带隙基准电压源设计

0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1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………………………………………………………….2一．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31.2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4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5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6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7（2）失调电压失调电压为Vos=0V(3)带隙基准准度8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-qvp109Q1a00Q1aeqvp10m=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