cmos基准电压源电路的设计(附件)【字数：8883】
摘 要在很多的集成电路中，基准电压源是常用的一种基准源。很多的电子产品中都能发现基准电压源的存在。它可以给A/D和D/A转化器提供相应的基准电压，并且基准电压源的性能非常不错，能提高整个系统的稳定性，它的特征尺寸较小，能更好地适用于集成电路。如今，集成电路飞速发展，基准源的精度要求也不断地提高。基准电压源又能分为低电源电压的基准电压源、低功耗的基准电压源和高电源抑制比的基准电压源，它具有温度系数、功耗和电源抑制比等性能等参数。一开始先研究基准电压源和它发展状况，并讲述它的历史背景以及它在集成电路中的重要作用。紧接着开始研究基准源，主要是介绍一下基准电压源的一些基本原理和它的常见结构，并且研究分析了它的设计指标。接下来在重点剖析基准电压源的原理内容，并对于器件在亚阈值区进行了研究，分析了器件在亚阈值区的I-V特性和阈值电压，进一步阐释了正负温度系数的产生方法，以及阐明了VBE的温度特性，然后设计出一种CMOS基准电压源电路。结尾用CADENCE仿真工具对设计出的CMOS基准电压源电路进行了仿真,并对仿真波形图进行分析，以及总结了分析结果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文的研究意义 1
1.2国内外研究现状与发展趋势 1
1.3本文的工作安排 2
第二章 基准电压源的原理 3
2.1基准电压源的基本原理及常见结构 3
2.1.1基准电压源的基本原理 3
2.1.2采用电阻和管分压的基准电压源 3
2.1.3电阻与有源器件串联而成的基准电压源 4
2.1.4带隙基准电压源 5
2.2基准电压源电路的设计指标 6
第三章 CMOS基准电压源电路的设计 8
3.1亚阈值区的器件特性 8
3.1.1亚阈值基准电压源 8
3.1.2亚阈值区器件的IV特性 9
3.1.3晶体管的阈值电压 10
3.2正负温度产生方法 10
3.2.1正温度系数电压 11
3.2.2负温度系数电压 11
3.3VBE的温度特性 12
3.4 CMOS基准电压源电路的设计 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> 第四章 电路仿真分析 16
4.1仿真工具CADENCE介绍 16
4.2仿真分析 16
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
附录A CMOS基准电压源电路图 24
附录B仿真波形图 25
第一章 绪论
本文一开始说明了此次论文的研究意义，并进一步阐明了如今基准源在现实生活中的发展现状和它的发展趋势。基准电压源的性能好坏会影响电路的稳定性能。
论文的研究意义
近些年来，各种各样的便携式电子产品飞速发展，也飞速的在人们的日常生活中大量普及，人们对于这些产品性价比的期望也不断地提高，从而对产品内部系统的性能要求也提升了标准。如今CMOS工艺技术的工艺特征尺寸地不断减小，基准电路中的器件的失配不断增大，以及工艺漂流对于输出基准电压的稳定性有着极大的影响，从而使得精确模拟电路的设计极具挑战性[2]。
现在电子技术飞速发展，一些较常用的集成电路大多用双极性工艺和CMOS工艺方法来制作。双极性工艺的功耗大较适用于高速电路的设计；而CMOS工艺功耗和器件面积小、集成密度大。在本文采用CMOS工艺，采用工作在亚阈值区MOS晶体管，从而解决双极型晶体管在深亚微米工艺阶段所碰到的问题[5]。
国内外研究现状与发展趋势
基准电压源作为模拟集成电路中的重要IP模块，它具有高精度、高稳定性的优点，且不随电源电压、工艺参数、环境温度、噪声等因素变化而变化。在过去，常使用反向击穿的二极管作为基准电压源。基准电压源经历了一个漫长的发展历程。
1901年，开始用电池作为基准电压源。
1964年，Hilbiber使用两种相反温度特性的电压之差，得到了一个不受温度影响的输出电压，并且这个电路的输出基准电压有着很高的温度稳定性，但是需要很高的电源电压。
1965年，Widlar研究发现双极晶体管基极发射极之间的电压差与绝对温度是正比关系。
1971年，Widlar又提出与温度无关的基准带隙电压源电路设计的思想。
1974年，Paul Brokaw改进了带隙基准电压源，并提高了它的精度。
1979年，Tzanateas等人提出了一种工作在亚阈值区的低功耗CMOS带隙电压基准源。
1993年，Gunawan采用Bipolar工艺制出一种低压结构的带隙基准源。
1994年，Lee设计出一种指数型曲率补偿的BiCMOS带隙基准源。
1999年，Banba等人设计出电流模式带隙基准电压源电路；Annema 等人设计出可在较低电源电压模式下工作的低压带隙基准电压源，其具有良好的性能参数，但是成本较高。
2001年，Pierazzi Andrea设计出一种基于数字CMOS工艺的低压基准源电路。同年，Filanovsky实现了全CMOS基准电压源电路的设计。
近几年来，亚微米、深亚微米和SOC的技术日渐成熟，对基准电压源电路也做了越来越多的研究[11]。
（1）低电源电压基准电压源
对于带隙电压低于1.2V左右电压的基准电路，可以调节成电流模式、改进核心电路的放大结构或采用反馈电路。
（2）低功耗的基准电压源
通过将MOS晶体管偏置在亚阈值区来降低电路功耗；也可采用浮栅MOS器件来降低电路功耗，但此方法成本比较高。
（3）高电源抑制比基准电压源
在SOC系统中，可采用共源共栅电流镜或通过亚阈值MOS晶体管的栅源电压来实现，也可采用特殊电路代替电源直供电等方法。
