低压CM0S带隙基准电压源设计

低压CMOS带隙基准电压源设计作者：宁江华王基石杨发顺丁召来源：《现代电子技术》2010年第07期摘要:基准源是模拟集成电路中的基本单元之一,它在高精度ADC,DAC,SoC等电路中起着重要作用,基准源的精度直接控制着这些电路的精度。

阐述一个基于带隙基准结构的Sub-1 V、低功耗、低温度系数、高电源抑制比的CMOS基准电压源。

并基于CSMC 0.5 μm Double Poly Mix Process对电路进行了仿真,得到理想的设计结果。

关键词:CMOS基准电压源; 低功耗; Sub-1 V; 高电源抑制比中图分类号:TM13 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)07-0115-03Design of Low Voltage CMOS Bandgap Voltage ReferenceNING Jiang-hua1, WANG Ji-shi1, YANG Fa-shun1,2, DING Zhao1,2(1. College of Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2. Guizhou Provincial Key Lab. for Micro-Nano-Electronics and Software, Guiyang 550025, China)Abstract:Voltage reference is a basic cell of analog integrated circuits. It performs an important role in many analog ICs whose precision is controlled by the precision of these cells, such as ADC, DAC, SOC and so on. A CMOS voltage reference circuit with Sub-1 V output voltage, low power consumption, low temperature coefficient and high PSRR is introduced. The simulation for the circuit was performed based on the CSMC 0.5 μm double poly mix process. The ideal design results were gained.Keywords:CMOS voltage reference; low power consumption; Sub-1 V; high PSRR0 引言基准电压源广泛应用于电源调节器、A/D和D/A转换器、数据采集系统,以及各种测量设备中。

低成本多路输出CMOS带隙基准电压源设计蔡元;张涛【摘要】在传统Brokaw带隙基准源的基础上,提出一种采用自偏置结构和共源共栅电流镜的低成本多路基准电压输出的CMOS带隙基准源结构,省去了一个放大器,并减小了所需的电阻阻值,大大降低了成本,减小了功耗和噪声.该设计基于华虹1 μm的CMOS工艺,进行了设计与仿真实现.Cadence仿真结果表明,在-40～140℃的温度范围内,温度系数为23.6 ppm/℃,静态电流为24μA,并且能够产生精确的3V,2V,1V和0.15V基准电压,启动速度快,能够满足大多数开关电源的设计需求与应用.%Based on the traditional Brakaw bandgap reference source, a CMOS bandgap reference source structure of low-cost multi-path reference voltage output is presented, which adopts a self-biased structure and cascode current mirror instead of an amplifier. It decreases the demands of the resistance value, and reduces the cost, power consumption and noise greatly. The circuit was implemented with Hua Hong lμm CMOS technology. Cadence simulation results show that its temperature coefficient is 23. 6 ppm/℃ and the quiescent current is 24 μA at the range of - 40~140℃ , it can generate accurate reference vultages of 3 V, 2 V, 1 V and 0.15 V, has a advantage of fast start-up, and meets the design requirements of the most switching power supplies.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)016【总页数】4页(P130-133)【关键词】带隙基准源;多路基准电压输出;温度系数;Cadence【作者】蔡元;张涛【作者单位】武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TN710-340 引言带隙基准电压源通常是模拟和混合信号处理系统中重要的组成模块，它用来提供高稳定的参考电压，对系统的性能起着至关重要的作用。

低功耗带隙基准电压源电路设计蒋本福【摘要】文章提出一种三层self-cascode管子工作在亚阈值区的低功耗带隙基准电压源电路.该电路具有电路结构简单、功耗低、温度系数小、线性度小和面积小等特点.采用CSMC 0.18μm的标准CMOS工艺,华大九天Aether软件验证平台进行仿真.仿真结果表明,在tt工艺角下电路的启动时间为6.64μs,稳定输出的基准电压Vref为567 mV;当温度在-40℃~125℃范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的温度系数TC为18.8 ppm/℃;电源电压在1.2 V~1.8 V范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的线性度为2620 ppm/V;在10 Hz~1 kHz带宽范围内,tt工艺角下基准电压Vref的电源抑制比(PSRR)为51 dB;版图核心面积为0.00195 mm2.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】3页(P39-41)【关键词】Aether软件;功耗;温度系数;线性度;面积【作者】蒋本福【作者单位】吉林大学珠海学院,广东珠海519000【正文语种】中文【中图分类】TN432在模拟IC和混合IC中，带隙基准电压是不可缺少的电路模块。

