带隙基准电压源设计

哈尔滨理工大学软件学院课程设计报告指导老师董长春2013年6月28日.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:CDMQ MSMlO Ml IMI2^ ——I 匚13 M 匚11jir Ml Tl ----M4------1M2TC1.2 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/ C1.3 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。

二. 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M(In n) 8.6，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 (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5＞相关问题参考教材第六章，仿真问题请查看 HSPICE 手册。

带过温保护功能的高精度带隙基准电压源的设计高精度带隙基准电压源是一种常用于模拟电路和测量系统中的关键器件。

它可以提供稳定精确的基准电压，用于校准和校验其他电路的电压精度。

带过温保护功能的设计可以确保电压源在工作过程中不会超过额定温度范围，从而保护电路免受损坏。

以下是一个设计带过温保护功能的高精度带隙基准电压源的步骤：1.确定规格要求：首先，需要根据应用的要求确定基准电压的规格，包括精度、温度系数、稳定性等。

这将决定所采用的设计方案和器件选择。

2.选择参考电压：通常情况下，选择具有较小温度系数和稳定性的参考电压是理想的。

常见的选择包括基于温度补偿二极管（例如LM385）的基准电压源或基于电流源和电阻的参考电压源。

3.设计稳压电路：在基准电压源的设计中，通常会使用稳压电路以确保输出电压的稳定性。

常见的稳压电路包括电流源和电压跟随器等。

4.设计过温保护电路：过温保护功能可以通过使用温度传感器和比较器等元件实现。

温度传感器可以实时监测电压源的温度，并将温度信息传递给比较器。

当温度超过设定阈值时，比较器会触发保护电路，从而断开电源或降低电源输出，以保护电路不受损坏。

5.优化布局和散热设计：设计中需要注意良好的布局和散热设计，以确保稳定性和过温保护功能的可靠性。

通过合理的电路布局和散热元件的选择，可以降低元件之间的热耦合效应，并提高整个电路的稳定性。

此外，必要时还可以考虑使用散热器或风扇来冷却电路。

6.仿真和验证：在进行实际的电路制作之前，进行电路仿真和验证是很重要的。

通过使用专业的电路仿真软件，可以验证所设计的电路在不同工作条件下的性能，并进行必要的调整和优化。

7.实际制作和测试：根据设计完成电路制作，并进行实际测试。

测试应包括基准电压的稳定性、温度系数和过温保护功能等方面的验证。

如果有必要，还可以进行长时间稳定性测试，以确保电路在各种工作条件下的可靠性。

总之，设计带过温保护功能的高精度带隙基准电压源需要充分考虑应用需求、采用合适的器件和电路设计，并进行仿真和测试验证。

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 。

0.18 μm CMOS 带隙基准电压源的设计本文提出了一种基于0.18 μm 标准CMOS 工艺的高性能带隙基准电压源的设计方法，输出基准电压0.6 V，输入电压范围为1.5 V～3 V，温度系数仅为5 ppm/℃，功耗为80 ?滋W.1 带隙基准技术基本原理基准电压源已成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。

基准电压源可广泛应用于高精度比较器、A/D 和D/A 转换器、随机动态存储器、闪存以及系统集成芯片中。

带隙基准电压源受电源电压变化的影响很小，它具备了高稳定度、低温漂、低噪声的主要优点。

其中，VT 具有正温度系数，VBE1 具有负温度系数，则输出VRef 的温度系数可以调整到接近零。

2 带隙基准源设计电路为了得到较低的输出电压，在两个晶体管支路上分别并联一个电阻，根据此原理，设计电路图[3]如图2 所示。

三个PMOS 管为同样宽长的MOS 管，均处于饱和工作状态，根据镜像原理有：由式(7)可以看出，调节R2/R1 与R2/R0 的值，就可以得到零温度系数的电压输出值。

