，慢慢注入爱的元素，说不上在哪一时，那个有缘人便会被我们请进自己的生命里！不过，并非所有的人，都能在恰好的年华遇见恰好的缘分。也不是所有恰好相爱的人，就一定会相守到白头。倘若缘分可以安排，假如爱情可以解释，就不会有这句：缘来缘去缘如水。爱情，本是一种很玄的东西。就连最厉害的心理学家，也无法掌控它的发展和走向。人与人相爱，充满了无数未知的没有理智的意外。于大千世界里，在茫茫人海中，有人是过尽千帆的等待，有人是一瞥惊鸿的寻找，有人是落花时节又逢花的惊艳，还有人是蓦然回首，那人却在灯火阑珊处的惊喜……俗话说，情人眼里出西施。凡是爱过的人都深有体会，我们喜欢并且真正爱上一个人的时候，是没有任何附加条件的。一颗纯粹的心，想的念的，都是他（她）最好的样子。但所有以风花雪月开始的浪漫爱情，最终都会回到柴米油盐的现实中来。日子长了，相恋时彼此隐藏的缺点，慢慢的全部显露出来，时间久了，难免会有意见分歧，发牢骚抱怨，把吵架升级到不可收拾的时候。张爱玲说，生在这世上，没有一样感情不是千疮百孔的。是的，人生的完美和圆满只是保留在人的心理，爱情也无法脱离这个宿命。当爱情走远，何人能甘于寂寞，能珍惜这份情缘？当激情不在，曾经惊天地泣鬼神的情感，往往是最先消亡于内心的空虚和日子的平淡。主持人涂磊曾经说过，相恋的时候，是欣赏彼此的优点，但相爱就是，接受对方缺点的过程。我们深信爱情的美好。但人是会变的，环境也在变。谁能给自己的爱情上个万能保险？谁又能保证爱上的那个人会一成不变？几乎所有相爱后的分手，都是因为双方没有了初见时的心动，后来又得不到彼此应有的珍惜而结束。生活中有很多事情，我们只有经历了才知道，爱情也是如此。惟有通过时光的梳理，岁月的打磨，以及思想的沉淀，方能领悟，在爱情的世界里，缘是天定，份在人为。爱是互相欣赏，亦是彼此珍惜。浮云欢爱，算不得真爱。只有深爱一个人时，才会为他（她）低到尘埃。是缘分让两颗孤单的灵魂，穿越昔日无尽的等待，直到彼此相遇在时间的荒野里。然后，焚香净手，清空寂寥，敞开心扉，以真诚，用遇见，滋养这片