帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計

1、哈爾濱理工大學(xué)軟件學(xué)院課程設(shè)計報告課程大三學(xué)年設(shè)計題帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計專業(yè)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)班級集成10-2班學(xué)牛唐貝貝學(xué)口 號1014020227指導(dǎo)老師董長春2013年6月28日1課程設(shè)計題目描述和要求 二.課程設(shè)計報告內(nèi)容2.1課程設(shè)計的計算過程2.2帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理2.3指標(biāo)的仿真驗證結(jié)果2.4網(wǎng)表文件 三心得體會 四.參考書目課程設(shè)計題目描述和要求1.1電路原理圖:(1).帶隙基準(zhǔn)電路1.2設(shè)計指標(biāo)放大器：開環(huán)增益：大于70dB相位裕量：大于60度 失調(diào)電壓：小于1mV帶隙基準(zhǔn)電路：溫度系數(shù)小于10ppm/91.3要求1手工計算出每個晶體管的寬長比。 通過仿真驗證設(shè)計是否正

2、確，是否滿足 指標(biāo)的要求，保證每個晶體管的正常工作狀態(tài)。2使用Hspice工具得到電路相關(guān)參數(shù)仿真結(jié)果，包括：幅頻和相頻特性(低 頻增益，相位裕度，失調(diào)電壓)等。3每個學(xué)生應(yīng)該獨(dú)立完成電路設(shè)計，設(shè)計指標(biāo)比較開放，如果出現(xiàn)雷同按不 及格處理。4完成課程設(shè)計報告的同時需要提交仿真文件，包括所有仿真電路的網(wǎng)表, 仿真結(jié)果。5相關(guān)問題參考教材第六章，仿真問題請查看HSPICE 手冊。12二.課程設(shè)計報告內(nèi)容由于原電路中增加了兩個BJT管，所以Vref需要再加上一個Vbe，導(dǎo)致最 后結(jié)果為M X px(| n n) ：8.6，最后Vref大概為1.2V，且電路具有較大的電流,可以驅(qū)動較大的負(fù)載。2.1課

3、程設(shè)計的計算過程1 M8，M9，M10，M11，M12，M13 寬長比的計算設(shè) lm8=lm9=20uA(W/L)8=(W/L)9=20uA為了滿足調(diào)零電阻的匹配要求，必須有 Vgs13=Vgs6-> 因此還必須滿足(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因為偏置電路存在整反饋，環(huán)路增益經(jīng)計算可得為1/(gm13*Rb)，若使環(huán)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為了滿足60DB的相位裕度的要求:Cc > 0.22CL=0.4 4pf由于設(shè)計需求取 Cc=4pf4為了版圖中的對稱性去l5=53uA, l6=107uA5單位增益帶寬11MHzUGB=gm1/Cc=11MHz*27C又 gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2 n 計算得 gm1=44us gm6=48us 取 gm1=69us gm6=55us6為了消去零點，即將零點移至無窮遠(yuǎn)處，貝U調(diào)零電阻滿足以下公式:gm6*R2=1 得 R2 = 1.44k7M1與M6寬長比的計算由 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寬長比的計算假設(shè)過驅(qū)動電壓Vov=0.2vI3=I4=0.5Kn (W/L) Vov*Vov 取(W/L)3=(W/L)4=27由偏置電流源與電流的比例關(guān)系得：(W/L)5=53(W/L)7=1079>由 Vgs13=Vgs12+lm8*RsVgs=錯誤！未找到引用源。得Rs=3.2k2.2帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理：-弘+p埜=0cTcTV-i-I8 <0“ 丿O匕+0廠0 X Qii fiX0.0S7jrtr/"C) =/ QQMX0x(kifj)宅 8*

6、6R Inw基準(zhǔn)電壓表達(dá)式：Vref=oV+PV_V+,V-的產(chǎn)生原理:（1）利用了雙極型晶體管的兩個特性:基極-發(fā)射極電壓（VBE ）電壓與絕對溫度成反比在不同的集電極電流下，兩個雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓的差值（VBE）與絕對溫度成正比（2）雙極型晶體管構(gòu)成了帶隙電壓基準(zhǔn)的核心負(fù)溫度系數(shù)電壓:雙極型晶體管，其集電極電流（IC）與基極-發(fā)射極電壓（VBE）關(guān)系為其中,Ic =Isex pVbe/Vt）Vt =kT/q。利用此公式推導(dǎo)得出VBE電壓的溫度系數(shù)為弘 VBE-(4+m)VT-Eg/qcT其中,當(dāng)Vbem是-1.5 Eg =1.12eV是硅的帶隙能量。俺 750mV T =300

7、K可得：5Vbe / 頁 1.5mV/ 9(3)實現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓有以下關(guān)系:利用上面的正，負(fù)溫度系數(shù)的電壓，可以設(shè)計一個零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。Vref = a X Vbe + p X (Vt | n n)M X px(|n n川8.6(4)帶隙基準(zhǔn)電路參數(shù)的設(shè)計假設(shè)n=8, M=1 o M為M5與M1234電流大小之比。并設(shè)M1234寬長比為80/3o則 曳=4.13假設(shè)R1=4K,R2=18.4K。經(jīng)過調(diào)試得知不同大小的 R2與R1 R1會影響帶隙基準(zhǔn)的溫度系數(shù)以及電路整體的電流大小，影響后續(xù)驅(qū)動負(fù)載能力, 調(diào)試過程中會存在一定誤差，例如18.4/4=4.6與計算結(jié)果有一定差距，但是

8、仿真 出的結(jié)果較好所以我們使用上述參數(shù)。2.3指標(biāo)的仿真驗證結(jié)果(1)放大器增益帶和相位裕度的仿真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;單位增益帶寬是5.9474M;相位裕度是62.141度(2)失調(diào)電壓失調(diào)電壓為Vo

9、s=OV(3)帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)度溫度系數(shù)TCf是怎CcVOUTm 4pCLmVOUT 2p=800u(100*(1.2109+1.2105)/2)=6.6 ppm/P2.4網(wǎng)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.心得體會通過學(xué)年設(shè)計發(fā)現(xiàn)跟多自己的