虽然电阻本身也具有温度系数，但在此电路中，输出电压只与电阻之间的比值有关，所以电阻的温度系数对输出的影响很小。

3 运算放大器的设计以上推理仅适用于运算放大器工作在理想状态的情况，图2 电路的最主要部分就是运算放大器，运算效果的优劣决定着此基准电压源的效果。

根据电路的需求，设计的运放有较高的放大倍数、较低的功耗、较低的噪声，所以选用普通的两级运放即可，电路图如图3 所示。

图3 中PM0 和PM1 作为镜像电流源，将偏置电流4 μA 镜像给放大器使用，PM3 与PM4 作为运放的输入端，比使用NMOS 差分对得到更大的输入。

一种低功耗多输出带隙电压基准源电路的设计一种低功耗多输出带隙电压基准源电路的设计是一种实现高精度电压基准源的方法。

在本文中，我们将分步骤阐述这种电路的设计过程及其主要特点。

步骤1：选择具有合适特性的带隙参考电压源为了实现高精度电压基准源，我们需要选择具有合适特性的带隙参考电压源。

这种电压源需要具有以下特点：1. 稳定性高：带隙参考电压源相对于温度和电源电压的变化非常稳定，可以在多种应用场景下提供稳定的参考电压。

2. 精度高：带隙参考电压源可以提供高精度的电压输出，能够满足对于电压精度要求较高的应用场景。

3. 低噪声：带隙参考电压源的噪声非常低，可以提供纯净的电压参考信号。

为了实现这种特性，我们可以选择亚微米CMOS工艺下的具有特殊结构的带隙参考电压源。

步骤2：设计低功耗的多输出电路在选择好合适的带隙参考电压源后，我们需要将其集成在一个低功耗多输出的电路中。

这种电路需要具有以下特点：1. 低功耗：这种电路需要设计为低功耗的，以便在便携式电子设备等需要长时间工作的场合中使用。

2. 多输出：这种电路需要提供多个电压输出，以满足不同应用需求。

3. 精度高：这种电路需要具有高精度的输出，以提供稳定可靠的参考电压信号。

为了实现这种特性，我们可以采用基于CMOS运算放大器的电路结构。

通过适当的电路调整和优化，可以实现低功耗、多输出、高精度的目标。

步骤3：验证电路性能并进行参数调整在设计完低功耗多输出带隙电压基准源电路后，需要进行实验验证并进行参数调整，以优化电路性能。

具体来说，需要进行以下工作：1. 电路性能测试：对电路进行性能测试，包括输出电压精度、温度稳定性、输入电压范围等方面的测试。

通过测试结果来调整电路设计参数，优化电路性能。

2. 参数调整：通过对电路设计参数的调整，对电路性能进行进一步优化。

调整的参数包括电路增益、偏置电压、输入电压范围等。

在完成以上工作后，即可实现设计一个低功耗多输出带隙电压基准源电路。

一款新颖的带隙基准电压源设计电压基准是芯片设计中一个至关重要的组成单元，它直接影响着整个电子产品的性能。

高精度是当今集成电路发展的特点之一，随着集成电路以摩尔定律的发展，人们对电路指标的要求也日趋提高。

因此，高精度、高性能的基准源对于集成电路芯片是必不可少的。

本文设计了一款高性能的基准电路，具有较小的温度系数，同时在2．3～6．5V的电源电压范围内具有较低的功耗和较高的电源电压抑制特性，适用于各类对精度要求较高且功耗低的集成电路芯片。

