无运放带隙基准电路设计
运放带隙基准电路（opamp bandgap reference circuit）是一种基于运放的电路，用于提供稳定的参考电压。它的设计基于运放的放大特性和电压反馈机制，通过差分放大和反馈调整，产生一个相对稳定的参考电压。
下面是一种常见的运放带隙基准电路的设计：
1. 选择一个适当的运放芯片，具有低噪声、高增益和低温漂移等特性。
2. 将运放芯片的非反相输入端与反相输入端相连，形成一个差分输入。
3. 将一个稳定的参考电压Vref1与非反相输入端相连。
4. 将运放芯片的反相输入端与一个电阻R1相连，然后将R1与一个稳流二极管D1的阴极相连。
5. 通过调整R1的值，使得二极管D1的电流可以产生一个正向电压降，并且与稳定的参考电压Vref1相等。
6. 将运放芯片的输出端与R1与D1的连接处相连，形成一个反馈回路。
7. 调整运放芯片的反馈电阻R2的值，使得输出电压与稳定的参考电压Vref2相等。
通过以上设计，运放正向反馈的放大特性和电压反馈机制可以保证输出电压与参考电压的稳定性。同时，稳定的参考电压Vref1的产生通过差分放大和反馈调整的方式可以减少温度、电源等参数的影响。
需要注意的是，具体的设计参数需要根据具体的应用要求来确定，比如参考电压的稳定性要求、输出电压的范围等。同时，在实际设计过程中，还需要考虑电源稳定性、电路布局和滤波等因素，以确保设计的稳定性和可靠性。
《模拟CMOS集成电路设计》---与电源无关的电流源课程设计 院系：电子与信息工程学院 专业：电子09-2 姓名：王艳强 学号：0906040221 指导教师：李书艳
摘要 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。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。采用Hspice软件进行仿真，仿真结果证明了基准源具有低温度系数和高电源抑制比。 关键词：CMOS集成电路；带隙基准；偏置；温度系数；仿真；工艺 综述 我们所使用的偏置电流和电流镜都隐含地假设可以得到一个“理想的”基准电流，如果忽略一些管子的沟道长度调制效应时电流就可以保持与电源电压无关。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。 设计过程 1 电路结构设计 1.1 启动电路设计 为了避免基准源工作在不必要的零点上，我们设计了启动电路
带隙基准参数设计 基准源核心电路参数设计 首先，考虑两个三极管发射极面积之比N的选取。 由上述公式可知：N值越大，则R2/R3的比例就越小，从而可以减小电阻的版图面积。但是N值越大，也会导致三极管的静态电流增大。折中选取N=8，这样版图可以采用中心对称布局，有利于减少匹配误差。 假设选取的工艺下的三极管的电流大于1uA时，V BE的输出曲线较为平滑。从节省功耗的角度，假定流过三极管集电极的电流为1uA。 由上述公式可知，当N=8、IR3=1uA、T=300K时，计算得： 考虑到R1和R2的数值数倍于R3，则电阻值太大，消耗版图面积太大。因此，作为折中，选取R3为10K，电流值为5uA左右。 确定了以上参数后，考虑一阶补偿时R2的取值。 对上述公式在T0处求导可得：
令上式为零，即进行一阶补偿，可得： 化简得： 代入参数，V G0=1.205V，查图可知V EB1在5uA的偏执电流下约为716mV，300K温度下V T0=26mV，r=3.2，a=1（三极管的偏置电流为PTA T），N=8，计算得： 为了产生600mV的输出电压，需要调整R4的值。 由上式可以推出： 在T=300K条件下代入各值，求得R4=48.5K。考虑到各个电阻阻值偏大，故将各电阻设为高阻多晶型。然而，高阻多晶虽然有很高的方阻，但是工艺稳定性不太好，故后期的Trimming 工序是必不可少的。 最后，确定电流镜的尺寸。采用适当偏小的宽长比，可以提高电流镜的过驱动电压，进而可以减小电流镜阈值电压失配所带来的影响。另外，沟道长度调制效应也是一个重要影响因素，考虑到低压应用不能使用Cascode结构，可以增大器件的栅长来减小沟道长度调制效应的影响。但是过大的沟道长度会导致版图的面积的增加，需要在性能和版图面积之间做出折中。经过计算与迭代仿真，选取M1、M2和M3的宽长比为10um/1um。注意电流镜的版图设计中需采用中心对称布局以减小误差。 综上，通过理论分析，确定带隙核心电路的器件参数为：