传统的低压、低功耗带隙基准电路是基于垂直双极晶体管，在文献[1-2]中分别提出了多种设计方法。

然而，这些方法都需要几百兆欧姆的电阻实现低功耗运行，占用较大芯片面积，浪费资源。

参考文献[3]也提出了由几个工作在亚阈值区的MOS管组成的电路，虽然保证了低功耗，但是也出现了温度补偿不够等问题。

为了实现低温漂带隙基准电压电路，高阶温度补偿技术[5]必须得到广泛应用，以减小带隙电压的温度系数。

因此本文提出在低功耗的带隙基准基础上增加高阶温度补偿电路来实现低温漂基准电压电路。

电路原理图如图1所示，主要由启动电路[4]、电流产生电路[5]和self-cascode[4-5]自偏置电路三部分组成。

一种超低温漂的带隙基准电压源作者：邱玉松曾云濮亚男来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第13期摘要：为提高带隙基准电压源的温度特性，采用Buck电压转移单元产生的正温度系数对V BE的负温度系数进行高阶曲率补偿.同时使用共源共栅结构（Cascode）提高电源抑制比（PSRR）.电路采用0.5 μm CMOS工艺实现，在5 V电源电压下，基准输出电压为996.72 mV，温度范围在-25～125 ℃时电路的温漂系数为1.514 ppm/℃；当电源电压在2.5～5.5 V变化时，电压调整率为0.4 mV/V，PSRR达到59.35 dB.关键词：带隙基准电压源；低温度系数；高阶补偿；集成电路中图分类号：TN432 文献标识码：AAn Ultra-low Temperature CoefficientBandgap Voltage ReferenceQIU Yu-song， ZENG Yun， PU Ya-nan（College of Physics and Microelectronics Science，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082， China）Abstract： In order to improve the temperature characteristics of bandgap voltage reference，this paper took advantage of Buck's voltage transfer cell generating a positive temperature coefficient to provide a high-order curvature compensation of VBE. And Cascode structure was used to improve the power supply rejection ratio （PSRR）. The circuit was simulated in 0.5 μm CMOS process. The output voltage of bandgap reference is 996.72 mV under 5 V supply available， and a temperature coefficient of 1.514 ppm/℃ can be achieved over the temperature varying from -25 to 125 ℃. The PSRR reaches 59.35 dB and an average line regulation reaches 0.4 mV/V when power supply changes from 2.5 to 5.5 V.Key words： bandgap voltage reference；low temperature coefficient；high-order compensation；integrated circuit基准源在集成电路中的作用是提供准确的电压或电流，它是模拟集成电路的核心组成部分，而其中带隙基准电压源由于具有高电源抑制比及长期稳定等优点，而被广泛地应用在A/D 和D/A转换器、低压差线性稳压器（LDO）、高精度比较器、存储器等集成电路中.传统的带隙基准电路仅仅补偿了一阶温度项，而V BE的高阶项才是限制温度特性的关键因素[1].因此，设计低温漂系数带隙基准源是十分必要的.近年来，国内外提出了多种不同的高阶补偿技术来改善基准电路的温度特性.Cao等提出了利用动态基础泄漏补偿技术来进行高阶补偿，使基准电压在-40～125 ℃范围内温漂系数达到15 ppm/℃[2]；Malcovati等利用双极晶体管电压差进行温度补偿，温漂系数在0～80 ℃内降至7.5[3]，但该电路存在电阻回路，精度不高；Gong等利用不同的电阻材料进行温度补偿，电路的温度变化范围大[4]，但产生的温漂系数高；而Leila Koushaeian等使用电流镜和运算放大器来减小温漂，其温漂系数为4.7 ppm/℃[5].本文对传统的电流型求和基准源的原理和结构进行分析总结，通过采用Buck式电压转移单元[6]和与温度无关的电流对V BE进行高价补偿的方法，设计了一种具有超低温漂系数的带隙基准源电路.同时使用一种有效的启动电路保证电路能正常启动，并且在输出端采用共源共栅结构，提高了电路的电源抑制比.该电路结构对负温度系数项的非线性部分进行了高阶补偿，达到了更低的温漂系数.