1.3本文的工作安排
设计一种CMOS基准电压源电路，本文第一步研究基准电压源电路的工作原理和设计要点，再设计出CMOS基准电压源电路，然后使用仿真工具CADENCE仿真分析，最终分析设计出相应电路。本文的主要内容如下：
（1）介绍基准电压源电路的现状、发展趋势以及本课题的研究意义；
（2）重点分析基准电压源电路的工作原理、设计指标；
（3）进行设计CMOS基准电压源电路以及分析；
（4）进行电路的仿真分析；
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文的研究意义 1
1.2国内外研究现状与发展趋势 1
1.3本文的工作安排 2
第二章 基准电压源的原理 3
2.1基准电压源的基本原理及常见结构 3
2.1.1基准电压源的基本原理 3
2.1.2采用电阻和管分压的基准电压源 3
2.1.3电阻与有源器件串联而成的基准电压源 4
2.1.4带隙基准电压源 5
2.2基准电压源电路的设计指标 6
第三章 CMOS基准电压源电路的设计 8
3.1亚阈值区的器件特性 8
3.1.1亚阈值基准电压源 8
3.1.2亚阈值区器件的IV特性 9
3.1.3晶体管的阈值电压 10
3.2正负温度产生方法 10
3.2.1正温度系数电压 11
3.2.2负温度系数电压 11
3.3VBE的温度特性 12
3.4 CMOS基准电压源电路的设计 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> 第四章 电路仿真分析 16
4.1仿真工具CADENCE介绍 16
4.2仿真分析 16
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
附录A CMOS基准电压源电路图 24
附录B仿真波形图 25
第一章 绪论
本文一开始说明了此次论文的研究意义，并进一步阐明了如今基准源在现实生活中的发展现状和它的发展趋势。基准电压源的性能好坏会影响电路的稳定性能。
论文的研究意义
近些年来，各种各样的便携式电子产品飞速发展，也飞速的在人们的日常生活中大量普及，人们对于这些产品性价比的期望也不断地提高，从而对产品内部系统的性能要求也提升了标准。如今CMOS工艺技术的工艺特征尺寸地不断减小，基准电路中的器件的失配不断增大，以及工艺漂流对于输出基准电压的稳定性有着极大的影响，从而使得精确模拟电路的设计极具挑战性[2]。
现在电子技术飞速发展，一些较常用的集成电路大多用双极性工艺和CMOS工艺方法来制作。双极性工艺的功耗大较适用于高速电路的设计；而CMOS工艺功耗和器件面积小、集成密度大。在本文采用CMOS工艺，采用工作在亚阈值区MOS晶体管，从而解决双极型晶体管在深亚微米工艺阶段所碰到的问题[5]。
国内外研究现状与发展趋势
基准电压源作为模拟集成电路中的重要IP模块，它具有高精度、高稳定性的优点，且不随电源电压、工艺参数、环境温度、噪声等因素变化而变化。在过去，常使用反向击穿的二极管作为基准电压源。基准电压源经历了一个漫长的发展历程。
1901年，开始用电池作为基准电压源。
1964年，Hilbiber使用两种相反温度特性的电压之差，得到了一个不受温度影响的输出电压，并且这个电路的输出基准电压有着很高的温度稳定性，但是需要很高的电源电压。
1965年，Widlar研究发现双极晶体管基极发射极之间的电压差与绝对温度是正比关系。
1971年，Widlar又提出与温度无关的基准带隙电压源电路设计的思想。
1974年，Paul Brokaw改进了带隙基准电压源，并提高了它的精度。
1979年，Tzanateas等人提出了一种工作在亚阈值区的低功耗CMOS带隙电压基准源。
1993年，Gunawan采用Bipolar工艺制出一种低压结构的带隙基准源。
1994年，Lee设计出一种指数型曲率补偿的BiCMOS带隙基准源。
1999年，Banba等人设计出电流模式带隙基准电压源电路；Annema 等人设计出可在较低电源电压模式下工作的低压带隙基准电压源，其具有良好的性能参数，但是成本较高。
2001年，Pierazzi Andrea设计出一种基于数字CMOS工艺的低压基准源电路。同年，Filanovsky实现了全CMOS基准电压源电路的设计。
近几年来，亚微米、深亚微米和SOC的技术日渐成熟，对基准电压源电路也做了越来越多的研究[11]。
（1）低电源电压基准电压源
对于带隙电压低于1.2V左右电压的基准电路，可以调节成电流模式、改进核心电路的放大结构或采用反馈电路。
（2）低功耗的基准电压源
通过将MOS晶体管偏置在亚阈值区来降低电路功耗；也可采用浮栅MOS器件来降低电路功耗，但此方法成本比较高。
（3）高电源抑制比基准电压源
在SOC系统中，可采用共源共栅电流镜或通过亚阈值MOS晶体管的栅源电压来实现，也可采用特殊电路代替电源直供电等方法。
1.3本文的工作安排
设计一种CMOS基准电压源电路，本文第一步研究基准电压源电路的工作原理和设计要点，再设计出CMOS基准电压源电路，然后使用仿真工具CADENCE仿真分析，最终分析设计出相应电路。本文的主要内容如下：
（1）介绍基准电压源电路的现状、发展趋势以及本课题的研究意义；
（2）重点分析基准电压源电路的工作原理、设计指标；
（3）进行设计CMOS基准电压源电路以及分析；
（4）进行电路的仿真分析；
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