1 基准工作的基本原理图1为典型的与温度无关的带隙基准电路架构图。

它的原理就是利用三极管基极-发射极电压△VBE的负温度系数和两个三极管基极-发射极电压差值△VBE的正温度系数相抵消来产生零温度系数的基准电压。

如图1所示，图中Mp1、Mp2为LDMOS管，VDD的大部分压降均落在Mp1、Mp2上，因此该电路可以承受较高的电源电压。

若忽略三极管的基极电流，则有由式(1)～式(6)式可以得到其中，N=IS1／IS2为QN1和QN2的发射极面积之比。

VBE2的温度系数为-1．5 mV／℃，VT的温度系数为+0．086 mV／℃，所以选择适当的N值和R2／R1的比值，就可以得到零温度系数的输出电压。

另外，调节R4和R5的比值，可以得到期望的基准电压，且不会改变已调整好的零温度系数特性。

2 新颖的带隙基准电路如图2即为所提出的基准电压电路。

该电路由偏置、运算放大器、基准核心和基准启动4个部分构成。

核心电路的原理如前文所述，下面对运放、启动作具体阐述。

该电路的运放如图2所示，运放的主要作用是保证△VBE的精准性。

然而运放的失调是一个主要的误差源。

假设输入端的失调电压为VOS，经过计算可以得到这里的关键问题是失调电压被放大了(1+R2／R3)倍，在VREF中引入了误差。

更重要的是VOS本身随温度变化，更增大了输出电压的温度系数。

因此要尽量减少失调电压。

而引起失调的因素有很多，如电阻间的不匹配，晶体管的不匹配，运放输入级晶体管阈值电压的不匹配，以及运放的有限增益等。

带隙电压基准源的设计与分析摘要介绍了基准源的发展和基本工作原理以及目前较常用的带隙基准源电路结构。

设计了一种基于Banba结构的基准源电路，重点对自启动电路及放大电路部分进行了分析，得到并分析了输出电压与温度的关系。

文中对带隙电压基准源的设计与分析，可以为电压基准源相关的设计人员提供参考。

可以为串联型稳压电路、A／D和D／A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。

基准源广泛应用于各种模拟集成电路、数模混合信号集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。

在模／数转换器(ADC)、数／模转换器(DAC)、动态存储器(DRAM)等集成电路设计中，低温度系数、高电源抑制比(PSRR)的基准源设计十分关键。

在集成电路工艺发展早期，基准源主要采用齐纳基准源实现，如图1(a)所示。

它利用了齐纳二极管被反向击穿时两端的电压。

由于半导体表面的沾污等封装原因，齐纳二极管噪声严重且不稳定。

之后人们把齐纳结移动到表面以下，支撑掩埋型齐纳基准源，噪声和稳定性有较大改观，如图1(b)所示。

其缺点：首先齐纳二极管正常工作电压在6～8 V，不能应用于低电压电路；并且高精度的齐纳二极管对工艺要求严格、造价相对较高。

1971年，Widlar首次提出带隙基准结构。

它利用VBE的正温度系数和△VBE的负温度系数特性，两者相加可得零温度系数。

相比齐纳基准源，Widlar型带隙基准源具有更低的输出电压，更小的噪声，更好的稳定性。

接下来的1973年和1974年，Kujik和Brokaw分别提出了改进带隙基准结构。

新的结构中将运算放大器用于电压钳位，提高了基准输出电压的精度。

以上经典结构奠定了带隙基准理论的基础。

文中介绍带隙基准源的基本原理及其基本结构，设计了一种基于Banba结构的带隙基准源，相对于Banba结构，增加了自启动电路模块及放大电路模块，使其可以自动进入正常工作状态并增加其稳定性。

1 带隙基准源工作原理由于带隙电压基准源能够实现高电源抑制比和低温度系数，是目前各种基准电压源电路中性能最佳的基准源电路。

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电流通过Q5、Q6的电流镜拷贝输出，R2作为负载和Q3一起将PTAT电流转化为电压输出，电路所有的三极管都为二极管连接方式。

1-1传统带隙基准源1.1研究方案带隙基准电压源的基本原理就是用具有正温度系数的PTAT电压与具有负温度系数的VBE 电压相叠加，从而形成低温度系数的输出电压。

高性能带隙基准电压源的研究与设计共3篇高性能带隙基准电压源的研究与设计1随着电子技术的不断发展，高性能带隙基准电压源的需求也越来越高，它在微电子领域和精密测量领域起到了举足轻重的作用。

