论文总字数：19533字

摘 要

基准电压源是集成电路中必不可少的模块，该电路的性能决定整个电路系统的精度。随着集成产业的飞速发展，人们对电子产品的追求也越来越高，使得电路系统更加复杂，同时对电路系统的稳定性和精度提出了更高的要求。因此，基准电压源的研究尤为重要。

本次课题以实现低温度系数、高电源电压抑制比的带隙基准电压源为设计研究的对象。核心理念：通过将两个具有相反温度系数的电压按一定的权重叠加，从而获得一个具有零温度系数的带隙基准电压源。该电路包括四个部分：电压偏置电路（bias）、基准电压源产生电路（Reference Circuit）、运算放大器（OTA）和启动电路。本文着重阐述了零温度系数电压产生电路和运算放大器电路的设计过程，在此基础上，用Hspice软件进行参数设计和电路各项性能仿真。

本次设计的带隙基准电压源性能结果如下：运算放大器的直流增益为105dB，单位增益带宽为38.06MHz，相位裕度为65°；在-40℃~125℃的温度范围内，温度系数在TT，SS，FF工艺角下分别为：7.6689ppm/℃，18.7441ppm/℃，19.1116ppm/℃；电源抑制比在TT，SS，FF工艺角下分别为68.1334dB@1kHz，68.3387dB@1kHz，67.9722dB@1kHz；电路在上电3µs内进入稳定工作状态，基准电压在TT，SS，FF工艺角下分别为：1.24V，1.22V，1.26 V，显然。结果满足设计指标的要求。

关键词：带隙基准电压源；温度系数；电源抑制比

Design and Simulation of Bandgap reference Circuit

Abstract

The reference voltage source is an essential module in the integrated circuit. The performance of the circuit determines the accuracy of the whole circuit system. With the rapid development of integrated industry, the pursuit of electronic products is getting higher and higher, which makes the circuit system more complex, and puts forward higher requirements for the stability and accuracy of the circuit system. Therefore, the research of reference voltage source is particularly important.

In this paper, a bandgap reference voltage source with low temperature coefficient and high voltage rejection ratio is designed as experimental subject. The core idea is that a bandgap reference voltage source with zero temperature coefficient can be obtained by adding two voltages with opposite temperature coefficient according to a certain weight coefficients. The circuit consists of four parts: voltage bias circuit (bias), reference voltage generator circuit (Reference Circuit), operational amplifier (OTA) and start-up circuit. In this paper, the design process of zero temperature coefficient voltage generating circuit and operational amplifier circuit is described emphatically. On the basis,Hspice will be used to conduct parameter design and circuit performance simulation.

The results of this design are as follows:With respect to the operational amplifier，A_V=105dB,GBW= 38.06 MHz,PM=65°. In the temperature range of -40℃ to 125℃, the temperature coefficients is 7.6689ppm/℃, 18.7441ppm/℃ , 19.1116ppm/℃ at the TT,SS and FF process corners, respectively. The power rejection ratio is 68.1334dB@1kHz, 68.3387dB@1kHz, 67.9722dB@1kHz in TT,SS and FF process corners, respectively.The circuit enters a stable working state within 3µs of power on,The reference voltages is 1.24V, 1.22V, 1.26V at the TT,SS and FF process corners, respectively.The results meet the requirements of the design index.

Keywords: Bandgap reference voltage source；TC；PSRR

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 研究的背景 1

1.2 研究的意义 1

1.3 研究的内容 1

1.4 论文的组织结构 2

第二章 电路结构的设计 3

2.1 零温度系数电压的设计 3

2.1.1 负温度系数电压 3

2.1.2 正温度系数电压 4

2.1.3 零温度系数电压 5

2.2 基准电压产生电路的设计 5

2.2.1 基准电压产生电路的结构 6

2.2.2 基准电压产生电路结构的优化 8

2.3 运算放大器的设计 9

2.3.1 运算放大器的结构 9

2.3.2 相位补偿电路 11

2.4 启动电路的设计 13

2.5 偏置电路的设计 14

2.6 基准源的性能指标 15

2.7 本章小结 15

第三章 参数设计与仿真 16

3.1 运算放大器的参数设计 16

3.1.1 场效应管尺寸的设计 16

3.1.2 米勒电容的设计 17

3.1.3 调零电阻的设计 17

3.2 带隙基准电压源电路的参数设计 18

3.3 运算放大器的性能仿真 19

3.3.1 运算放大器频率特性的仿真 19

3.3.2 运算放大器噪声特性的仿真 20

3.4 带隙基准电压源电路的性能仿真 21

3.4.1 温度特性仿真 21

3.4.2 电源电压抑制比的仿真 23

3.4.3 启动功能的仿真 23

3.4.4 输出电压随电源电压变化的仿真 24

3.5 本章小结 24

第四章 结束语 25

4.1设计成果 25

4.2后期展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 引言

1.1 研究的背景

在集成产业的发展初期，齐纳基准源是最早采用的基准源，它对于工艺的要求和造价的成本都比较高，原理是利用稳压二极管的击穿电压，其正常工作电压为6~8V。

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