仿真测试结果表明，输出基准电压为996.72 mV，当温度在-25～125 ℃时，温漂系数为1.514 ppm/℃；电源电压在2.5～5.5 V变化时，电压调整率为0.4 mV/V，适合于高精度电路中的参考电压源.1 一种超低温漂带隙基准源的设计带隙基准源是将分别拥有负温度系数V BE和正温度系数ΔV BE的电压按适当的权重相加，获得零温度系数的基准电压[7].为了最大程度地降低带隙基准电路的温漂系数，同时保证足够大的电源抑制比，本文设计了一种新型超低温漂的带隙基准源电路.1.1 整体电路的设计本设计基于传统带隙基准源工作原理，采用Buck电压转移单元产生的正温度系数对V BE 的负温度系数进行高阶曲率补偿，整个带隙基准电路如图1所示.图1中Part 1部分是电流求和型基准源，其将正温度系数和负温度系数两电流之和通过电流镜镜像到输出端，通过电阻分压得到基本与温度无关的基准电压[8].运算放大器使电路处于深度负反馈状态，调整R0的阻值使Va和Vb分别大于0.6 V，利用R1B1，R1B2及 R1A1，R1A2进行分压，得出较小的电压Vc和Vd作为运放的输入电平.其中R1B1= R1A1， R1B2= R1A2，故Va=Vb，Vc=Vd. M1和M2管的宽长比一致，使得两支路流过的电流也相同，Part 1中产生的带隙基准参考电压为：式中：第1项为常数项，第2项为一阶项，第3项为高阶项.常数项是在温度为0 K时外推而得到的PN结二极管电压，V BE0是发射结电压.T0是参考温度，η是与工艺有关的常数.α的值与Ic的温度特性有关，当Ic与温度成正比时，α=1；当Ic与温度无关时，α=0.由式（2）可以得出：V BE与温度并不是线性关系，一般的电路仅对其中的一次项进行了补偿，而与温度有关的高阶项TlnT并没有得到补偿，从而导致电路的温度特性较差.所以为了减小输出电压的温度系数，就需要对V BE中的非线性项TlnT进行补偿.图中Part 2部分产生与温度无关的电流，并将其注入到Q5，Q1管，Q5与Q1的发射极面积相等.所以Q1的电流与T成正比，由式（2）可得V BE1-V BE5为：因此，V1与V5的差值即为与非线性项TlnT成比例的电压.图中Part 3部分即为Buck型电压转换单元，是整个带隙基准电路的核心部分，用来实现Vref的高精度曲率补偿.Buck式转移单元电路主要由两个差分对构成，通过晶体管差分对管M3～M4可求出电压，再由电流镜M5～M6管传送给差分对管M1和M2.晶体管M1～M4管均工作于饱和区，在忽略体效应与沟道长度调制效应时，可得到：带隙基准电路通过调整电阻R0，R1A1，R1A2的大小，可对V BE1进行一阶线性补偿；而V BE1的高阶曲率补偿是由参数A和G实现的，只要调整好参数A和G就可以消除高阶温度系数项TlnT，从而获得理想的基准电压.1.2 启动电路在传统的带隙基准源电路中，存在电流为0的稳定状态，该状态是非正常工作状态，所以必须加入启动电路使其脱离该状态[5].启动电路先为工作电路提供适当的启动电流，使整个电路正常启动后，启动电路再自动关闭.从图1可以看出：启动电路由晶体管M7～M10构成，且M7～M9是二极管连接方式.当电源接通后，M8管工作在饱和区，M10导通使节点A的电位上升，电路开始正常工作.当节点A的电位上升到使M10管截止时，启动电路关闭，从而使得电路进入正常的工作状态.1.3 运算放大器设计运算放大器的性能对带隙基准源的性能参数有着十分重要的影响.为了保证运算放大器两端输入电压相等，并且尽可能地提高带隙基准电路的电源抑制比，放大器的增益应保证足够大[10].运算放大器采用放大器级联结构，如图2所示，在提高增益的同时使电路能够产生较大的输出摆幅.运算放大器的增益高低决定了电源抑制比的大小.在0.5 μm CMOS工艺下使用Cadence工具对运算放大器电路进行仿真，得到其频率特性曲线如图3所示.由图可见：放大器的增益达到79.46 dB，相位裕度为74.05°，完全满足电路要求.放大器的输入对管采用PMOS保证运放工作在饱和区，并且在放大器两级输入之间加入补偿电阻和电容，以提高放大器的相位裕度和稳定性.1.4 版图设计带隙基准源是高精度的模拟电路，其版图设计对精度和匹配性要求很高，因此在设计中，电流镜，BJT，运算放大器以及电阻等都要做到匹配对称，布局布线也要尽可能合理.在双极型晶体管和电阻的周围添加虚拟器件，并将三极管并联组合在一起以达到版图匹配.在放大器的版图设计中，采取中心对称结构可以降低工艺偏差.故最终设计的整体版图如图4所示，面积为300 μm×300 μm.2 仿真与测试的结果分析对基准电路而言，温漂系数是其最重要的性能参数之一，温漂系数的大小直接决定电路性能的好坏.本设计基于0.5 μm的CMOS工艺，采用Cadence中的Spectre软件进行模拟仿真，最后对其进行测试.当电源电压为5 V时，在-25～125 ℃温度范围内对电路进行仿真与测试，结果如图5所示.由图可见：仿真曲线中电路的输出基准电压为996.72 mV，在扫描范围内仅有0.1 mV的变化；而实际测试得到的输出基准电压为996.7±0.06 mV，与仿真结果相似.经补偿后的输出基准电压的温漂系数只有1.514 ppm/℃，温度特性得到了很大的改善.带隙基准电路的电源抑制比仿真与测试曲线如图7所示，其直流PSRR为59.35 dB.通过温度特性及电源特性的仿真与测试结果比较得出，虽然由于工艺的偏差导致测试与仿真结果存在些许差异，但电路设计完全满足电源控制芯片所要求的性能指标.3 结论本文设计并实现了一种温漂系数仅为1.514 ppm/℃的带隙基准电压源.