因此，研究和设计高性能带隙基准电压源成为了当前热门的研究方向。

带隙基准电压的产生依靠于半导体的特性，其原理是利用半导体能带隙在两个不同的浓度的 pn 结中产生的不同的内建电压，将其采样并放大得到一个固定值的电压。

而带隙基准电压源作为一种重要的基础电路，可用于各种高精度的测量和仪器设备，例如温度计、电阻计、信号发生器等。

在高性能带隙基准电压源的研究中，首先需要考虑的是选择合适的半导体材料和器件。

当前，广泛应用的基准电压源大多采用硅和锗作为半导体材料，其次是氮化物和碳化物半导体。

而器件方面，常见的有温度补偿电阻、放大器、限流器等。

其次，在电路设计中，需要考虑到稳定性、精度和温度漂移等因素。

为了达到高可靠性和高精度的电路设计，通常采用多级放大、温度补偿和特殊的电路结构等技术手段。

例如，采用超微型技术可以有效提高器件的可靠性和精度，而微电子加工技术则可以制作出高度集成化的基准电压源，提高整个系统的稳定性和精度。

此外，高性能带隙基准电压源的应用范围广泛，除了在离线检测和测量设备中起到的作用，也广泛应用于无线通信和医疗设备中。

在医疗领域，基准电压源作为精密测量的基础，能够有效提高诊断和治疗的准确性和安全性。

综上所述，高性能带隙基准电压源的研究与设计是一项重要的课题，其应用领域广泛，发展前景广阔。

在未来的研究中，需要更加注重器件制造技术、电路设计和应用场景等方面的综合发展，为各种高精度仪器和设备的发展提供更加可靠和精确的基础支持。

高性能带隙基准电压源的研究与设计2随着微电子技术的发展，在电子系统中，高性能带隙基准电压源已经成为不可或缺的一部分。

它被广泛应用于模拟/数字转换器、电压控制振荡器、敏感分析仪器等高精度电路中。

高性能带隙基准电压源的设计涉及多个方面，例如带隙参考源、增益调节电路、降噪电路等。

基于工艺偏差的带隙基准电压源设计的开题报告1. 研究背景带隙基准电压源是现代电子学中广泛应用的一种关键元件，具有极高的精度和稳定性。

当前，常见的带隙基准电压源设计采用了一些经典的电路结构，例如温度补偿型、比例关系型和微电机型带隙基准电压源。

但是，这些电路结构均不考虑物理过程的不确定性和工艺变量对器件性能的影响，导致在实际制造中难以达到理论上的精度和稳定性。

在半导体微电子工艺技术越来越复杂的今天，工艺偏差是一个重要的问题，因为工艺偏差会引起器件性能的不确定性和变化。

因此，基于工艺偏差的带隙基准电压源设计是目前研究的重点之一。

2. 研究目的本文旨在研究基于工艺偏差的带隙基准电压源设计，通过深入探讨工艺偏差对带隙基准电压源性能的影响，并提出适用于工艺偏差的相关补偿技术，以提高带隙基准电压源的精度和稳定性。

3. 研究内容(1) 研究带隙基准电压源的基本原理和电路结构；(2) 分析器件工艺偏差对带隙基准电压源性能的影响；(3) 探索适用于工艺偏差的相关补偿技术；(4) 设计基于工艺偏差的带隙基准电压源样品电路，并进行实验验证；(5) 分析实验结果，评估所设计的带隙基准电压源性能的精度和稳定性。

4. 研究方法(1) 文献调研：对带隙基准电压源的基本原理、电路结构和工艺偏差的研究现状进行梳理和总结；(2) 理论分析：采用数学模型和仿真软件，分析器件工艺偏差对带隙基准电压源性能的影响；(3) 技术探索：探索适用于工艺偏差的相关补偿技术，提高带隙基准电压源的精度和稳定性；(4) 实验设计：设计基于工艺偏差的带隙基准电压源样品电路，并进行实验验证；(5) 结果分析：分析实验结果，评估所设计的带隙基准电压源性能的精度和稳定性。

5. 研究意义本研究可以为制造高精度、高稳定性带隙基准电压源提供有效的工艺偏差补偿技术，解决现有带隙基准电压源设计中存在的问题。

具体地说，本研究可以：(1) 为电子学领域提供高精度和高稳定性的带隙基准电压源元件，促进现代电子学技术的发展；(2) 推动半导体微电子工艺技术的发展，为微电子制造提供更高质量的设备和技术支持。

