cmos带隙基准源的设计与仿真(附件)【字数：7215】
摘 要基准电压源是模拟集成电路设计中的重要模块。本毕业设计，首先对带隙基准源的研究背景以及研究现状进行探究，研究了带隙基准电压源的基本原理，探究了经典的电路结构，然后对带隙基准源的技术指标，譬如电源电压调整率、电源抑制比PSRR、温度系数等进行了研究。在此基础上参考经典的带隙基准结构设计了简单的电路，通过估算确定设计的指标，并在学习如何应用Cadence仿真软件的基础上，使用Cadence软件对设计的电路进行仿真，最后对仿真波形进行分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 1
1.3本文主要内容 2
第二章 基准电压源的电路和原理 3
2.1 传统基准源 3
2.2带隙基准源的基本原理 3
2.2.1双极晶体管的正温度系数电压 5
2.2.2双极晶体管的负温度系数电压 5
2.3 带隙基准源的几种结构 6
2.4 VBE的温度特性 8
2.5 曲率校正方法 10
2.5.1线性补偿 10
2.5.2高阶补偿 11
第三章 设计与仿真过程 13
3.1 Cadence软件使用方法 13
3.2 带隙基准电压源的设计 17
3.2.1 带隙基准电压源的整体电路设计 17
3.2.2 运算放大器电路结构及其器件确定 19
3.3 带隙基准电压源的仿真 22
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景
基准电压源(Voltage Reference)在电路中的作用十分重要。而今越来越多的集成电路芯片中，也运用了基准源，伴随集成电路规模的扩大，凭借逐渐纯熟的片上技术（SOC），基准源的性能指标也得到大幅提升，发展至今，成为了不可或缺的基本电路模块。
基准电压源所产生的高精度的基准电压，使得其所在的系统性能能够稳定够，正是这一原因，使得它一些对电压要求较高的系统中表现出色。当外部环境条件，譬如工艺、温度、负载等发生变化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
时，由于有基准电压源的存在，整体系统能稳定运行。
另外，基准电压源也可作为测量和校准的基准，尤其是一些精密测量仪器仪表，包括现今非常热门的通信行业，一些数字系统中也都有它的身影。这般看来，基准电压源在IC领域的地位已不同凡响，甚至一个电子系统的性能和精度的优良与否，直接与基准源的精度有关。
在数字信号处理技术日益发达的年代，相对的也需要更高要求的模拟 IC 设计。基准源得到了越来越广泛的应用，高精度的基准源对于设计实现一个性能良好的模拟电路和模数转换电路是至关重要的。而在这样一种情况下，为了降低成本，提升性能，基于CMOS工艺的各种高精度模拟电路开始受到了人们重视，其开发与运用前景是十分广阔的。
1.2研究现状
在稳压二极管原理被大众所熟知之时，传统的基准源应运而生，但是它存在一个问题，就是现在电路所使用的电源电压，不足以满足它的击穿特性，所以传统基准源也已不在常用了。在二十世纪七十年代初，有人提出了一种新的基准电压源概念，以他的设计思路得到的就是带隙基准电压源。带隙基准电压源的精度、稳定性、功耗以及能否满足电路对电压要求方面的优点，使它取代了传统基准源。而今越来越多的集成电路（IC）已经离不开它了，这些电路也是在许许多多的领域有着出色的表现，军事、通讯、汽车电子由于它的存在，技术水平也是日新月异。
在微电子技术不断发展的今天，集成电路制作工艺也显得无比重要，常用的有双极型工艺和CMOS工艺两种。前者也是较早成熟的工艺，但由于制造的器件存在功耗较大的缺陷，即使它的电路器件速度较快，但也仅仅只能在高速电路设计中起作用。而CMOS工艺技术的发展，也是致使采用这一工艺的电路优点突现了出来，十分符合当代超大规模集成电路(VLSI）的设计思想，即功耗低，器件面积小，集成度高的特点。
1.3本文主要内容
本文将首先对CMOS带隙基准源的原理和典型结构进行研究分析，对CMOS带隙基准源的常用技术指标，如电压源调整率、电源抑制比（PSRR）、温度系数等进行探究，再着手于学习Cadence集成电路设计仿真软件的使用方法，然后应用Cadence软件对电路进行模拟仿真。本文的主要内容如下：
1）学习使用Cadence集成电路设计仿真软件，设计和仿真带隙基准源电路；
2）研究各种CMOS带隙基准源的原理和典型结构；
3）研究CMOS带隙基准源的常用技术指标，包含电源电压调整率、电源抑制比PSRR、温度系数等相关概念；
4）采用Cadence设计CMOS带隙基准源电路，确定电路中详细的结构参数，并进行仿真。
第二章 基准电压源的电路和原理
2.1 传统基准源
如图21是传统基准电压源的结构。
/ /
电阻分压式 (b)管分压式
图 21 传统的基准电压源结构