所设计的电路以Buck型转移单元电路作为基准电路的核心，将其产生的正温度系数对V BE的负温度系数进行高阶温度补偿，极大地改善了电路的温漂特性；同时由于使用了Cascode结构，保证了高的电源抑制比.在0.5 μm CMOS工艺条件下，运用Spectre工具仿真验证了电路的电源以及温度特性.测试结果显示：当温度在-25～125 ℃之间变化时，温漂系数仅为1.514 ppm/℃.电源电压在2.5～5.5 V内变化时，电路的电压调整率仅为0.4 mV/V，PSRR为59.35 dB，测试结果证明了所设计电路性能优良，可广泛应用于要求超低温漂系数的电路系统中.参考文献[1] 苑婷，巩文超，何乐年. 高精度、低温度系数带隙基准电压源的设计与实现[J].电子与信息学报， 2009， 31（5）：1260-1264.YUAN Ting， GONG Wen-chao， HE Le-nian. Design and realization of a high precision low temperature coefficient bandgap voltage reference [J]. Journal of Electronics & Information Technology， 2009， 31（5）： 1260-1264.（In Chinese）[2] CAO Y， WOUTER D C， MICHIEL S， et al. A 4.5 MGy TID-tolerant CMOS bandgap reference circuit using a dynamic base leakage compensation technique [J]. IEEE Transactions on Nuclear Science， 2013， 60（4）：2819-2824.[3] MALCOVATI P， MALOBERTI F， FIOCCHI C， et al. Curvature-compensated BiCMOS bandgap with 1-V supply voltage[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits，2001，36（7）：1076- 1081.[4] GONG Xiao-feng， LIU Min-jie， ZHOU Bin， et al. A novel wide temperature range bandgap reference [C]//Proceedings of 2012 IEEE 55th International Midwest Symposium on Circuits and Systems. New York： IEEE， 2012：506-509.[5] KOUSHAEIAN L， SKAIDAS S. A 65 nm CMOS low-power， low-voltage bandgap reference with using self-biased composite cascode opamp [C]// Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on ISLPED. New York： IEEE， 2010：95-98.[6] BUCK A， MC DONALD C， LEWIS S， et al. A CMOS bandgap reference without resistors [J]. Journal of Solid-State Circuits， 2002， 37（1）：81-83.[7] RAZAVI B. Design of analog CMOS integrated circuits[M]. Boston： McGraw-Hill，2011： 381-390.[8] LEUNG K N， MOK P K T. A Sub-1-V 15-ppm/℃ CMOS bandgap voltage reference without requiring low threshold voltage device [J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2002， 37 （4）： 526-530.[9] TSIVIDIS Y. Accurate analyzes of temperature effects in IC-VBE characteristics with application to bandgap reference sources[J]. IEEE Journal Solid-State Circuits， 2001， 15 （6）：1076-1084.[10]LI W G， YAO R H， GUO L F， et al. A low power CMOS bandgap voltage reference with enhanced power supply rejection [C]//Proceedings of IEEE 8th International Conference on ASIC. New York： IEEE， 2009：300-304.。

