基于0.5微米CMOS工艺的带隙基准电压源的分析与设计_硕士论文_学位论文
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基于0.5微米CMOS工艺的带隙基准电压源的分析与设计
关键词: &&
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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21世纪将是信息时代,而信息技术是国民经济的核心技术,他服务于国民经济各个领域,以通信和集成电路为基础的信息产业已成为国民经济最重要的先导和支柱产业,近年来我国通信与信息产业的迅速发展,直接带动了集成电路市场的大幅度增长,给全球信息产业注入了新的活力。[1]本论文研究的MAU器件采用符合IEC61158-2的曼彻斯特码技术,最大数据传输速率31.25 Kbit/s。[2]采用SMD housing MLeQ40封装,器件尺寸小。该MAU器件支持所有发送与接收功能,吸收总线上附加电源电流并具有高阻特性.采用两种稳压电源供电并允许电源具有电隔离。[3]本论文采用0.5微米CMOS工艺来设计。在整个集成电路中带隙基准电压源为整个系统提供电压或者将其提供的电压转化为电流,它的输出电压稳定且精准,受到芯片设计工程师的喜爱。它在模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路中都占有一席之地,发挥着自己的功能。带息基准电压源输出的电压稳定、精准,不受电源电压、室内温度、工艺条件的影响[4]论文中的带隙基准电压源采用基本的带隙基准的核心电路,输出基准电压经过电路,数模转换器得到放大后的电压,并为其他电路供电。产生带隙基准电压的电路由有源电流镜,共源共栅结构,,共源放大器,和源跟随器组成。采用Hspice对电路进行仿真,带隙基准电压源电路的版图均已完成并进行了DRC和LVS检查。电路的测试结果显示各模块均达到设计要求。
摘要&&4-5ABSTRACT&&5-11引言&&11-17&&0.1 课题提出背景及意义&&11-12&&0.2 国内外研究现状&&12-15&&&&0.2.1 高电源抑制比&&13&&&&0.2.2 低工作电压&&13-14&&&&0.2.3 低温度系数&&14&&&&0.2.4 低功耗&&14-15&&0.3 课题的目标和研究内容&&15&&&&0.3.1 课题的目标&&15&&&&0.3.2 课题的研究内容&&15&&0.4 软硬件及工艺环境&&15-16&&0.5 文章结构&&16-17第1章 0.5 微米 CMOS 工艺的 MAU 器件&&17-21&&1.1 MAU 器件的概述及各管脚的描述&&17-19&&&&1.1.1 MAU 器件的概述&&17&&&&1.1.2 MAU 器件的各管脚描述&&17-19&&&&1.1.3 MAU 器件的特性&&19&&1.2 MAU 器件的功能&&19-20&&1.3 MAU 器件典型应用&&20-21第2章 基准电压源基本理论与分析&&21-33&&2.1 基准源的指标&&21-23&&2.2 原理和结构&&23-33&&&&2.2.1 带隙基准电压源基本原理&&23-25&&&&2.2.2 带隙基准电压源结构[&&25-31&&&&2.2.3 两种结构的性能比较&&31-33第3章 带隙基准电压源的偏置电路&&33-45&&3.1 基于双极型技术的带隙基准源偏置电路&&33-40&&3.2 基于CMOS 技术的带隙基准源偏置电路&&40-45第4章 带隙基准电压源的设计&&45-58&&4.1 设计目标&&45-46&&4.2 带隙基准电压源设计思路&&46-54&&&&4.2.1 启动电路&&48-49&&&&4.2.2 核心电路&&49-51&&&&4.2.3 二级&&51-53&&&&4.2.4 偏置电路和环路补偿电路&&53-54&&4.3 影响电路性能的主要误差因素&&54-58&&&&4.3.1 电阻失配&&54&&&&4.3.2 电流镜失配&&54-55&&&&4.3.3 晶体管失配&&55&&&&4.3.4 电阻的温度系数&&55&&&&4.3.5 放大器的输入失调电压&&55-56&&&&4.3.6 其它因素&&56-58第5章 带隙基准电压源的电路仿真&&58-62&&5.1 仿真工具简介&&58&&5.2 仿真结果&&58-62&&&&5.2.1 直流分析&&58-59&&&&5.2.2 交流小信号分析&&59-60&&&&5.2.3 暂态分析&&60-62第6章 带隙基准电压源的版图设计&&62-67&&6.1 设计工具简介&&62&&6.2 基本单元&&62&&6.3 电路的版图设计&&62-67&&&&6.3.1 电阻&&63-64&&&&6.3.2 电容&&64&&&&6.3.3 Mos 管&&64-65&&&&6.3.4 三极管&&65-66&&&&6.3.5 数模转换模块&&66-67第7章 结论&&67-68致谢&&68-69参考文献&&69-72
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带隙基准源的设计
导读：《IC课程设计》报告――模拟部分，带隙基准源的设计，在对传统CMOS带隙电压基准源电路分析和总结的基础上，提出了一种27ppm/°C低压CMOS带隙电压基准源，采用差分放大器作为基准源的负反馈运放，简化了电路的设计，仿真结果证明了基准源具有低温度系数和高电源抑制比，1设计目标...................................，3.1电路结构设计...............《IC课程设计》报告
――模拟部分
带隙基准源的设计
要 在对传统CMOS带隙电压基准源电路分析和总结的基础上，综合一级温度补偿、电流反馈和电阻二次分压技术，提出了一种27ppm/°C低压CMOS带隙电压基准源。采用差分放大器作为基准源的负反馈运放，简化了电路的设计，放大器的输出用于产生自身的电流源偏置，提高了电源抑制比（PSRR）。最终电源抑制比为-56.48dB，静态功耗达到76uW。整个电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现，采用Hspice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；带隙电压基准源；低压；温度系数；电源抑制比 2 Abstract:
The design of 27ppm/°C CMOS bandgap voltage reference with low power supply in temperature compensation and current compensation technology is described in this paper. The differential amplifier is used for bandgap reference negative feedback amplifier,which simplifies circuit design. The biasing of the PMOS current source is derived from the output voltage of the amplifier,leading to a high power supply rejection(PSRR).The bandgap references were implemented in a standard 0. 18μm CMOS process.The entire circuit is simulated with HSPICE simulation tool, the result show low temperature coefficient and high PSRR as -56.48dB in this circuit. Key words:CMOSbandgtemperature PSRR
录 1设计目标........................................................................................................................................ 1 2相关背景知识 ................................................................................................................................ 1 3设计过程........................................................................................................................................ 7 3.1 电路结构设计 .................................................................................................................... 7 3.2 主要电路参数的手工推导 ................................................................................................ 9 3.3 参数验证（手工推导） .................................................................................................. 11 4 电路仿真..................................................................................................................................... 12 4.1 用于仿真的电路图 .......................................................................................................... 12 4.2 仿真网表 .......................................................................................................................... 15 4.3 仿真参数调整结果 .......................................................................................................... 21 4.4 仿真波形 .......................................................................................................................... 22 5 讨论 ............................................................................................................................................ 26 6 收获和建议 ................................................................................................................................. 27 参考文献......................................................................................................................................... 29 致谢 ................................................................................................................................................ 30
4 1设计目标 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（如与绝对温度成正比，PTAT）。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。 需设计的带隙电压基准性能指标如下： 正电源电压抑制比：48dB@100Hz 温漂：
≤150ppm/°C 静态功耗：
尽可能小 设计要求： (1) 利用PTAT电流产生基准电压，确定电路结构。 (2) 估算管子参数。 (3) 利用仿真软件验证，并优化达到要求。 2相关背景知识 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， 1 包含总结汇报、行业论文、表格模板、旅游景点、农林牧渔、求职职场、教学研究、计划方案、初中教育、自然科学以及带隙基准源的设计等内容。本文共7页
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