一种带隙基准电路电压源设计 摘要：针对传统带隙基准源仅采用一阶温度补偿技术导致温度系数较差的问 题就需要采用高阶曲率补偿电路。曲率补偿的方法是通过在基准源输出电压上叠 加一个温度的指数函数，从而实现高阶补偿的目的。电路基于tsmc0.18um工艺，Candence行仿真。测试结果表明，温度由-40℃变化到125℃时,使用高阶温度补 偿后带隙基准电压的温度漂移系数为6.60ppm/℃电源抑制比62.81dB。 关键词：带隙基准电路、曲率补偿 引言 基准源是模拟电路或者数模混合信号集成电路的重要组成部分，基准源的建 立要求是与电源、工艺和温度无关的电压源或者电流源，基准源在整个电路或者 系统中通过对基准电压比来处理输入信号，此时基准的性能会直接影响电路或者 系统的性能。所以基准源应该具有的抗干扰能力，此时就要降低基准源的温度系数，同时保证有较大的抑制比。 一般的带隙基准电路只采用一阶温度补偿的策略来实现基准源的设计，但是 要降低温度系数，就要采用高阶温度补偿策略。把一阶线性电流引人三极管的集 电极，利用三级管基极-发射极电压的叠加得到产生一个具有高阶温度系数补偿 电流，然后将高阶温度系数补偿电流产生的电压与一阶温度补偿电流产生的电压 叠加实现多阶温度补偿，此外可以调整电阻的阻值来控制正带隙电压的温度特性，利用电路中的运放与负反馈来提高电路的电源电压抑制比。 1.电路设计 已知带隙基准是由正温度系数电压（PTAT）与负温度系数电压（CTAT）按照 一定比例组合产生与温度无关的基准电压（Vref）。传统基准源设计由pnp三极 管Q1与Q2的VBE之差产生了PTAT电压，再通过R1将PTAT电压转化为电流输出，然后利用运放出入端V+、V-相同输出电压为0V，运放将R1产生的PTAT电
论文题目：带隙基准源电路与版图设计 摘要 基准电压源具有相对较高的精度和稳定度，它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或者为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定，可见基准源是子电路不可或缺的一部分，因此性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一，而集成电路版图是为了实现集成电路设计的输出。本文的主要目的是用BiCMOS工艺设计出基准源电路的版图并对其进行验证。 本文首先介绍了基准电压源的背景发展趋势及研究意义，然后简单介绍了基准电压源电路的结构及工作原理。接着主要介绍了版图的设计，验证工具及对设计的版图进行验证。 本设计采用40V的0.5u BiCMOS工艺库设计并绘制版图。仿真结果表明，设计的基准电压源温度变化为-40℃~~85℃，输出电压为2.5V及1.25V。最后对用Diva 验证工具对版图进行了DRC和LVS验证，并通过验证，表明本次设计的版图符合要求。 关键字：BiCMOS，基准电压源，温度系数，版图
Subject: Research and Layout Design Of Bandgap Reference Specialty: Microelectronics Name: Zhong Ting (Signature)＿＿＿＿Instructor: Liu Shulin (Signature)＿＿＿＿ ABSTRACT The reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in order to get the bias has nothing to do with power, or in order to be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of all electronic systems the most basic and critical requirements of one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified. This paper first introduces the background of the trends and significance of the reference voltage source, and then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory. This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process database design and draw the layout.The simulation results show that the design of voltage reference temperature of -40 ° C ~ ~ 85 ° C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territory of the design meet the