带隙基准源原理简介带隙基准源原理简介1.1基准电压源的⼏项主要性能指标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。

因此，基准的设计就是要解决以下两个问题：与电源⽆关的偏置和温度关系的确定。

利⽤正温度系数电压和负温度系数电压，我们可以可以设计出⼀个令⼈满意的零温度系数的基准，这就是带隙基准电压源。

下⾯我们来介绍基准电压源的⼏项主要性能指标。

1.1.1温度系数温度系数(Temperature Coefficient,单位ppm/oC)是基准电压源在整个扫描的⼯作温度范围内，输出电压的最⼤值和最⼩值的差值，相对于正常输出电压的变化。

温度系数表征基准电压源电路受温度变化影响的⼤⼩，性能优异的基准源电路设计具有⾮常⼩的温度系数。

温度的变化⽽引起输出电压的变化，其单位表⽰为ppm/oC，计算公式如下所⽰：（2-1）1.1.2电源抑制⽐电源抑制⽐(PSRR：Power supply Rejeetion Ratio，单位：分贝或dB)在⼩信号情况下，基准电压源的输出变化量与电源电压的变化量之⽐。

基准电压源电路的输出电压,既要受到环境温度的影响，⽽且还要受到电源电压噪声的影响。

所以性能优良的基准电压源电路，能够很好的抑制电源电压对于电路的影响。

1.1.3线性调整率在直流状态下，电源电压的波动对于基准源的影响程度。

其公式为：（2-2）1.1.4建⽴时间从电源上电到基准源输出达到正常输出电压的那段时间。

1.2传统带隙基准源的基本原理和结构1.1.1 概述基准源在集成电路设计中是极其重要的基本单元电路，然后在不同的应⽤电路中经常需要设计不同的基准源。

⽐如传统的带隙基准源电路，具有较低的温度系数、较低的电源电压以及可以与标准CMOS⼯艺兼容等等特点,成为⼀种⼴泛使⽤的典型基准源电路模块。

设计基准电路的⽬的是为了建⽴⼀个与电源和⼯艺都⽆关，⽽且具有确定温度特性的电流或电压。

由于许多⼯艺参数要随温度的改变⽽改变，所以如果所设计的基准源与温度没有关系的话，那么它与⼯艺也是没有关系的。

低功耗CMOS带隙基准源赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【摘要】本文采用了CSMC 0.18um的标准CMOS工艺，设计了一种工作在亚阈值区的低功耗CMOS带隙基准源，本设计电路是由纯MOS管组成，不包含双极型晶体管，采用工作在线性区的MOS管代替电阻，减少了芯片的面积，工作在亚阈区的MOS管也使得系统的功耗有所降低。

