带隙基准设计实例

1、带隙基准电路的设计基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。目前，基准电压源被广泛应用在高精度比较器、A/ D和D/ A转换器、动态随机存取存储器等集成电路中。它产生的 基准电压精度、温度稳定性和抗噪声干扰能力直接影响到芯片，甚至整个控制系统的 性能。因此，设计一个高性能的基准电压源具有十分重要的意义。自1971年RobertWidia提出带隙基准电压源技术以后，由于带隙基准电压源电路具有相对其他类型 基准电压源的低温度系数、低电源电压，以及可以与标准CMOS工艺兼容的特点，所 以在模拟集成电路中很快得到广泛研究和应用。带隙基准是一种几乎不依赖于温度和电源的基准技术，本设计主要在传统电路的基础

2、上设计一种零温度系数基准电路。一设计指标:1、温度系数：TCf2、电压系数：VCfVVf TVVf Vdd二带隙基准电路结构:三性能指标分析如果将两个具有相反温度系数(TCs)的量以适合的权重相加，那么结果就会 显示出零温度系数。在零温度系数下，会产生一个对温度变化保持恒定的量VREF。Vref= aiVBE+ a2VTln (n)其中,Vref为基准电压,Vbe为双极型三极管的基极-发射极正偏电压,Vt为热电压。对 于ai和a2的选择，因为室温下 Vbe/ t 1.5mV/K,然而 / T 0.087mV / K , 所以我们可以选择令 ai=1,选择a2lnn使得(2 In n )(0.0

3、87mV/K) 1.5mV/K,也就是2 In n 17.2，表明零温度系数的基准为：Vref Vbe 17.2Vt 1.25V对于带隙基准电路的分析，主要是在Cade nee环境下进行瞬态分析、de扫描分析。1、瞬态分析电源电压Vdd=5v时，Vref，下图为瞬态分析图。1,2400D ；/VTransient Response1.2390-1,2380Brnrnj1-n111,2370一1 1 1 1 1 1 1 L1I 1 1 6 1 1 A 1 1 1 J 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1It LIlli乳05.0u10u15utime ( s )20u2电压系数的计算：

4、下图为基准电压扫描电压范围为:Vref随电源电压Vdd变化de分析扫描。3到6v,基准电压Vref为，保持基本不变。由图可得啊A、B两点的电压差 V=;Vref值取A、B两点的电压平均值，Vref= (+) 12=；又 Vdd=6-3=3vV0.006则：VCF 1615ppm/vVref| Vdd 1.238 33、温度系数的计算：下图为基准电压Vref温度temperature变化的dc分析扫描。温度变化范围：-20到130C变化时，基准电压 Vref的在到之间变化，变化幅 度为，基本保持不变。其中 T=150C,V0.006 厂Vref T 1.238 150则TCf四Candence仿

5、真全过程1、Candencei勺启用:(1)进如Candence用户界面后，点击鼠标左键，选择 Tools Terminal;(2)在鼠标闪亮出输入命令icfb&,点击enter键，Candenee已启动，弹出下面对话框;File Tools Options；icfb - Log: /hoEdingcsVdingr eisnic. ext dingr LTltraSim ext din* *OFUSER CUST0MI3ATICNse L:M:(3)在上面话框中，选择 File New library，在Name中输入你所要建库的名 字，如在本例中输入“ lwl”点击okNew Library

6、OKCancelDefaults蚀lyLibraryTechnoloqy RleDirectory (non-lilirr/ dircctones)hame Idata ihnl lay map model/home/a!icCl/org_designDesign Managerno dm(4)选择 File New Cellview , library 选择 Iwl ； cell name输入单元的名字，如:ref; view name为 schematic； Tool 选择 composer-schematic 点击 ok,关闭对话框，此时启动virtuoso。Create New Fil

7、e2在Virtuoso下画电路图(1) Virtuoso选择红色标注的选项，弹出Add In sta nee对话框library中选择an alogLib库，cell中选择你所需要的nmos、pmos或电阻等元件。如选择 nmos4,点击view中的symbol,直接把鼠标拖回Virtuoso中，点击一下鼠标左键，nmos关选中。相同的方法选择其他管子，连接电路图。点击check and save进行电路检查。3、瞬态分析(1)在 Virtuoso 中选择 Tools Analog Environment,弹出以下对话框(2)Status: ReadySession Selup Analyse

8、sD&signLibrary IwlCell x?f2View schema ti cDesign VariablesIf anteVa LueCadenceIBIUT=27 C Simulator: spectre 4Variables Outputs Simulalion Results ToolsAnal声的# TypeAr gnmentsOutputs# Nawe/SignaL/Expr ValueRC TRANj DCiT z dIT IT X选择setup model librarys,弹出以下对话框(3) 点击 browse,双击./(Go up one directory,双击

9、 Model/，双击、单击，点击 ok, 在上面对话框中，section (opt.)下写入tt，点击Add ok。(4) 点击 setup, stimulation,弹出下面对话框，选择 Global Sources DC Voltage=5v, 点击 enable change- ok。(5)在 Cade nee对话框中，An alyses choose. 选中 tran, stop time 中写入 20u, 点击ok。(6) 在 Cade nee对话框中， Output To be plotted select on schematic.选中输出端口 Vref(7) 在 cade ne

10、e对话框中，选择 simulatio n n etlist and run.进行瞬态分析，以下为瞬态分析电路图。(4) 在 cade nee对话框中，选择 simulatio n n etlist and run.Waveform Window Cadence4 DC分析:(1) 在 cade nee 中，setup stimulati on global sources,dc voltage中输入 Vdd，点 击 enable change- ok。(2) 在cade nee中，点击variables Edit.弹出下面对话框，输入 n ame=Vdd,Table of Design Var

11、ioles： Name ValueValue=0点击 Add ok。1Editing Design Variables CadenceOKCancelApplyApply & Ftun SimulationFie IpS&lecUd VarieibleNameValue (Expr) J.Acid Delete Change Next Qer FindCellview Variaiiles GO|)y From Copy Ta(3)在cade nee中，选择 An alyses choose在弹出对话框中选择 dc Design Variables, name中填入 Vdd，start=3,

12、stop=6, sweep type选择 linear step size- 点击ok。(5) 在 cade nee对话框中，选择 simulatio n n etlist and run.DC Response20仁01,13垃0000n4,05.0此dw:5 DC分析：Vref随温度temperature变化(1) 在 cade nee对话框中，setup- stimulati on global sources,dc voltage 输入 5, 点击 enable change- ok.(2 )在 cade nee中，点击 variables Edit.弹出下面对话框，输入 name=t

13、emperature,Value=0击 Add ok.(3)在 cade nee中，选择 An alyses choose 在弹出对话框中选择 de Temperature start-stop, start=-20, stop=130, sweep type选择 linear step size- 10 点击 ok。DC AnaJysisSave DC Operating Point5wee|)VarialJleDesign VariableComponent ParameterModel ParanieterSweep Ranqe Start-Stop Center- SpanSUrtSt

14、op131Sweep Type Step SizeI i-TLinearf Jumljer of Steps丄q(4) 在 cade nee对话框中，选择 simulatio n n etlist and run.DC Reaponee1,23880I: Aref管子参数Mp1( nvp)1/5Mn 1( nvn)3/5Mp2( nvp)1/5Mn 2( nvn)3/5Mp3( nvp)M/5Mn 3( nvn)3/5Mp4( nvp)1/5Mn 4( nvn)3/5Mp5( nvp)M/5Q1(p np10)1Mp6( nvp)1/5Q2(p np10)8R020kQ3(p np10)1R1220KThe directory:/Home/asi