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 国家集成电路人才培养基地 培训资料(8) 无运放的带隙基准设计 2006-7 第1页，共11页
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 无运放的带隙基准设计 (1) 实验六无运放的带隙基准设计工艺角模拟 (1) 6.1电路图设计 (1) 6.2元件参数设置 (1) 6.3环境变量设置 (2) 6.4电路仿真 (3) 6.5工艺角分析 (4) 第I页，共11页
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 第1页，共11页 实验六 无运放的带隙基准设计 工艺角模拟 6.1 电路图设计 创建cellview ，电路图如图6.1所示：（最好是自己设计宽长比，不要照搬原理图上的） 对每个mos 管、三极管、电源和电阻设置好参数及其宽长比。注意：管子宽长比的设置非常重要，这是做电路设计最重要的一点，一定要尽量做到使电路性能最优。相信大家现在对软件已经很熟悉了，那么现在的重点应该在电路设计上。在电路中，M0的作用是做启动电路。 6.2元件参数设置 这里只介绍晶体管的参数设置，mos 管、电阻和电压的设置如电路图所示。晶体管的 图6.1电路图
参数设置，Q1和Q3的Multiplier项都设为1，Q2的设为8。 6.3仿真参量设置 DC分析的设置如图6.2所示： 图6.2 设置好的ADE对话框如图6.3所示：（设置方法和以前一样）注意别忘了加库的路径。
图6.3 6.4电路仿真 点netlist and run ，得到在工艺角tt和bjt_tt时的输出电压随温度的变化关系： 图6.4 从图6.4可以看出来，当温度从负40度变化到125度时，电压变化仅为1.6mv左右，说明输出电压非常稳定。 下图（图6.5）是该电路的瞬态特性：
低压带隙基准电路 低压带隙基准电路是一种用于产生稳定的电压参考的电路。在很多应用中，需要一个稳定的电压参考作为基准来进行各种电路的设计和测试。低压带隙基准电路通过利用半导体材料的特性来实现稳定的电压输出。 低压带隙基准电路的原理是基于半导体材料的能带结构。在半导体材料中，存在着能带隙，即导带和价带之间的能量差。当半导体材料处于热平衡状态时，导带和价带之间的能量差是稳定的。通过合理设计半导体材料的结构，可以使得能带隙的能量差在一定范围内保持不变。 低压带隙基准电路一般由两个关键部分组成：参考电流源和比较电路。参考电流源用于产生一个稳定的电流，而比较电路则用于将参考电流与半导体材料的能带隙进行比较，从而产生一个稳定的电压输出。参考电流源的设计是低压带隙基准电路中最关键的一步。 参考电流源的设计可以采用多种方式。一种常用的方式是使用基准二极管。基准二极管是一种特殊的二极管，其电流与温度无关，可以产生一个稳定的电流。通过将基准二极管与其他电阻、电容等元件组合在一起，就可以构建一个稳定的参考电流源。 比较电路是低压带隙基准电路中另一个重要的组成部分。比较电路的作用是将参考电流与半导体材料的能带隙进行比较，并产生一个
与参考电流成比例的电压输出。比较电路一般采用差分放大器的结构，通过调整差分放大器的增益和偏置电流，可以得到一个稳定的电压输出。 在低压带隙基准电路中，还需要考虑温度漂移的问题。由于半导体材料的特性，其能带隙与温度有关，随着温度的变化，能带隙也会发生变化，从而导致电压输出的不稳定。为了解决这个问题，可以采用温度补偿电路来对基准电路进行补偿，使得电压输出在不同温度下仍然稳定。 除了温度漂移，还需要考虑其他因素对低压带隙基准电路的影响。例如供电电压的稳定性、噪声的影响等等。为了提高低压带隙基准电路的性能，可以采用滤波电路、稳压电路等方式来提高电路的稳定性和抗干扰能力。 总结起来，低压带隙基准电路是一种用于产生稳定的电压参考的电路。通过合理设计参考电流源和比较电路，可以实现稳定的电压输出。在设计低压带隙基准电路时，需要考虑温度漂移、供电电压稳定性、噪声等因素的影响，并采取相应的措施进行补偿和改进。低压带隙基准电路在很多应用中具有重要的作用，例如精密测量、仪器仪表、通信等领域。通过不断地研究和改进，可以进一步提高低压带隙基准电路的性能，满足不同应用的需求。