对图21(a)，有
式(21)
式(22)
对图21（b），有
式(23)
上式里，。当，，，这样一来输出的基准电压VREF受电源电压和温度的影响会很大，所以它的应用受到很大的限制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 1
1.3本文主要内容 2
第二章 基准电压源的电路和原理 3
2.1 传统基准源 3
2.2带隙基准源的基本原理 3
2.2.1双极晶体管的正温度系数电压 5
2.2.2双极晶体管的负温度系数电压 5
2.3 带隙基准源的几种结构 6
2.4 VBE的温度特性 8
2.5 曲率校正方法 10
2.5.1线性补偿 10
2.5.2高阶补偿 11
第三章 设计与仿真过程 13
3.1 Cadence软件使用方法 13
3.2 带隙基准电压源的设计 17
3.2.1 带隙基准电压源的整体电路设计 17
3.2.2 运算放大器电路结构及其器件确定 19
3.3 带隙基准电压源的仿真 22
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景
基准电压源(Voltage Reference)在电路中的作用十分重要。而今越来越多的集成电路芯片中，也运用了基准源，伴随集成电路规模的扩大，凭借逐渐纯熟的片上技术（SOC），基准源的性能指标也得到大幅提升，发展至今，成为了不可或缺的基本电路模块。
基准电压源所产生的高精度的基准电压，使得其所在的系统性能能够稳定够，正是这一原因，使得它一些对电压要求较高的系统中表现出色。当外部环境条件，譬如工艺、温度、负载等发生变化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
时，由于有基准电压源的存在，整体系统能稳定运行。
另外，基准电压源也可作为测量和校准的基准，尤其是一些精密测量仪器仪表，包括现今非常热门的通信行业，一些数字系统中也都有它的身影。这般看来，基准电压源在IC领域的地位已不同凡响，甚至一个电子系统的性能和精度的优良与否，直接与基准源的精度有关。
在数字信号处理技术日益发达的年代，相对的也需要更高要求的模拟 IC 设计。基准源得到了越来越广泛的应用，高精度的基准源对于设计实现一个性能良好的模拟电路和模数转换电路是至关重要的。而在这样一种情况下，为了降低成本，提升性能，基于CMOS工艺的各种高精度模拟电路开始受到了人们重视，其开发与运用前景是十分广阔的。
1.2研究现状
在稳压二极管原理被大众所熟知之时，传统的基准源应运而生，但是它存在一个问题，就是现在电路所使用的电源电压，不足以满足它的击穿特性，所以传统基准源也已不在常用了。在二十世纪七十年代初，有人提出了一种新的基准电压源概念，以他的设计思路得到的就是带隙基准电压源。带隙基准电压源的精度、稳定性、功耗以及能否满足电路对电压要求方面的优点，使它取代了传统基准源。而今越来越多的集成电路（IC）已经离不开它了，这些电路也是在许许多多的领域有着出色的表现，军事、通讯、汽车电子由于它的存在，技术水平也是日新月异。
在微电子技术不断发展的今天，集成电路制作工艺也显得无比重要，常用的有双极型工艺和CMOS工艺两种。前者也是较早成熟的工艺，但由于制造的器件存在功耗较大的缺陷，即使它的电路器件速度较快，但也仅仅只能在高速电路设计中起作用。而CMOS工艺技术的发展，也是致使采用这一工艺的电路优点突现了出来，十分符合当代超大规模集成电路(VLSI）的设计思想，即功耗低，器件面积小，集成度高的特点。
1.3本文主要内容
本文将首先对CMOS带隙基准源的原理和典型结构进行研究分析，对CMOS带隙基准源的常用技术指标，如电压源调整率、电源抑制比（PSRR）、温度系数等进行探究，再着手于学习Cadence集成电路设计仿真软件的使用方法，然后应用Cadence软件对电路进行模拟仿真。本文的主要内容如下：
1）学习使用Cadence集成电路设计仿真软件，设计和仿真带隙基准源电路；
2）研究各种CMOS带隙基准源的原理和典型结构；
3）研究CMOS带隙基准源的常用技术指标，包含电源电压调整率、电源抑制比PSRR、温度系数等相关概念；
4）采用Cadence设计CMOS带隙基准源电路，确定电路中详细的结构参数，并进行仿真。
第二章 基准电压源的电路和原理
2.1 传统基准源
如图21是传统基准电压源的结构。
/ /
电阻分压式 (b)管分压式
图 21 传统的基准电压源结构
对图21(a)，有
式(21)
式(22)
对图21（b），有
式(23)
上式里，。当，，，这样一来输出的基准电压VREF受电源电压和温度的影响会很大，所以它的应用受到很大的限制。
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