带隙基准电压源1. 引言带隙基准电压源（或称为带隙电压参考源）是集成电路设计中的关键模块之一。

它提供了一个稳定、精确的参考电压，用于校准其他模块的工作电压。

带隙基准电压源常用于模拟集成电路或传感器的校准、温度补偿等场景。

本文将介绍带隙基准电压源的工作原理、设计方法和常见应用。

2. 工作原理带隙基准电压源利用半导体材料的能带结构和温度特性实现电压的稳定。

它的基本原理是通过将两个与温度敏感度相反的元件串联（通常为PN结），使得温度系数互相抵消。

这样，温度变化对电压的影响将大大减小。

在带隙基准电压源中，常用的元件组合包括基准二极管和反向温度补偿二极管。

基准二极管利用了PN结的温度特性和电压偏置效应，实现了相对稳定的电压参考源。

而反向温度补偿二极管则通过调节电流和温度敏感度，来抵消基准二极管电压的温度漂移。

3. 设计方法设计带隙基准电压源需要考虑多个因素，包括温度系数、稳定性、功耗等。

以下是常见的设计方法：3.1 电流源设计带隙基准电压源需要一个稳定的电流源来提供工作电流。

常见的电流源包括简单的电阻、电流镜等。

电流源的选择要考虑稳定性、温度系数以及功耗等因素。

3.2 温度补偿为了抵消温度变化对电压的影响，需要引入一个反向温度补偿二极管。

这个二极管的电流和温度系数需要和基准二极管匹配，以实现温度补偿效果。

常见的方法包括调节电流和温度敏感度，使得反向温度补偿二极管的温度变化与基准二极管的温度变化相互抵消。

3.3 输出缓冲带隙基准电压源的输出需要通过一个缓冲放大器来驱动其他模块。

缓冲放大器的选择要考虑输出电压范围、增益稳定性以及功耗等因素。

4. 常见应用带隙基准电压源在集成电路设计中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：4.1 ADC的参考电压源带隙基准电压源常用于ADC（模数转换器）的参考电压源。

ADC通常需要一个稳定的参考电压来将模拟输入转换为数字信号。

带隙基准电压源的稳定性和精度使得它成为理想的参考电压源。

低电压带隙基准电压源设计基准电压是数模混合电路设计中一个不可缺少的参数，而带隙基准电压源又是产生这个电压的最广泛的解决方案。

在大量手持设备应用的今天，低功耗的设计已成为现今电路设计的一大趋势。

随着CMOS 工艺尺寸的下降，数字电路的功耗和面积会显著下降，但电源电压的下降对模拟电路的设计提出新的挑战。

传统的带隙基准电压源结构不再适应电源电压的要求，所以，新的低电压设计方案应运而生。

本文采用一种低电压带隙基准结构。

在TSMC0．13μmCMOS工艺条件下完成，包括核心电路、运算放大器、偏置及启动电路的设计，并用Cadence Spectre对电路进行了仿真验证。

1 传统带隙基准电压源的工作原理传统带隙基准电压源的工作原理是利用两个温度系数相抵消来产生一个零温度系数的直流电压。

图1所示是传统的带隙基准电压源的核心部分的结构。

其中双极型晶体管Q2的面积是Q1的n倍。

假设运算放大器的增益足够高，在忽略电路失调的情况下，其输入端的电平近似相等，则有：VBE1=VBE2+IR1 (1)其中，VBE具有负温度系数，VT具有正温度系数，这样，通过调节n和R2/R1，就可以使Vref得到一个零温度系数的值。

一般在室温下，有：但在0．13μm的CMOS工艺下，低电压MOS管的供电电压在1．2 V左右，因此，传统的带隙基准电压源结构已不再适用。

2 低电源带隙基准电压源的工作原理低电源电压下的带隙基准电压源的核心思想与传统结构的带隙基准相同，也是借助工艺参数随温度变化的特性来产生正负两种温度系数的电压，从而达到零温度系数的目的。

图2所示是低电压下带隙基准电压源的核心部分电路，包括基准电压产生部分和启动电路部分。

2．1 带隙基准源电路由于放大器的输入端电平近似相等，故由电流镜像原理可得到如下等式：这样，适当选择R2/R1、R2/R3以及n的值，即可得到低电源电压下的基准电平。

基于版图的设计考虑，可选择n为8，这样可以更好地实现三极管的匹配，减小误差。

0 引言基准电压是集成电路设计中的一个重要部分，特别是在高精度电压比较器、数据采集系统以及A／D和D／A转换器等中，基准电压随温度和电源电压波动而产生的变化将直接影响到整个系统的性能。

因此，在高精度的应用场合，拥有一个具有低温度系数、高电源电压抑制的基准电压是整个系统设计的前提。

传统带隙基准由于仅对晶体管基一射极电压进行一阶的温度补偿，忽略了曲率系数的影响，产生的基准电压和温度仍然有较大的相干性，所以输出电压温度特性一般在20 ppm／℃以上，无法满足高精度的需要。