一种高PSR CMOS带隙基准电路设计 贺志伟;姜岩峰 【摘要】为了降低芯片电路功耗，电源电压需要不断的减小，这将导致电源噪声 对基准电压产生严重影响。为此针对这一问题进行相关研究，采用SMIC 0.18μm 工艺，设计出一种低功耗、低温度系数的高PSR带隙基准电压源。仿真结果表明，该设计带隙基准源的PSR在50 kHz与100 kHz分别为-65.13 dB和-53.85 dB；在2~6 V电源电压下，工作电流为30μA，温度系数为30.38 ppm/℃，电压调整率为71.47μV/V。该带隙基准适用于在低功耗高PSR性能需求的LDOs电路中应用。%The power supply voltage needs to be constantly decreased to meet the requirement of reducing the low-power consumption of IC,but it may lead to the negative impact of power supply noise on the reference voltage. A low-power consump-tion bandgap voltage reference with high PSR (power supply rejection) and low-temperature coefficent was design based on in SMIC0.18μm process. The simulation results show that the PSR of the bandgap reference source is -65.13 dB at 50 kHz and -53.85 dB at 100 kHz respectively;at 2~6 V supply voltage,the supply current is 30 μA,the temperature coefficient is 30.38 ppm/℃,and the voltage regulation rate is 71.47 μV/V. The bandgap voltage reference is suitable for LDOs circuit which has the requirements of low-power consumption and high PSR. 【期刊名称】《现代电子技术》 【年(卷),期】2014(000)013
bandgap带隙基准源电路 Bandgap带隙基准源电路是一种用于产生带隙基准电压的电路，它在模拟电路设计和集成电路设计中具有重要的作用。带隙基准电压是一种与温度和电源电压无关的直流电压，它可以用于电路的偏置、ADC的基准、温度传感器等。 带隙基准源电路的设计原理是基于硅材料的带隙能量，它的带隙能量为1.12eV，对应于温度为273.15K。带隙基准源电路的核心思想是将带隙能量转化为直流电压，并通过一定的放大和调节电路，得到温度和电源电压无关的基准电压。 带隙基准源电路的基本结构包括三个部分：偏置电路、带隙电压产生电路和放大电路。其中，偏置电路用于产生一个与电源电压无关的直流电流，带隙电压产生电路用于将带隙能量转化为直流电压，并且放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。 偏置电路通常采用一个PNP晶体管和一个电阻组成，PNP晶体管的基极-发射极电压作为偏置电压。这个偏置电压具有负的温度系数，即随着温度的升高，它的值会减小。为了使整个电路的温度系数为零，需要将这个偏置电压与一个具有正温度系数的电压进行补偿。 带隙电压产生电路通常采用两个晶体管和电阻组成，其中一个晶体管的基极-发射极电压作为带隙电压，另一个晶体管的基极-发射极电压具有正的温度系数。通过调节两个晶体管的发射极电流比值，可
