（十七) 基于cadence 617 bandgap 简单设计

目录

• • 一、设计要求
  • 二、原理图分析
  • 三、三极管温度特性
  • •   1. 电路图
    •   2. 仿真 ∂V~BE1~,∂V~BE2~,∂ΔV~BE~
  • 三、计算电阻值
  • 四、扫描MOS曲线
  • 五、OP 设计
  • •   1. OP电路图
    •   2. 测试电路
    •   3. op直流仿真
  • 六、添加OP去BG电路
  • •   1. BG直流仿真
    •   2. 查看温度曲线
    •   3. 调节温度系数和电流
  • 七、仿真
  • •   1. 直流仿真
    •   2. 稳定性仿真
    •   3. 添加启动电路
    •   4. 上电仿真
  • 七、总结

一、设计要求

L A B : V r e f = 1.2 o r 0.8 ， ∂ V r e f ∂ T ∣ T = 60 ° = 0 ， I D 4 = 10 u LAB :V_{ref} = 1.2 \,or\,0.8 ，\frac{\partial V_{ref}}{\partial T} \small \mid T=60°=0，I_{D4} = 10u LAB:Vref​=1.2or0.8，∂T∂Vref​​∣T=60°=0，ID4​=10u

二、原理图分析

∣ I D 4 ∣ = V T ln ⁡ n R 1 + ∣ V B E 1 ∣ R 2 = 1 R 2 ( ∣ V B E 1 ∣ + R 2 R 1 V T ln ⁡ n ) \begin{aligned}\left|I_{D 4}\right| & =\frac{V_{T} \ln n}{R_{1}}+\frac{\left|V_{B E 1}\right|}{R_{2}} \\& =\frac{1}{R_{2}}\left(\left|V_{B E 1}\right|+\frac{R_{2}}{R_{1}} V_{T} \ln n\right)\end{aligned} ∣ID4​∣​=R1​VT​lnn​+R2​∣VBE1​∣​=R2​1​(∣VBE1​∣+R1​R2​​VT​lnn)​
V B G = R 4 R 2 ( ∣ V B E 1 ∣ + R 2 R 1 V T ln ⁡ n ) V_{B G}=\frac{R_{4}}{R_{2}}\left(\left|V_{B E 1}\right|+\frac{R_{2}}{R_{1}} V_{T} \ln n\right) VBG​=R2​R4​​(∣VBE1​∣+R1​R2​​VT​lnn)

三、三极管温度特性

  1. 电路图

  2. 仿真 ∂V_BE1,∂V_BE2,∂ΔV_BE

  运用 deriv 函数 添加 V_BE1 ,V_BE2 的斜率到输出，再添加 ΔV_BE 的斜率

​

∂V_BE1 肯定比 ∂V_BE2 要大，这样 ∂ΔV_BE 才会为正

三、计算电阻值

  ​ 用 (1) 可以算出 R1 / R3 = 9.47（使左边为 0 达到 0 温度系数）
∂ V out  ∂ T = ∂ V B E 1 ∂ T + ( k q ln ⁡ n ) R 1 R 3 ( 1 ) = ∂ V B E 2 ∂ T + ( k q ln ⁡ n ) ( 1 + R 1 R 3 ) \begin{aligned}\frac{\partial V_{\text {out }}}{\partial T} & =\frac{\partial V_{B E 1}}{\partial T}+\left(\frac{k}{q} \ln n\right) \frac{R_{1}}{R_{3}} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\& =\frac{\partial V_{B E 2}}{\partial T}+\left(\frac{k}{q} \ln n\right)\left(1+\frac{R_{1}}{R_{3}}\right)\end{aligned}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, ∂T∂Vout ​​​=∂T∂VBE1​​+(qk​lnn)R3​R1​​(1)=∂T∂VBE2​​+(qk​lnn)(1+R3​R1​​)​

  上面求得
∂ V B E 1 ∂ T ∣ T = 60 ° = − 1.7 m V / ° C ， ∂ V B E ∂ T ∣ T = 60 ° = 179 u V / ° C \frac{\partial V_{BE1}}{\partial T} |_{T=60°} = -1.7mV/°C，\frac{\partial V_{BE}}{\partial T} |_{T=60°} = 179uV/°C ∂T∂VBE1​​∣T=60°​=−1.7mV/°C，∂T∂VBE​​∣T=60°​=179uV/°C
  ​ 当 R₁ / R₃ = 9.47 温度系数为 0，对应现在电路图 R₂ / R₁ = 9.47
V B E = 0.7 V ， V T = 26 m V ， l n 8 = 2.1 V I D 4 = 1 R 2 ( 0.736 V + 9.47 × 54.65 m V ) = 10 u ⟹ R 2 = 124.8 K ⟹ R 1 = 13.18 K V_{BE} = 0.7\,V，V_T = 26\,mV，ln8=2.1V \\I_{D4}=\frac{1}{R_2}\left(0.736V+9.47\times 54.65mV \right)=10u \\\Longrightarrow R_2 = 124.8K \\\Longrightarrow R1= 13.18K VBE​=0.7V，VT​=26mV，ln8=2.1VID4​=R2​1​(0.736V+9.47×54.65mV)=10u⟹R2​=124.8K⟹R1=13.18K

四、扫描MOS曲线

  从三极管的温度曲线仿真得 V_EB1 = 0.736V ，即输入共模电平为 0.736V，输出可以通过MOS管仿真得到为 1.565V

五、OP 设计

V i n = 0.736 V , V D D = 2.5 V , V O U T = 1.565 V ， A V = 60 d B 左右 V_{in} = 0.736V ,V_{DD} = 2.5 V,V_{OUT} = 1.565V，A_{V}=60 dB左右 Vin​=0.736V,VDD​=2.5V,VOUT​=1.565V，AV​=60dB左右

  1. OP电路图

  2. 测试电路

  3. op直流仿真

六、添加OP去BG电路

  1. BG直流仿真

V_BE的值没有达到我们的预期736mV，OP的输出也增大一点

  2. 查看温度曲线

  3. 调节温度系数和电流

​ 调节 R₂ 与 R₁ 可以调节温度特性，也可以调节电流大小，减少R2提高电流，R3相应比例变化

​ R3 = R4 = 121.55K ,R2 = 12.855K

七、仿真

  1. 直流仿真

​ 在60°电压将不受温度影响

  2. 稳定性仿真

  相位裕度太低了，加一个补偿电容,米勒补偿效果并不是很好，其实调节gm1更加有效，可以使得第二极点变大

  3. 添加启动电路

  4. 上电仿真

七、总结

  这个只是简单的进行了设计，有很多地方有待优化，放大器的增益与相位裕度，偏置电路，启动电路都有待优化。

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