室温下，整个电路系统的电流（包含启动电路）为433.08nA，功耗为649.6nW，版图面积为0.0048mm2，工艺流程与标准CMOS工艺有很好的兼容性。

%This article uses CSMC 0.18µm standard CMOS process technology, a low power CMOS voltage reference was developed using 0.18µm CMOS process technology, The device consists of MOSFET circuit operated in the subthreshold region and used no resistors, the design of the circuit is composed of pure MOS transistors, does not include the transistors, using a strong-inversion of the MOS transistor instead of resistance, greatly reducing the chip area,working in sub-threshold region MOS transistors also makes the system power consumption is greatly reduced. At room temperature, the current overall circuit (including start-up circuit) is about 433.08nA, the power is 649.6nW, the layout area is 0.0048mm2, process have good compatibility with standard CMOS process.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】4页(P27-30)【关键词】带隙基准;低功耗;亚阈值区【作者】赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【作者单位】哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学【正文语种】中文便携式电子产品已经成为当今消费者的重要需求，SoC技术的广泛应用已经成为当今发展的重要趋势，低功耗是SoC系统的发展目标[1]。

1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计摘要----在数字ＣＭＯＳ技术中，带隙基准电路的设计提出了一些设计难题，应为电源电压低于硅带隙在电子伏下的电压（１．２ｖ）。

有一种旨在解决由电源低压所引起的的主要问题的电流模式结构得到使用，但是应用在运放和专用启动电路中值得我们警惕。

即使像耗尽型ＭＯＳ管这样的非标准器件有助于管理供电比例，它们也很少使用且不好控制。

所以，他们必须避免放在一个具有高移植性的健全电路设计中。

本文提出的这些电路可以适用于低压运放并解决了在达到合适电源电压偏置点的主要问题。

在数字０．１８－０．３５μｍ技术中，一些带隙基准电路可以在最小电源电压的为０．９到１．５ｖ的情况下实现５００ｍｖ的标称输出。

关键词带隙基准ＣＭＯＳ集成电路低压设计电压基准一介绍现在，模拟和数字电路都需要对温度敏感度低的基准电压生成器，比如ＤＲＡＭ和闪存芯片。

因为传统的基准电源提供接近于硅带隙在电子伏下的电压，他不能用于最新的电源电压在１ｖ以下深亚微米中。

曾经报道的采用电流模式的实现技术的ＣＭＯＳ带隙基准电源具有绕过电源电压限制的可能性。

但是，这项技术需要最小２ｖ的电源电压（用耗尽型ＭＯＳＴｓ提供），而且需要额外增加一个在模拟和混合电路中很少使用的复位电源信号。

最近报道了采用ＢｉＭＯＳＥ技术的电流模式带隙基准电源，但是低压运放不能用于数字ＣＭＯＳ技术中。

本文将会讨论低压带隙基准电源设计和提出一些有用的电路技术。

此外，还提出了一些在０．１８－０．３５μｍＣＭＯＳ技术的实现最小供电电源从０．９－１．５ｖ的技术。

二ＣＭＯＳ带隙基准电源在带隙基准电源中，对温度低敏感的输出电压由加在ｐｎ结上的电压和与温度成正比的相加得到。

设输出电压Ｖbg大致与硅带隙在电子伏下的电压相等，有可能抵消它的温度敏感性。

在CMOS，采用竖向PNP的双极晶体管。

由于输出电压为1.2v，这种结构不能用于最新的的CMOS技术中，这种技术的电源电压从1.8V（0.18μm）到1.2V（0.13μm），到下一代技术规模中，将会降到0.9V。