以得到一个与温度无关的带隙电压。 放大电路用于调节带隙基准电压的大小和精度。通常采用一个高精度、低噪声的放大器，将带隙基准电压进行放大和调节。放大器的增益和带宽需要满足一定的要求，以确保带隙基准电压的精度和稳定性。 在实际应用中，带隙基准源电路还需要考虑一些其他的因素，如电源噪声、温度范围、功耗等。为了实现高精度的带隙基准电压，需要采用一些优化设计方法，如低噪声电源、温度补偿技术、自偏置电路等。 在实际应用中，带隙基准源电路有着广泛的应用。它可以用于各种类型的模拟电路和数字电路中，如运算放大器、比较器、ADC、DAC、PLL等。它可以提供高精度的基准电压，帮助这些电路实现高精度、低噪声、稳定的性能。 另外，带隙基准源电路也可以用于温度传感器的设计。通过在带隙基准源电路中增加一些温度补偿机制，可以得到一个具有高精度和高灵敏度的温度传感器。这种温度传感器可以用于各种温度监测和控制应用中，如医疗、航空航天、汽车等。 带隙基准源电路是一种重要的模拟电路设计技术，它在集成电路设计中具有广泛的应用。它可以帮助各种类型的模拟电路和数字电路实现高精度、低噪声、稳定的性能。随着集成电路技术的不断发展，带隙基准源电路的设计和优化将变得越来越重要。
带隙基准电流源设计 引言： 在集成电路设计中，带隙基准电流源是一种常见的电路结构，用于提供稳定的电流输出。带隙基准电流源的设计对于保证整个电路系统的可靠性和精确性至关重要。本文将介绍带隙基准电流源的原理和设计方法，并探讨其在集成电路中的应用。 一、带隙基准电流源的原理 带隙基准电流源是一种基于半导体材料带隙特性的电路结构。其原理基于带隙温度系数与电流温度系数之间的相互抵消关系。通过合理选择材料和电路结构，可以实现温度稳定的电流输出。 带隙基准电流源的核心是基于PN结的温度补偿电流源和带隙参考电压源。PN结的电流与温度有一定的关系，可以通过调整电流的比例关系来实现温度补偿。而带隙参考电压源则是利用半导体材料的带隙特性，通过电压比较和反馈控制，实现稳定的参考电压输出。 二、带隙基准电流源的设计方法 1. 材料选择：选择具有合适的带隙特性的半导体材料作为基准电流源的材料。常用的材料有硅、砷化镓等。 2. 电路结构设计：根据电流要求和温度系数要求，设计合适的电路结构。常见的结构有温度补偿电流源和带隙参考电压源的组合。 3. 温度补偿：选择合适的电流比例关系，使得温度对电流的影响可
以被抵消或补偿。可以采用电阻、二极管等元件来实现温度补偿。 4. 反馈控制：利用比较电路和反馈控制电路，保持带隙参考电压的稳定输出。可以采用运算放大器、比较器等元件来实现反馈控制。 三、带隙基准电流源在集成电路中的应用 带隙基准电流源在集成电路设计中有广泛的应用。其中，最常见的应用是作为模拟电路中的参考电流源和校准电流源。例如，在模拟信号处理电路中，带隙基准电流源可以作为运放的偏置电流源，提供稳定的工作点。在高精度的ADC（模数转换器）中，带隙基准电流源可以作为参考电流源，提供准确的参考电流。 带隙基准电流源还可以用于温度传感器、电流源和电压源的校准等应用。在这些应用中，带隙基准电流源的稳定性和准确性对于整个系统的性能至关重要。 总结： 带隙基准电流源是集成电路设计中常用的电路结构，用于提供稳定的电流输出。其原理基于带隙温度系数与电流温度系数之间的相互抵消关系。通过合理选择材料和电路结构，可以实现温度稳定的电流输出。带隙基准电流源在集成电路中有广泛的应用，可以作为模拟电路中的参考电流源和校准电流源，以及温度传感器、电流源和电压源的校准等应用。在集成电路设计中，带隙基准电流源的设计是关键的一步，对于保证整个电路系统的可靠性和精确性具有重要
带隙基准电流源设计 随着集成电路技术的发展，带隙基准电流源在模拟电路设计中扮演着至关重要的角色。带隙基准电流源是一种能够提供稳定、准确的电流输出的电路，通常用于模拟电路中的参考电流源或者偏置电流源。本文将介绍带隙基准电流源的设计原理和实现方法。 带隙基准电流源的设计原理基于半导体材料的能带结构。在半导体材料中，导带和价带之间存在一个禁带，称为带隙。当半导体材料的温度变化时，导带和价带的能级随之改变，从而影响电子的激发和传导。带隙基准电流源利用这种特性，通过合理设计电路，使得输出电流与温度变化无关。 带隙基准电流源的设计过程可以分为以下几个步骤： 1. 选择合适的半导体材料：带隙基准电流源的核心是带隙电压参考源，因此需要选择具有稳定带隙电压温度系数的半导体材料。常用的材料包括硅和砷化镓等。 2. 设计基准电流源电路：基准电流源电路通常由参考电流源和输出电流稳定电路组成。参考电流源可以通过电流源镜像电路或者电流源比例电路实现。输出电流稳定电路用于提供稳定的输出电流，并对温度变化进行补偿。 3. 进行电路参数计算：根据设计要求和选定的材料，进行电路参数
