无运放带隙基准电路设计

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带隙基准电路设计要点

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 。

最新带隙基准源电路与版图设计

论文题目：带隙基准源电路与版图设计摘要基准电压源具有相对较高的精度和稳定度，它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。

模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或者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，可见基准源是子电路不可或缺的一部分，因此性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一，而集成电路版图是为了实现集成电路设计的输出。

本文的主要目的是用BiCMOS工艺设计出基准源电路的版图并对其进行验证。

本文首先介绍了基准电压源的背景发展趋势及研究意义，然后简单介绍了基准电压源电路的结构及工作原理。

接着主要介绍了版图的设计，验证工具及对设计的版图进行验证。

本设计采用40V的0.5u BiCMOS工艺库设计并绘制版图。

仿真结果表明，设计的基准电压源温度变化为-40℃~~85℃，输出电压为2.5V及1.25V。

最后对用Diva 验证工具对版图进行了DRC和LVS验证，并通过验证，表明本次设计的版图符合要求。

关键字：BiCMOS，基准电压源，温度系数，版图Subject: Research and Layout Design Of Bandgap ReferenceSpecialty: MicroelectronicsName: Zhong Ting (Signature)＿＿＿＿Instructor: Liu Shulin (Signature)＿＿＿＿ABSTRACTThe reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in order to get the bias has nothing to do with power, or in order to be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of all electronic systems the most basic and critical requirements of one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified.This paper first introduces the background of the trends and significance of the reference voltage source, and then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory.This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process database design and draw the layout.The simulation results show that the design of voltage reference temperature of -40 ° C ~ ~ 85 ° C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territory of the design meet the requirements.Keywords: BiCMOS，band gap , temperature coefficient, layout目录1 绪论 (1)1.1 背景介绍及发展趋势 (1)1.2 研究意义 (3)1.3 本文主要工作 (4)2 基准电压源电路设计 (5)2.1 基准电压源的分类及特点 (5)2.2 基准电压源的温度特性 (7)2.2.1 负温度系数项V (7)BE2.2.2 正温度系数电压 (7)2.3 基本原理 (8)2.3.1 与温度无关的电路 (8)2.3.2.与电源无关的偏置电路 (8)2.4 基准电压源电路设计 (9)2.4.1 基本原理 (9)2.4.2 运放的设计 (10)2.4.3 带隙核心电路设计 (13)2.5 仿真分析 (14)3 版图设计 (19)3．1 版图设计的基础 (19)3.1.1 集成电路版图设计与掩膜版、制造工艺的关系 (19)3.1.2 版图设计的设计规则 (19)3.1.3 版图通用设计步骤 (22)3.2工艺介绍 (23)3.2.1 常见工艺简介 (23)3.2.2 BiCMOS工艺 (25)3.3 带隙基准电路的版图设计 (28)3.3.1 版图的分层及连接 (28)3.3.2 版图设计环境介绍 (29)3.3.3 器件及总体版图 (29)4 版图验证 (39)4.1 版图验证概述 (39)4.2 验证工具介绍 (38)4.2.1 Cadence概述 (38)4.2.2 Diva使用介绍 (39)4.3 版图的DRC验证 (43)4.4 版图的LVS验证 (43)5总结 (45)致谢 (48)参考文献 (49)1 绪论1.1 背景介绍及发展趋势基准源是模拟与数字系统中的核心模块之一，它被广泛应用于动态存储（DRAM）、闪存（flash memory）以及其他模拟器件中。

