IC模拟电路报告带隙电压源.doc

《IC课程设计》报告 ——模拟部分 带隙基准源的设计 摘 要 电压基准源是模拟电路（混合信号电路）设计中广泛采用的一个关键的基本模块，它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。采用标准CMOS工艺设计出应用于“微硅电容加速度传感器单片测试电路”中的高性能电压基准源即是本文的主要研究目的。 本文首先介绍了电压基准源的国内外发展现状与趋势，给出了电压基准源的性能指标，分析了带隙电压基准源的原理。56.48dB@100Hz，静态功耗为76.79uW。仿真结果证明了设计的正确性。本文的基准源结构简单，调整方便，符合设计要求。 Abstract 目 录 1设计目标 4 2相关背景知识 5 2.1 国内外发展趋势 5 2.2 电压基准源的性能指标 6 2.3电压基准源的基本原理 7 3设计过程 11 3.1 电路结构 11 3.2 主要电路参数的手工推导 13 3.3 参数验证（手工推导） 15 4 电路仿真 17 4.1 用于仿真的电路图 17 4.2 仿真网表（注意加上注释） 20 4.3 仿真波形 30 5 讨论 35 6 收获和建议 36 参考文献 37  1设计目标 模拟电路广泛的包含电压基准和电流基准。这种基准是直流量，它与电源和工艺参数的关系很小，但与温度的关系是确定的（如与绝对温度成正比，PTAT）。而与温度关系很小的电压基准被证实在许多模拟电路中是必不可少的。值得注意的是，因为大多数工艺参数是随温度变化的，所以如果一个基准是与温度无关的，那么通常它也是与工艺无关的。 需设计的带隙电压基准性能指标如下： 正电源电压抑制比：48dB@100Hz 温漂： ≤150ppm/°C 静态功耗： 尽可能小 设计要求： 利用PTAT电流产生基准电压，确定电路结构。 估算管子参数。 利用仿真软件验证，并优化达到要求。 2相关背景知识 电压基准源是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。 随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块，如A/D、D/A转换器、滤波器以及锁相环等电路提出了更高的精度和速度要求，这样也意味着系统对其中的电压基准源模块提出了更高的要求。另外，电压基准源是电压稳压器中的一个关键电路单元，它也是DC-DC转换器中不可缺少的组成部分；在各种要求较高精度的电压表、欧姆表、电流表等仪器中都需要电压基准源。 微电子技术不断发展，目前常用的集成电路工艺大体上可分为双极型/HBT、MESFET/HEMT、CMOS和BiCMOS四大类型。其中，双极型工艺是集成电路中最早成熟的工艺，CMOS工艺技术是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的，已经逐渐发展成为当代VLSI（超大规模集成电路）工艺的主流工艺技术。双极型集成电路具有较快的器件速度，适合高速电路设计，但相对来说，器件功耗较大；而CMOS电路具有功耗低、器件面积小、集成密度大的优点，但是器件速度较低。BiCMOS技术增强了在CMOS技术提供的双极型晶体管的性能，这使其在模拟电路设计中具有潜力。由于CMOS工艺中“按比例缩小理论”的不断发展，器件尺寸按比例缩小使得CMOS电路的工作速度得到不断地提高，在模拟集成电路的设计中CMOS技术逐渐可以与双极型技术抗衡。近年来，模拟集成电路设计技术随着CMOS工艺技术以其得到飞速的发展，片上系统已经受到学术界及工业界广泛关注。由于SOC要求很高的集成度，而CMOS工艺的特点正好符合了这种需求，因此，用CMOS技术来设计电路越来越成为集成电路的发展趋势。 2.1国内外发展现状与趋势 近年来，国内外对CMOS工艺实现的电压基准源作了大量的研究，发表了大量的学术论文，其中的技术发展主要表现在如下几个方面。 低电压工作的基准电压源 SOC的主流工艺是CMOS工艺，目前，5v、3.3v、1.8v、1.5v、1.2v、0.9v等的电源电压已经得到广泛的使用。随着手提设备对低电源需求的不断增加，设计低压工作的电压基准源成为当前基准源研究的热点。由于传统带隙电压基准源的带隙电压为1.2v左右，所以，对于电源电压低于1.2v的基准设计必须采用特殊的电路结构，许多文献都提出了输出基准电压低于1.2v的电路结构。采用这些电路结构后主要的工作电压限制通常来自于运放的工作电压，不同运放的电路结构和MOS管衬底效应造成的高閥值电压时限制工作电压的主要因素。 低温度系数的基准电压源、 低温度系数的电压基准源对于要求精度高的应用场合比较关键，比如说对于高精度的D/A、A/D结构，高精度的电流源、电压源等。对于普通的一阶温度补偿的带隙结构的