的计算。主要包括电流源的电流范围、输出电流的稳定度、带隙电压的选择等。 4. 电路仿真和优化：通过电路仿真软件对设计的电路进行仿真，检查电路的性能是否满足设计要求。根据仿真结果进行优化，调整电路参数，提高电路性能。 5. 原型电路的制作与测试：根据设计方案制作电路原型，并通过实验进行测试。测试结果与仿真结果进行对比，验证电路的性能和稳定性。 带隙基准电流源的设计需要兼顾多个方面的因素，包括温度稳定性、功耗、尺寸等。在实际应用中，还需要考虑电源噪声、温度漂移、工艺变化等因素对电路性能的影响。因此，设计带隙基准电流源需要综合考虑这些因素，并进行合理的权衡。 带隙基准电流源是模拟电路设计中的重要组成部分，能够提供稳定、准确的电流输出。通过合理的设计和优化，可以实现高性能的带隙基准电流源。随着集成电路技术的不断发展，带隙基准电流源在模拟电路中的应用将会越来越广泛，为各种电子设备的性能提高和稳定性提供基础支撑。
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带隙基准电压的设计 王旭 113163 一、设计指标 VDD=3V~6V Vref = PPM<20ppm/℃ 二、电路原理图 三、原理分析 1、核心思想：利用PTAT 电压和双极性晶体管发射结电压的不同的温度特性，获取一个与温度及电源电压无关的基准电压。 2、详细机理分析 带隙电压基准的基本原理： 0=∂∂+∂∂⋅- +T V T V βα0V V T ++∂⎛⎫> ⎪∂⎝⎭0V V T --∂⎛⎫< ⎪∂⎝⎭αβ∑REF V V αβ+-=⋅+⋅
基准电压表达式 ： 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 时 这个温度系数本身就与温度有关。 正温度系数的产生机理：如果两个同样的晶体管（IS1= IS2= IS ，IS 为双极型晶体管饱和电流）偏置的集电极电流分别为nI0和I0，并忽略它们的基极电流，那么它们基极-发射极电压差值为 因此，VBE 的差值就表现出正温度系数 这个温度系数与温度本身、集电极电流都无关。 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： 因为 因此令， 只要满足上式 ，便可得到零温度系数的VREF 。故有： REF V V V αβ+- =⋅+⋅exp()C S BE T I I V V =T V kT q =(4)BE T g BE V m V E q V T T -+-∂=∂ 1.12g E eV =1.5m ≈-750BE V mV ≈300T K =1.5BE V T mV C ∂∂≈-︒12 BE BE BE V V V ∆=-0012 ln ln ln T T T s s nI I V V V n I I =-=ln 0BE V k n T q ∂∆=>∂(ln )REF BE T V V V n αβ =⨯+⨯1.5/BE V T mV C ∂∂≈-︒0.087/T V T mV C ∂∂≈︒1α=(ln )(0.087/) 1.5/n mV C mV C β ⨯︒=︒(ln )17.2n β ⨯≈n V R R V V T BE REF ln 1 23+=
一种低功耗无运放的带隙基准电压源设计 邹勤丽;汤晔 【摘要】Design a new bandgap voltage reference without op-amp. In the circuit, negative feedback clamping were used to avoid the use of op-amp, eliminating effects of offset and power supply rejection ratio (PSRR) of the op-amp on accuracy of bandgap voltage reference. The new design has more accuracy and PSRR than the traditional bandgap voltage reference without op-amp. It bases on SMIC 0.35μm standard CMOS process and Cadence Spectre environment to simulation. The voltage of supply is 3.3 V and the temperature range is from-55℃to 125℃, the PSRR is up to 82 dB, the power consumption is 0.06 mW.%设计了一种新型无运放带隙基准源。该电路使用负反馈的方法，避免了运放的使用，从而消除了运放带隙基准电路中运放的失调电压对基准源精度的影响，同时还提升了电源抑制比，且降低了功耗。该新型电路比传统无运放带隙基准电路具有更高的精度和电源抑制比。该设计基于SMIC 0.35μm标准CMOS工艺在Candence Specture环境下进行仿真，电源电压采用3.3 V，温度范围为-55~125℃，电源抑制比为82 dB，功耗仅有0.06 mW。 【期刊名称】《电子与封装》 【年(卷),期】2015(000)002 【总页数】4页(P22-24,32) 【关键词】带隙基准;无运放设计;低功耗;CMOS