基于以上的要求，在此设计一种适合高精度应用场合的基准电压源。

在传统带隙基准的基础上利用工作在亚阈值区MOS管电流的指数特性，提出一种新型二阶曲率补偿方法。

同时，为了尽可能减少电源电压波动对基准电压的影响，在设计中除了对带隙电路的镜相电流源采用cascode结构外还增加了高增益反馈回路。

在此，对电路原理进行了详细的阐述，并针对版图设计中应该的注意问题进行了说明，最后给出了后仿真结果。

l 电路设计1．1 传统带隙基准分析通常带隙基准电压是通过PTAT电压和CTAT电压相加来获得的。

由于双极型晶体管的基一射极电压Vbe 呈负温度系数，而偏置在相同电流下不同面积的双极型晶体管的基一射极电压之差呈正温度系数，在两者温度系数相同的情况下将二者相加就得到一个与温度无关的基准电压。

传统带隙电路结构如图1所示，其中Q2的发射极面积为Q1和Q3的m倍，流过Q1～Q3的电流相等，运算放大器工作在反馈状态，以A，B两点为输入，驱动Q1和Q2的电流源，使A，B两点稳定在近似相等的电压上。

假设流过Q1的电流为J，有：由于式(5)中的第一项具有负温度系数，第二项具有正温度系数，通过调整m值使两项具有大小相同而方向相反的温度系数，从而得到一个与温度无关的电压。

理想情况下，输出电压与电源无关。

然而，标准工艺下晶体管基一射极电压Vbe随温度的变化并非是纯线性的，而且由于器件的非理想性，输出电压也会受到电源电压波动的影响。

一种低功耗多输出带隙电压基准源电路的设计低功耗多输出带隙电压基准源电路是一种用于提供稳定、准确的参考电压的电路。

它通常由一个基准电源、一个带隙电压参考电路和多个输出电压源组成。

设计一个低功耗多输出带隙电压基准源电路，需要以下步骤：
2.设计带隙电压参考电路：带隙电压参考电路是产生稳定的参考电压的关键部分。

它通常由一个基准电流源、一个带隙电压比较电路和一个负反馈放大器组成。

a.基准电流源：基准电流源是一个恒流源，它提供稳定的恒定电流，用于带隙电压比较电路。

b.带隙电压比较电路：带隙电压比较电路是一个精确的比较器，用于产生一个与基准电压成比例的电压。

c.负反馈放大器：负反馈放大器用于将带隙电压比较电路的输出电压放大并修正，使其达到精确和稳定的参考电压。

3.设计多个输出电压源：多个输出电压源是该电路的关键部分，它可以同时提供多个不同电压的输出。

a.选择适当的分压电阻：采用分压电阻可以将参考电压分成多个不同的电压。

选择适当的分压电阻可以确保输出电压的准确性和稳定性。

b.使用稳压电路：为了确保输出电压的稳定性，可以使用稳压电路，例如稳压二极管或者稳压器件。

4.进行仿真和测试：设计完成后，进行电路仿真和测试。

通过仿真和测试，可以验证电路的性能和输出电压的准确性和稳定性。

通过以上步骤，可以设计出一种低功耗多输出带隙电压基准源电路。

这种电路可以稳定地提供多个不同的输出电压，具有较低的功耗和较高的精度。

这种电路广泛应用于各种需要稳定和准确参考电压的场合，例如模拟电路、传感器电路等。

带隙基准电压源电路设计英文回答：Bandgap Voltage Reference Circuit Design.Bandgap voltage reference circuits are a critical component in many electronic systems, providing a stableand accurate voltage reference against which other circuits can be calibrated. They are particularly useful in applications where low power consumption, a wide operating temperature range, and high accuracy are required.The design of a bandgap voltage reference circuit typically involves the following steps:Choosing a suitable bandgap voltage: The bandgap voltage is the voltage difference between the base and emitter of a bipolar junction transistor (BJT) operating in the forward-active region. It is typically around 1.2 V at room temperature and has a positive temperature coefficient,meaning that it increases with increasing temperature.Designing a temperature-compensated circuit: The temperature dependence of the bandgap voltage can be compensated by using a combination of BJTs, resistors, and capacitors. The goal is to create a circuit that has a constant output voltage over a wide temperature range.Adding additional features: Depending on the specific application, additional features such as low-power operation, low noise, or voltage trimming may be required. These features can be implemented using additionalcircuitry or by carefully choosing the components used in the design.中文回答：带隙基准电压源电路设计。

