带隙基准电压源设计.doc

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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………………………………………………………….

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/

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。
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，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
1>M8，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)13>4故取(W/L)12=4*(W/L)13=107
2>取CL=2pf
3>为了满足60DB的相位裕度的要求：
Cc>0.22CL=0.44pf由于设计需求取Cc=4pf
4>为了版图中的对称性去I5=53uA，I6=107uA
5>单位增益带宽11MHz
UGB=gm1/Cc=11MHz*2π
又gm6/CL=2.2*UGB=24MHz*2π
计算得gm1=44usgm6=48us取gm1=69usgm6=55us
6>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=1.44k
7>M1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=107
8>M3，M4，M5，M7宽长比的计算
假设过驱动电压Vov=0.2v
I3=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=107
9>由Vgs13=Vgs12+Im8*RsVgs=QUOTEQUOTE得Rs=3.2k
2.2带隙电压基准的基本原理
带隙电压基准的基本原理：

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
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：

（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4.13,假设R1=4K,R2=18.