基本带隙基准电压源设计 一、实验要求 1、设计出基本的带隙基准 2、设计出低压带隙基准 二、实验目的 1、掌握PSPICE的仿真 2、熟悉带隙基准电压设计的原理 三、实验原理 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。产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关，具有确定温度特性的直流电压或电流。要实现基准电压源所需解决的主要问题是如何提高其温度抑制与电源抑制，即如何实现与温度有确定关系且与电源基本无关的结构。由于在现实中半导体几乎没有与温度无关的参数，因此只有找到一些具有正温度系数和负温度系数的参数，通过合适的组合，可以得到与温度无关的量，且这些参数与电源无关。 负温度系数电压：双极性晶体管的基极-发射极电压，或者更一般的说，p-n 结二极管的正向电压，具有负的温度系数。 正温度系数电压：如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压的差值与绝对温度成正比，且正温度系数与温度或集电极电流的特性无关。 利用上面得到的正、负温度系数的电压，通过合适的组合，我们就可以设计出一个零温度系数的基准。由于这个基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。 1、基本带隙基准 1.1基本的原理图如图1所示：
图1 基本带隙基准原理图 其中，MOS 管M1-M3的宽长比相同，Q1由n 个与Q2相同的晶体管并联而成。运放起嵌位作用，使得X 点和Y 点稳定在近似相等的电压。 1.2带隙电压公式推导： 对于一个双极性晶体管，我们可以写出其集电极电流公式为:BE T V V C S I I e =，其中 T kT V q = ，S I 为饱和电流，则可以推导出： ln C EB T S I V V I =。 假设运算放大器的增益足够高，在忽略电路失调的情况下有： 21 122 EB EB R R V V I I R -== 2 ln ln C C T T S S I I V V I nI R -= 2 ln T V n R = 则带隙基准电压为： （1） （2）
一、功能描述 设计一个一阶补偿的带隙基准电路，参数要求如下： 1. 全温度特性温度漂移系数小于30ppm/℃ 2. 输出电压大约为1.2±0.1V 二、电路设计 1. 带隙基准的基本原理 带隙基准的基本原理是将两个拥有温度系数相反的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压。 双极性晶体管具有以下两种特性：①双极性晶体管的基极-发射极电压（BE V ）电压与绝对温度成正比；②在不同的集电极电流下，两个双极性晶体管的基极-发射极电压的差值与绝对温度成正比。因此，双极性晶体管可以构成带隙电压基准的核心。 1) 负温度系数电压 对于一个双极型晶体管，其集电极电流与基极-发射极电压的关系为 exp(/)c s BE T I I V V = 其中，s I 是双极型晶体管的把螯合电流；/T V kT q = ，k 为玻尔兹曼偿还苏，q 为电子电荷。进一步利用饱和电流s I 的计算公式，可以得到BE V 的温度系数为 (4)/BE T g BE V m V E q V T T -+-∂=∂ 从上式可见，BE V 电压的文帝系数与温度本身有关，因此如果正温度系数是一个固定值，与温度无关，那么在带隙电压基准的温度补偿中就会出现误差。 2) 正温度系数电压 如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为0nI 与0I ，并且忽略他们的基极电流，那么它们的基极-发射极电压差值为 12 0012 =ln ln ln BE BE BE T T T S S V V V nI I V V V n I I ∆=--= 因此，BE V 的差值就表现出正温度系数， 这个温度系数与温度本身以及集电极电流无关。 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： (lnn)REF BE T V V V αβ=+ 通过设置合适的参数可以获得零温度系数电压。 2. 带隙基准的电路图 1) 整体电路的设计 带隙电压基准的基本电路图有两种，一种是利用PTAT 电流产生电压基准，另外一种是采用运算放大器输出端产生基准电压，本次设计最终采用拉扎维《cmos 模拟集成电路设计》