低压基准电压源电路的仿真分析毕业设计摘要参考电压源电路是模拟集成电路及电气电子设备的基本组成单元。

一个应用广泛的基本电路。

我们所说的参考电压源，就是能够提供高稳定性的基准电源的电路，它们之间的参考电压和电源，工艺参数，温度的变化关系是非常小的。

然而，它的温度稳定性和抗噪声性能够影响到整个电路系统。

该系统的精度在很大程度上取决于内部或外部的基准精度。

如果没有一个满足要求的参考电路，它不就能正确和有效的实现系统设定的性能。

本文的目的是基于双极晶体管基准源的TL431可调稳压器集成电路的仿真与分析。

本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状以及趋势。

然后详细介绍基准电压源电路的基本结构以及基本的原理，并对几种不同的双极型基准电压源电路做以简单的介绍。

其次对电路仿真软件进行介绍，最后运用电路仿真软件specture对TL431串联集成稳压基准电路进行仿真并详细分析其结果。

仿真分析的类型主要有直流工作点分析，交流分析，傅里叶分析，噪声分析，噪声系数分析，失真分析，直流扫描分析，灵敏度分析，参数扫描分析，温度扫描分析等。

仿真分析结果显示，基准电压源电路具有较高的稳定性，电压源的直流输出电平比较稳定，而且这个直流电平对电源电压和温度不敏感。

关键词：基准电压源,TL431,仿真分析,Specture,温度系数AbstractThe reference voltage source is a basic module of the very wide range of applications in the design of analog integrated circuits. What we call the reference voltage source is able to power provide high stability of the baseline power to the circuit, this relationship between the picture reference and the power, process parameters and temperature is very small, however, its import temperature stability and resistance to noise performance of with the accuracy and performance of the entire circuit system. The accuracy of the system to a large extent depends on the begin is accuracy of the internal or external reference, there is no one to meet the requirements of the is reference circuit, it can not correct and effective system of pre-set performance. The purpose of this paper is based on bipolar transistors reference TL431 adjustable voltage regulator IC is simulation and analysis.At the beginning of this article, first introduced the development status and trends of the reference voltage source at home and abroad. And then details the basic structure of the reference voltage source circuit and the basic principle, and several different bipolar voltage reference circuit with a simple introduction. Second, the circuit simulation software mulisim .Finally, the circuit simulation software specture TL431 series integrated voltage regulator reference circuit simulation and detailed analysis of the results. Simulation analysis of the main types of DC operating point analysis, AC analysis, Fourier analysis, noise analysis, noise figure, distortion analysis, DC sweep analysis, sensitivity analysis, Parameter Sweep analysis, temperature scanning.Simulation and analysis of simulation results show that the voltage reference circuit has a high stability of the DC voltage source output level is relatively stable, and the DC level is not sensitive to the supply voltage and temperature.Keywords:reference voltage source ,the TL431 ,simulation ,Specture ,temperature coefficient目录1. 绪论 (4)1.1 国内外研究现状与发展趋势 (5)1.2 课题研究的目的意义 (6)1.3 本文的主要内容 (7)2. 基准电压源电路和偏置的电流源电路 (7)2.1基准电压源的结构 (7)2.1.1 直接采用电阻和管分压的基准电压源 (7)2.1.2有源器件与电阻串联所组成的基准电压源 (8)2.1.3双极型三管能隙基准源 (10)2.1.4 双极型二管能隙基准源 (12)2.2V的温度特性 (14)BE2.3 对温度不敏感的偏置 (14)2.4 对电源不敏感的偏置 (18)本章小结 (20)3. 高精度可调式精密稳压集成电路TL431的工作原理与运用 (21)3.1精密稳压器TL431的内部结构 (21)3.2 TL431的工作原理与参数 (22)3.2.1 TL431的具体工作原理 (22)3.2.2 TL431的特点和参数 (26)3.3 TL431的典型运用电路 (26)3.3.1 基准电压源电路 (26)3.3.2 恒流源电路 (27)3.3.3 电压比较器电路 (28)3.3.4电压监视器电路 (29)3.4 TL431应用所注意的事项 (30)本章小结 (30)4. 高精度可调式精密稳压电路TL431的仿真 (31)4.1 Candence以及Specture仿真器的介绍 (31)4.2 整体电路的仿真 (32)4.2.1 直流特性仿真 (32)4.2.2瞬态特性仿真 (34)4.2.3温度特性的仿真 (34)4.2.4 电源抑制比仿真 (35)4.2.5开环电压增益仿真 (36)4.2.6 应用电路的仿真 (37)本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)1. 绪 论基准电压源（Reference Voltage ）是指在模拟电路、混合信号电路中用作电压基准的参考电压源,它具有很多的优点，典型的是相对较高的精度和稳定度。

