带隙基准设计

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。

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 V oltage)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)/(ex p T BE S C V V I I =，其中q kT V T /=，约为0.026V ，S I 为饱和电流。

根据集电极电流公式，得到：SC T BE I I V V ln= (2.1) 为了简化分析，假设C I 保持不变，这样： TI I V I I T V T V S S T S C T BE ∂∂-∂∂=∂∂ln (2.2) 根据半导体物理知识可知：kT E bT I gm S -=+ex p 4 (2.3)其中b 为比例系数，m ≈−3/2，Eg 为硅的带隙能量，约为1.12eV 。

设计400ua的带隙基准引言：带隙基准是指在半导体材料中，能带的最高能级和最低能级之间的能量差，常用于确定半导体材料的导电性质和应用领域。

在设计400ua的带隙基准时，我们需要考虑材料的物理特性、制备工艺以及应用需求等因素。

本文将探讨如何设计实现400ua的带隙基准。

一、带隙基准的物理特性带隙基准的大小直接影响着材料的导电性质。

带隙越大，材料的导电性越差，常用于绝缘体或半绝缘体材料；带隙越小，材料的导电性越好，常用于导体或半导体材料。

因此，在设计400ua的带隙基准时，我们需要选择一个适当的材料，使其具有合适的带隙大小。

二、材料的选择1. 硅(Si)材料：硅是一种常用的半导体材料，具有较小的带隙，约为 1.1电子伏特(eV)。

通过控制材料的掺杂浓度，可以实现不同导电性质的硅材料。

在设计400ua的带隙基准时，我们可以选择适当的硅材料，并通过掺杂调节其带隙大小。

2. 碳化硅(SiC)材料：碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有较大的带隙，约为 2.2-3.4eV。

碳化硅具有优异的高温、高电压和高频特性，广泛应用于功率电子器件。

在设计400ua的带隙基准时，碳化硅是一个值得考虑的选择。

3. 砷化镓(GaAs)材料：砷化镓是一种三元化合物半导体材料，具有中等大小的带隙，约为 1.4-1.7eV。

砷化镓具有高电子迁移率和快速响应速度，常用于高速电子器件和光电器件。

在设计400ua的带隙基准时，砷化镓是一个潜在的选择。

三、制备工艺在设计400ua的带隙基准时，制备工艺的选择和优化是非常重要的。

常见的制备工艺包括物理气相沉积、化学气相沉积和分子束外延等。

制备工艺的优化可以通过调节工艺参数，控制材料的成分和结构，从而实现所需的带隙基准。

四、应用领域带隙基准的大小直接关系到材料在不同应用领域的适用性。

在设计400ua的带隙基准时，我们可以考虑以下应用领域：1. 光电器件：具有较小带隙的材料常用于光电器件，如光电二极管、激光器等。

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=∂∂+∂∂TV 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)/(ex p T BE S C V V I I =，其中q kT V T /=，约为0.026V ，S I 为饱和电流。

根据集电极电流公式，得到：SC T BE I I V V ln= (2.1) 为了简化分析，假设C I 保持不变，这样： TI I V I I T V T V S S T S C T BE ∂∂-∂∂=∂∂ln (2.2) 根据半导体物理知识可知：kT E bT I gm S -=+ex p 4 (2.3)其中b 为比例系数，m ≈−3/2，Eg 为硅的带隙能量，约为1.12eV 。