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帯隙基准电路设计 （东南大学集成电路学院） 一.基准电压源概述 基准电压源(Reference Voltage)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度的参考电压源，它是模拟和数字电路中的核心模块之一，在DC/DC ，ADC ，DAC 以及DRAM 等集成电路设计中有广泛的应用。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。模拟电路使用基准源，是为了得到与电源无关的偏置，或是为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定。在CMOS 技术中基准产生的设计，着重于公认的“帯隙”技术，它可以实现高电源抑制比和低温度系数，因此成为目前各种基准电压源电路中性能最佳、应用最广泛的电路。 基于CMOS 的帯隙基准电路的设计可以有多种电路结构实现。常用的包括Banba 和Leung 结构带薪基准电压源电路。在综合考虑各方面性能需求后，本文采用的是Banba 结构进行设计，该结构具有功耗低、温度系数小、PSRR 高的特点，最后使用Candence 软件进行仿真调试。 二.帯隙基准电路原理与结构 1.工作原理 带隙基准电压源的设计原理是根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性，通过将两个具有相反温度系数的电压进行线性组合来得到零温度系数的电压。用数学方法表示可以为：2211V V V REF αα+=，且02211 =∂∂+∂∂T V T V αα。 1).负温度系数的实现 根据双极性晶体管的器件特性可知，双极型晶体管的基极-发射极电压BE V 具有负温度系数。推导如下： 对于一个双极性器件，其集电极电流)/(exp T BE S C V V I I =，其中
、功能描述 设计一个一阶补偿的带隙基准电路，参数要求如下： 1. 全温度特性温度漂移系数小于30ppm/C 2. 输出电压大约为1.2 ± 0.1V 、电路设计 1. 带隙基准的基本原理 带隙基准的基本原理是将两个拥有温度系数相反的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压。 双极性晶体管具有以下两种特性：①双极性晶体管的基极-发射极电压(V BE )电压与绝对温度成正比；②在不同的集电极电流下，两个双极性晶体管的基极-发射极电压的差值与绝对温度成正比。因此，双极性晶体管可以构成带隙电压基准的核心。 1) 负温度系数电压 对于一个双极型晶体管，其集电极电流与基极-发射极电压的关系为 I c I s eXp(V BE /V T ) 其中，I s是双极型晶体管的把螯合电流；V T kT/q , k为玻尔兹曼偿还苏，q为电子电荷。进一步利用饱和电流I s的计算公式，可以得到V BE的温度系数为 V BE V BE (4 m)V T E g / q T T 从上式可见，V BE电压的文帝系数与温度本身有关，因此如果正温度系数是一个固定值，与温度无关，那么在带隙电压基准的温度补偿中就会出现误差。 2) 正温度系数电压 如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为nl0与I0，并且忽略他们的基极电流，那么它们的基极-发射极电压差值为 V BE V BE1 V BE2 =V T l n 也V T l 门上V T l nn I S1 I S2 因此，V BE的差值就表现出正温度系数，这个温度系数与温度本身以及集电极电流无关。 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： V REF W B E g(V T lnn) 通过设置合适的参数可以获得零温度系数电压。 2. 带隙基准的电路图 1) 整体电路的设计 带隙电压基准的基本电路图有两种，一种是利用PTAT电流产生电压基准，另外一种是