低电源电压带隙基准电路设计魏榕山;钟美庆【摘要】提出一种应用于低电源电压供电的带隙基准电路的解决方案.通过增加升压模块解决电流模带隙基准电路只能应用于1V电源以上电压的难题.文中在0.8V 电源电压供电下设计带隙基准电路.对电路进行理论分析与设计,采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺模型,通过Cadence公司Spectre工具对所设计电路功能与性能进行仿真验证,仿真结果表明,在-45～125℃温度范围内,输出电压变化为2.085 mV,温漂系数为10.6 ppm达到了设计要求.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)001【总页数】4页(P34-36,45)【关键词】带隙基准;低电源电压;升压电路【作者】魏榕山;钟美庆【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建福州350116;福州大学物理与信息工程学院,福建福州350116【正文语种】中文【中图分类】TN432带隙基准电路可以在一定温度及电源电压变化范围内提供稳定的电压或电流，其广泛应用于各类模拟电路、数模混合电路以及片上系统中，其精度直接影响整体电路的性能。

各类高精度高性能集成电路中必须引入带隙基准电路。

传统结构的带隙基准电路提供基准输出电压约为1.26 V，其所需电源电压更高[1-2]。

即使低压结构带隙基准电路对电源电压的要求一般需要在1 V以上[3-4]。

但是随着CMOS制造工艺的特征尺寸变小，特别是随着电池式供电设备的使用，为了实现低功耗电路的目的，片上电路系统的供电电压越来越低，低电源压带隙基准电路的设计刻不容缓[5]。

本文通过仿真并分析低电压下带隙基准电路设计难点及原因，提出了一种应用于电源电压下的实现带隙基准电路的解决方案，即使用Doubler电路对超低电压进行倍压，然后用该电压给带隙基准电路进行供电，实现带隙基准电压输出。

带隙基准基本原理是通过一个与温度呈负相关系数的电压VBE与另外一个与温度呈正相关系数的电压ΔVBE按照一定比例相叠加，得到一个与温度不相关的电压VREF。

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。

-4 - 科学技术创新2019.14-种电压可调式带隙基准源的研究与设计周瑞贺龙周赵心越(成都信息工程大学通信工程学院，四川成都610225)摘要:本文设计一种低温漂系数的电压可调式CMOS 带隙基准电压源，与传统的CMOS 带隙基准电压源相比，该电压源不 仅能生成1.24V 的标准带隙基准电压，还可以可通过调整电阻的比值产生更低或者更高的基准电压。

利用电阻分压法，基准电路 可以在低电压条件下运行。

采用TSMC 0.18umCMOS 工艺，使用spectre 仿真，在1.8V 的供电电压下，可以产生1.2V 的基准电 压，在-409~120七的温度范围内，其温度系数为12ppm/°C,电源抑制比为66dB 。

关键词:可调式带隙基准；电源抑制比；电阻分压;低温度系数中图分类号:TN402,TN432 文献标识码：A 文章编号:2096-4390 (2019)14-0004-02随着集成电路的发展，芯片内模块单元对电压的稳定性要 求越来越高。

外部供电电源由于具有明显的电源纹波，对内部 电路的影响也越来越明显叫因此，需要一种不受电源纹波、外部温度变化以及工艺影响的电压源作为基准，来保证芯片的性 能。

带隙基准电压源(Bandgap Voltage Reference )作为一种能够提供稳定电压的电路叫正被广泛地运用于各模拟、数模混合芯片电路中，尤其是高精度的比较器，模数、数模转换器等叫都需 要具有低温度系数®的带隙基准电路。

而带隙基准的电路的性能，又直接影响着这些具有高精度特征电路的整体性能。

而 CMOS 工艺成本低廉，容易集成于片内，是当下研究的热点叫因此，对CMOS 工艺实现的带隙基准电路进行研究，势在必行。

1传统的带隙基准电压电路传统的带隙电路主要由运算放大器、双极晶体管和电阻构成，如图1所示。

带隙基准的输出电压是双极晶体管B3基极发 射极电压V bq 和电阻R3电压Vm 之和。