基于汽车环境的带隙基准电压源的设计1 引言带隙基准电压源广泛应用于A／D 转换器、D／A 转换器、集成稳压器以及传感器接口电路。

随着电路系统的大规模化和SOC 的发展，系统设计对带隙基准电压源的温度、电压、工艺稳定性、电路板面积要求较高。

尤其是汽车电子行业对芯片的集成度，电源稳定性和安全性都提出较高要求。

在分析传统基准电压源和论证曲率补偿技术的基础上，提出了一种适用于汽车ABS 轮速传感器接口的带隙基准电压源电路设计方案。

考虑到汽车运行时温差大、噪声多、路况坏等环境因素，未采用结构复杂的运算放大器，而使用一阶曲率补偿技术，这样在很大程度上提高了电压源的稳定性和抗干扰能力，使用成熟的Bipolar 工艺可有效降低器件的损坏率。

该设计还引入启动电路，解决了传统带隙基准电压源附加功耗较大等问题。

运用了Cadence Spectre 工具对电路仿真，结果表明，该设计完全达到汽车电子要求，具有较高的实用价值。

2带隙基准原理带隙基准输出稳定的直流电压，并且该直流电压对温度和电源电压不敏感。

集成电路通常采用温度系数相反且与电源电压无关的标准电压，这两个标准电压通过相互补偿实现元件间匹配和温度跟踪。

图l 给出典型二管带隙基准源电路，该电路利用VN1、VN2 管的有效发射结面积比和电阻R1、R2 的阻值比来获取接近零温度系数的基准源。

电路中，两个相同的晶体管VP1 和VP2 构成的PNP 恒流源可作为VN1、VN2 晶体管的集电极有源负载，晶体管VN2 提供基极一发射极电压(UBE)，电阻R1 上产生电压△UBE。

由于IE1=IE2，则：式中：△UBE=Ut1n[(IEl／AE1)/(IE2/AE2)]=Utln(J1/J2)；J 为电流密度，J=I／A；AEl 和AE2 为发射结有效面积。

由于IE1=IE2，J 与温度无关，所以：。

带隙基准电压的设计王旭 113163一、设计指标VDD=3V~6V Vref =1.27V PPM<20ppm/℃二、电路原理图三、原理分析1、核心思想：利用PTA T 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：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。

因而有： R In n12TI V VEB 2-VEB 1VR1===REF VV Vαβ+-=⋅+⋅exp()C S BE T I I V V =T VkT 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 ∂∂≈-︒12BE BE BE V V V ∆=-0012ln ln ln T T T s s nI I V V V n I 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+=当 时 V VT026.0=可推得 REF V =1.197V3、调试分析采用管子的宽长比如下图暂且设置电阻R1=26K ,R2=230K ，晶体管1并联为7，晶体管2、3均设置为1. 初次运行结果如下图750BEV mV ≈300T K =由此可见随着温度的升高，参考电压在减小，说明正温度系数过小，应该正大电阻R2、R1的比值，进一步调试，将R2的值设为变量，扫描从230K到460K的最佳图形，运行得到下图：由上图可知在R2=460K的时候参考电压变化较小，进一步缩小R2扫描范围，从400K到460K仿真得到下图：经过PPM计算得到如下图的结果PPM值已接近指标要求，但是输出电压高于指标要求，进一步分析发现，为减小输出电压，应减小M8管的宽长比，提高其过驱动电压，为此经过反复调试，最终确定M8管的W=1.1um,L=625nm,进一步调整R2扫描范围从520K到540K，仿真结果如下：经过计算PPM值得到如下结果：由图可见PPM值在R2=525K时PPM值最小为18.28，为进一步得到最佳结果，采用优化处理，优化处理后仿真得到如下结果：由上图可知在R2=524.8K时，得到最佳PPM值为18.02，基本符合指标要求。