带隙基准PSRR推导一、引言在集成电路设计中，带隙基准(或称为参考电压)是一个重要的参数，用于提供稳定的参考电压给其他电路模块。

而PSRR（Power Supply Rejection Ratio）则是衡量电路对电源噪声的抑制能力的指标。

本文将详细探讨带隙基准PSRR的推导方法。

二、带隙基准简介带隙基准是一种基于半导体材料的电压参考源，其具有较高的稳定性和线性度。

它通常由一个差分放大器和一个反馈环路组成，通过对差分放大器的输入电压进行调整，使得输出电压与参考电压保持稳定。

三、PSRR的定义PSRR是指在输入电压发生变化时，输出电压相对于输入电压的变化比例。

在实际应用中，电源噪声是不可避免的，因此高PSRR是带隙基准设计中的重要指标之一。

PSRR的计算方法如下：PSRR = ΔVout / ΔVin其中，ΔVout表示输出电压的变化量，ΔVin表示输入电压的变化量。

四、带隙基准PSRR的推导方法带隙基准的PSRR可以通过差分放大器的增益和反馈环路的特性来推导。

下面将详细介绍推导的步骤：1. 建立差分放大器模型首先，我们需要建立差分放大器的模型。

差分放大器一般由两个晶体管和若干电阻、电容组成。

通过对差分放大器的小信号模型进行分析，可以得到其输入输出关系式。

2. 计算差分放大器的增益根据差分放大器的输入输出关系式，可以计算其增益。

增益的计算通常采用增益公式或者传输函数的方法。

3. 分析反馈环路的特性反馈环路对差分放大器的输出进行反馈，从而稳定输出电压。

通过分析反馈环路的特性，可以得到反馈系数和相位延迟等参数。

4. 推导带隙基准的传输函数将差分放大器的增益和反馈环路的特性结合起来，可以推导出带隙基准的传输函数。

传输函数描述了输入电压和输出电压之间的关系。

5. 计算带隙基准的PSRR根据带隙基准的传输函数，可以计算其PSRR。

PSRR的计算需要考虑输入电压的变化对输出电压的影响。

五、结论带隙基准的PSRR是衡量其抑制电源噪声能力的重要指标。

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。

带隙基准电路设计与仿真带隙基准电路是一种用于产生稳定电压参考的电路，它的工作原理是利用带隙参考电压源的稳定性，将其转换为稳定的输出电压。

在电子设备中，带隙基准电路被广泛应用于各种需要稳定参考电压的场合，如模拟电路中的比较器、放大器、ADC、DAC等。

1.确定设计指标和要求：首先需要确定带隙基准电路的设计指标和要求，包括输出电压的精度、波动、温漂等。

这些指标将直接影响到整个电路的设计和性能。

2.选择合适的带隙参考电压源：带隙参考电压源是带隙基准电路的核心部分，选择合适的电压源对于整个电路的性能至关重要。

常见的带隙参考电压源有基准二极管电压源、基准电流源和温度补偿电压源等。

3.设计和优化调整电路：调整电路用于校准输出电压，使其达到所需的精度，也可以用于调整输出电压的温度系数。

调整电路通常由运放、电阻网络和校准电压源等组成，通过合理选择和设计这些元件，可以优化整个电路的性能。

4.进行仿真和优化：在设计结束后，需要进行电路的仿真和优化。

通过仿真可以验证电路的性能，并进行参数调整和优化，以满足设计指标和要求。

5.制作原型并测试：在设计和仿真完成后，可以制作原型并进行测试。

测试结果将反馈给设计人员，并根据需要进行进一步的调整和优化。

设计带隙基准电路需要综合考虑电路的稳定性、精度、功耗和成本等因素。

在选择和设计电路元件时，可以采用一些常用的优化方法，如小信号模型分析、傅里叶级数分析、参数扫描等。

最后，需要注意的是，在设计带隙基准电路时，还应考虑一些特殊因素，如温度变化、噪声干扰、工作电流等影响电路性能的因素，并采取相应的补偿措施。

总之，带隙基准电路的设计与仿真是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素，通过合理的选择和设计来满足设计指标和要求。

带隙基准电路设计
嘿，朋友们！今天咱来聊聊带隙基准电路设计。

这玩意儿啊，就像是电路世界里的定海神针！
你想想看，在那复杂纷繁的电路海洋中，要是没有一个可靠的基准，那不就像船在大海上没了指南针，瞎转悠嘛！带隙基准电路就是那个能给其他电路指明方向、提供稳定参照的宝贝。

它就好比是一场比赛中的裁判，公正公平地给出标准，让其他电路元件能按部就班地工作。

要是没有它，那电路里还不得乱套呀！各种信号乱跑，功能都没法正常实现了。

设计带隙基准电路可不容易哦！得像个细心的工匠，一点一点地雕琢。

从选择合适的元件开始，这就跟挑食材做饭一样，得挑新鲜的、好的食材，才能做出美味的菜肴。

元件选不好，那后面可就难办咯！
然后呢，还得精心设计电路的布局，这可不是随便摆摆就行的。

就好像搭积木，得考虑怎么搭才最稳固、最合理。

每个元件的位置都有讲究，牵一发而动全身呐！
在调试的过程中，那可得有耐心。

有时候就像解谜一样，一点点地找问题，解决问题。

要是没耐心，那肯定不行呀！难道遇到点困难就打退堂鼓啦？那可不行！
而且啊，这带隙基准电路还得适应各种环境呢！就像人一样，得能经得住各种考验。

热了不行，冷了也不行，得始终保持稳定可靠。

你说它容易吗？
咱再想想，要是没有带隙基准电路，那些电子设备还能这么好用吗？手机说不定一会儿信号好，一会儿信号差；电脑可能会时不时地出故障。

哎呀，那可太糟糕了！
所以说呀，带隙基准电路设计真的太重要啦！咱可得重视起来，好好研究，把它设计得稳稳当当的。

让我们的电子世界因为它而更加精彩，更加可靠！这就是我对带隙基准电路设计的看法，你们觉得呢？。

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： -~=∂+∂⋅-+V 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 VV Vαβ+-=⋅+⋅exp()C S BE T I I V V =T V kT q =(4)BE T g BEV m V E q V T T -+-∂=∂ 1.12g E eV =1.5m ≈-750BE V mV≈300T K =1.5BE V T mV C ∂∂≈-︒12BE BE BE V V V ∆=-0012ln ln ln T T T s s nI I V V V nI I =-=ln 0BE V kn T q ∂∆=>∂(ln )REF BE T VV 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 Cβ⨯︒=︒(ln )17.2n β⨯≈nV R R V V T BE REF ln 123+=!结合以上基本原理，现返回到最初选择的拓扑图，分别采用电流镜接法，M3、M4使得I1与I2电流相等，而M1与M2的电流镜接法又使得X 与Y 点的电位相等。

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：运算放大器设计运放的性能对带隙的性能有着直接的影响。