带隙基准电压源(Bandgap)设计范例

五. 输出输入信号线时序图
VIN 、ENB、 BIAS_EN 、BIAS2_EN 为输入信号，VREF 、 BIAS 、BIAS2 为输出信号。
图 1.3
BANDGAP 模块输入输出时序关系图
六. 等效架构图原理分析
BANDGAP 模块是一个带隙基准结构。带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无关的特性，利用△VBE 的正温度系数与双极型晶体管 VBE 的负温度系数相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。双极型晶体管提供发射极偏压 VBE；由两个晶体管之间的△VBE 产生 VT ，通过电阻网络将 VT 放大 a 倍；最后将两个电压相加，即 VREF=VBE+aVT ，适当选择放大倍数 a ，使两个电压的温度漂移相互抵消，从而可以得到在某一温度下为零温度系数的电压基准。下面详细推导这个原理。一般二极管上电流和电压的关系为：
Q12 和 Q19 的电流相等；R19、R20、R21 和二极管连接的 Q11 组成分压网络，将 Q12、Q19 产生的 ? VBE 放大（R19＋R20＋R21）/R21 倍后与 VBE11 相加，产生基准电压 VREF ；放大管 QX7 、Q18 和负载管 Q10 组成符合放大电路，将 IC19 和 IC12 的差值放大，反馈到分压网路中的 R21，从而调整 Q12、Q19 的工作点，保证 IC19 等于 IC12 ；电容 C2 和 R23 用来进行频率补偿。电流偏置 IBias2 产生电路（图 2(c)）：由 P39、Q3、R8 组成。Q3 的基极连接 VREF ，其射极电位即 R8 的一端电位 VEQ3＝VREF －VBEQ3，与电源电压无关，从而流过电阻 R8 的电流与电源无关，即 IBias2 与电源无关。 1．使能原理： ENB 高电平时，使能关断有效。当 ENB 为高电平时，使能管 N15、N18、 N17 工作，则 N19 的漏极电压、P8 的漏极电压、VREF 被拉到低电平，电路关断。 BIAS_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS2_EN 低电平时，使能管 P13 工作，P7、P1 的栅极即 Bias 为高电平，电流偏置为 0，同时，基准电压 VREF 为零电平。 BIAS2_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS_EN 低电平时，使能管 P34 工作，Bias2 为高电平，电流偏置 IBias2 为 0。 2．启动原理 P14、R15、N19、N16 组成启动电路。启动过程：ENB 为低电平，当未启动时，P7、P8 两支路的电流为 0，此时 P8 的漏极电压为 0 电位，N19 不通，N19 的漏极为高电位，此时 N16 管导通，形成从电源到地的通路 R12、P7、N16，使 P7 有电流流过，从而打破 0 电流的状态；之后 P8 漏极电位上升， N19 导通， N16 截止，启动过程结束。

带隙基准电路设计与仿真

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。

基于0.18μm的无电阻无运放低功耗带隙基准源设计

第１５卷，第１期
ＶＯｌ１５，Ｎ０．１
电子
与
封
装
总第１４１期
２０１５年１月
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ
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基于Ｏ．１８ｇｍ的无电阻无运放低功耗带隙基准源设计
李燕霞，龚敏，高博
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉ６ｅｒｓｂｎｄａｇａｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅＳＯＵｌ＇Ｃｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅ
ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｈｅｔｂａｎｄｇａｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎ．Ｕｓｉｎｇｓｅｌｆ－ｂｉａｓｅｄｄｅｓｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｏａｖｏｉｄｓｔａｒｔ — ｕｐｃｒｉｃｕｉｔ
ｎｄａｂｉａｓｃｉｒｃｕｉｔ，ａｌｌｔｈｅＭＯＳｔｒａｎｓｉｓｔｏｒａｒｅｗｏｒｋｉｎｇｎｉｔｈｅｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄｒｅｇｉｏｎｔｏａｃｈｉｅｖｅｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｄｅｓｉｎ，ｇｍａｋｉｎｇｈｅｔｗｈｏｌｅｃｉｒｃｕｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｐａｂｌｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇａｔａｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｏｆ１．２ａｌｓｏａｄｏｐｔｅｄｂｙｔｈｅＢＪＴｏｒｄｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃｏｍｐｏｓｅｄｉｍｐｒｏｖｅｄｒｉｆｔｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｃｒｃｉｕｉｔ．ｈｅＴｃｒｃｉｕｉｔｕｓｅｓＳＭＩＣＯ．１８ｐａｎＣＭＯＳｍｉｘｎｇｉｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌ￣ｓｈｏｗｈａｔｔｕｎｄｅｒ１．２Ｖｓｕｐｐｌｙｖｏｌａｇｔｅｂｅｔｗｅｅｎ－１０℃ ｔｏ１１０℃ ，ｈｅｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌａｇｔｅｉｓ５７９ｍＹ，ｄｒｉｔｆｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｏｆｏｎｌｙ８．４× １０一 ℃ １．ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｏｎｌｙ７４２ｎＷ．

带隙基准运放正负端变换

《带隙基准、运放和正负端变换的深度探讨》一、引言带隙基准、运放和正负端变换，这三个概念在电子工程领域中扮演着非常重要的角色。

它们分别代表着电路设计中的基准稳定性、信号放大和信号正负极性的转换，是电路设计中不可或缺的部分。

在本文中，我们将深入探讨这三个概念，逐步解读它们的核心原理和应用场景，为读者呈现一个全面的图景。

二、带隙基准的作用和原理1. 什么是带隙基准带隙基准是一种电路设计中常用的基准电压源，它能够提供一个稳定的电压，用于参考其他电路元件的工作电压。

带隙基准的特点是具有高稳定性和低温漂移，因此在精密电路设计中得到广泛应用。

2. 带隙基准的原理带隙基准的原理基于半导体材料的能带结构，在适当的电路设计下，通过带隙参考电路可以实现对稳定电压的产生。

带隙基准的稳定性很大程度上取决于半导体材料的特性，因此在设计中需要高度关注材料的选取和电路的稳定性设计。

三、运放的功用和特点1. 运放的作用运放是一种广泛用于信号放大和处理的电子元件，它能够将输入信号进行放大，并输出到其他电路中。

在电子系统中，运放通常用于放大微弱的传感器信号，使其能够被后续电路准确地处理。

2. 运放的特点运放具有高输入阻抗、低输出阻抗和大增益的特点，因此可以实现对输入信号的高精度放大。

运放还具有良好的温度稳定性和线性性，使其成为电子设计中不可或缺的部分。

四、正负端变换电路的设计和应用1. 正负端变换电路的设计原理正负端变换电路是一种将信号的正负极性进行转换的电路，通常用于需要反向输入信号的场合。

正负端变换电路的设计原理涉及到运算放大器的应用，通过适当的反相和非反相输入，可以实现信号的正负端变换。

2. 正负端变换电路的应用场景正负端变换电路在实际电路设计中有着广泛的应用场景，例如在测量电路中，当需要对输入信号的极性进行转换时，就可以使用正负端变换电路。

在自动控制系统和信号处理系统中，正负端变换电路也扮演着非常重要的角色。

五、总结与展望本文从带隙基准、运放和正负端变换三个方面对电路设计中的重要概念进行了深入探讨。

带隙基准电路的基本原理电路核心以及误差源和抑制比的分析

带隙基准电路的基本原理电路核心以及误差源和抑制
比的分析
近年来，由于集成电路的飞速发展，基准电压源在模拟集成电路、数模混合电路以及系统集成芯片(SOC)中都有着非常广泛的应用，对高新模拟电子技术的应用和发展也起着至关重要的作用，其精度和稳定性会直接影响整个系统的性能。

因此，设计一个好的基准源具有十分现实的意义。

1 带隙基准电路的基本原理
带隙基准电压源的目的是产生一个对温度变化保持恒定的量，由于双极型晶体管的基极电压VBE，其温度系数在室温(300 K)时大约为-2．2 mV／K，而2个具有不同电流密度的双极型晶体管的基极-发射极电压差VT，在室温时的温度系数为+0．086 mV／K，由于VT与VBE的电压温度系数相反，将其乘以合适的系数后，再与前者进行加权，从而在一定范围内抵消VBE的温度漂移特性，得到近似零温度漂移的输出电压VREF，这是带隙电压源的基本设计思想。

1．1 带隙基准电压源核心电路
本文提出的电路核心结构如图1所示，在电路中双极晶体管构成了电路的。

一种无需运放的低温漂带隙基准源设计

沈勇，解光军
２００）３０９（肥工业大学电子科学与应用物理学院，合安徽合肥
摘
要：文章依据带隙基准电压源的基本原理设计了一种低温漂的带隙基准源，与传统带隙基准相比，设所
１０℃范围内输出变化０
计的电压源未使用运放。该基准电源电路有较低的温度系数和较高的电源抑制比，此外还增加了启动电路，
Ａｓｒｃ：ａｅｎｔｅｂｓｃｔｅｒｆｂｎｇｐｖｌｇｅｅｅｃ，ａｂｎｇｐｒｆｒｎｅｗｉｏｔｍｐｒｔｒｂｔａｔＢｓｄｏｈａｉｈｏｙｏａｄａｏｔｅｒｆｒｎｅａｄａｅｅｅｃｔｌｗｅｅａｕｅａｈｌｔｒｐｓｄｏａｅｔｔｅｎｍｌｅ，ｈｒｎｍｐｉｒｏｈｒｓｎｎｇｐｒｆｒｎｅｔｆａｓｉｐｏｏｅ．Ｃｍｐｒｄｗｉｈｏｍｎｓｔｅｅｉｏａｌｅｒｔｅｐｅｅｔａｄａｅｅｅｃ．Ｉｏｓｈｏｓｉｆｆｂ
第３３卷第６期
２１００年６月
合肥＿７－业大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡｌＯＦＥＨＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ．３Ｎｏ６１３．
Ｊｎ００ｕ．２１
一
种无需运放 Hale Waihona Puke 低温漂带隙基准源设计
（ｃ ∞ ｌｏｅｔｏｉｃｅｃｎｐｉｄＰｈｓｃ，ＨｅｅｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，Ｈｅｅ３０９，Ｃｈｎ）ＳｈｆＥｌｃｒｎｃＳｉｎｅａｄＡｐｌｙｉｓｅｆｉＵｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇｆｉ２００ｉａ

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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。