可调节电流条基准源的设计

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1、 西安电子科技大学硕士学位论文可调节电流基准源的设计姓名：雷吉成申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：包军林201201 作为连接数字世界和模拟世界的桥梁，是信号处理系统的关键模块。处理器和存储器的飞速发展极大的提高了数字信号处理系统的速度和精度，与此同时也对数模转换器的速度和精度提出了更高的要求。近年来携式设备快速发展，电源的续航能力已经成为衡量此设备的重要指标之一，这就对数模转换器的功耗要求越来越苛刻。高速高精度低功耗数模转换器的研究已经成为集成电路设计的重要方向之一。高性能的电流基准源对于实现高速高精度低功耗数模转换器来说非常重要。本文基于带隙基准电压源的技术指标和基本原

2、理，先分析了几种带隙基准电压源的几种结构，并指出常见的带隙基准电压源中存在的问题。基于标准工艺，设计实现了一个双向可调节电流基准源，包括一个带隙基准电压源，一个电压转电流电路和双向可调基准电流产生电路。本文包括电路前端原理图设计和后端版图设计验证，并进行了流片测试。仿真结果表明，当基准电流为时，最高正向和反向调节精度分别为基准电流的；最高正向和反向调节范围分别为基准电流的关键字：可调节电流基准带隙基准运算放大器 可调节电流基准源的设计 琩甃 髎， 瑀籺簍 ： 可调节电流基准源的设计 第一章绪论第一章绪论研究背景及意义信号处理分为数字方法和模拟方法，数字信号的处理相对于模拟信号的处理具有很多优点

3、。数字电路易于用最小尺寸的工艺实现，数字信号的处理速度很快界的信号是模拟量，如飞机引擎的轰鸣声，潜艇的声纳收集到的回声等等。为了利用快速发展的数字存储和处理技术存储和处理模拟信号，需要使用模数转换器先将模拟信号转化成数字信号，运算处理后再利用数模转换器将数字信号还原为模拟信号。图为一般的信号处理流程【。近年来，集成电路设计方法和制造技术在飞速发展，工艺特征尺寸越来越小，集成电路的规模越来越大；特别是存储器和处理器的快速发展，使数字信号处理系统速度越来越快，精度也越来越高。为了满足数字信号处理系统高速高精度的需要，高速高精度数模转换器的设计已经成为集成电路设计的重要方向之一。同时，高速、高精度、

4、低功耗数模转换器的设计是模拟电路设计中的众多难题之一。数字世界的桥梁，广泛应用于信号的采集和处理，通信系统和多媒体技术等领域。在许多信号处理和通信应用中，数模转换器是限制整个系统速度和精度的关键模块。耗在整个系统中占有相当的比例，因此低功耗数模转换器越来越受到人们的青睐。 可调节电流基准源的设计数模转换器作为一种通用集成电路，应用范围广泛。对于数模转换器，不同的转换速度是所有数模转换器中基于匹配性和芯片面积的考虑，电流舵型数模转换器一般采用分段式结构，低位通过采用分段式结构，可以在性能和面积之间找到一个良好的平衡。 第一章绪论舔差分输出开关驱动电路电流源阵列及差分输出开关为了达到数模转换器高精

5、度和低功耗的要求，一个高性能的电流基准源必不可少。对于电流舵型数模转换器来讲，数模转换器的最后输出电流就是基准电流的倍数，所以电流基准源的好坏直接决定着数模转换器的整体性能。基于低功耗的考虑，在电流舵数模转换器的某些工作条件下，可以使基准电流减小以降低功耗，但又不影响整体性能。本文基于一个位电流舵型数模转换器设计“了一个双向可调节电流基准源，基准电流可以在蚣和蚣之间调节，对于每一个基准电流可以进行双向调节，理论上最小调节精度为，总的调节本论文的主要内容及组织结构缭吹缪工艺设计了一个位电流舵型数模转换器中的双向可调节基准电流产生电路。此电路包括一个带隙基准电压源，温度计码译码电路，电压转电流及其

6、补偿电路，双向可调基准电流产生电路。本文各个章节安排如下：第一章：介绍了本文的研究背景和意义，简单总结了数模转换器的发展现状以及本文的研究对象，并给出了论文的主要内容和组织结构；第二章：介绍了本设计中会涉及到的一些基本理论知识，主要有带隙基准的基本知识，并结合常规带隙基准源的结构提出问题，确定本论文的研究方向；第三章：介绍了本设计的基本结构，并详细介绍了带隙基准电路、温度计码译码电路、电压转电流及其补偿电路和双向可调基准电流产生电路的设计，着重介绍了设计中带隙基准电压源中的运算放大器的设计； 可调节电流基准源的设计真及整体设计的仿真； 第二章带隙基准源的基本理论第二章带隙基准源的基本理论基准电

7、流一般是由带隙基准电压转换而来。性能良好的带隙基准电压对于基准电流有着决定性的作用。本章首先介绍了带隙基准电压源的基本理论，主要包括带隙基准电压源的技术指标和基本原理以及几种基本的带隙基准电压源的结构。然后，分析了传统的带隙基准电压源对于现在的应用中出现的问题提出了本文的研究内容。带隙基准源的基本原理基准源电路广泛的应用于模拟集成电路和混合信号集成电路中，如模数转换器褪;黄等。主要包括电压基准源和电流基准源，其主要功能是给电路的其他模块提供与电源电压和温度无关的电压或电流。基准电压源和基准电流源这二者并不是完全无关的，带隙基准电压可以转换为带隙基准电流，同样带隙基准电流也可以转换为带隙基准电压

8、。但是一般应用都是用基准电压产生基准电流。鉴于带隙基准源电路的重要作用，它的稳定性至关重要。无论是带隙基准电压源还是带隙基准电流源，都要求它是电源电压以及工艺参数的弱函数，亦即不随电源电压和工艺参数的变化而变化。随着的低电压高精度系统的快速发展和广泛应用，对带隙基准源电路也提出了越来越高的要求。现在，各种不同性能需求的带隙基准源被设计出来以满足某些方面应用的需要，例如低温度系数【】、高电源抑制比【、低电压【凸摹亢偷驮肷鵞。带隙基准源的技术指标 可调节电流基准源的设计鲁一删式表明带隙基准电压的相对变化等于基准电路对电源灵敏度和电源电初始精度是指带隙基准源的输出电压的容限，通常是在没有负载情况下测

9、得或者百分比表征，它与导致误差的根源没有直接关系。表征。温度系数的计算公式为：线性调整率是指当输入电压发生变化时，输出端测到的直流误差。 第二章带隙基准源的基本理论数则分别指它们所导致的带隙基准源的变化。电源抑制比所反映的是电源电压的变化引起的输出电压的变化，与线性调整是一个交流参数。电源抑制比包括对正电源的电源抑制电压变化的抗干扰能力，电源抑制比越大，抗干扰能力越好，反之亦然。一般电源抑制比的单位用分贝表示。定义为电源电压的变化率与输出电压的变化率的比值，如下式所示：负载调整率是指由负载电流的变化导致的输出电压的误差。通常用或路的输出级使用缓冲放大器，从而使得带隙基准源的输出阻抗是频率的函数

10、。带隙基准源输出端的噪声主要包括宽带热噪声和窄带闪烁噪声。宽带热噪声可以使用低通滤波器来有效的降低。然而，闪烁噪声，一般是指从到的范围，则是带隙基准源输出所固有的，不能被滤掉。因此，低频闪烁噪声对于高性能的基准源电路而言是更为重要的。带隙基准源的基本原理本文主要讨论带隙基准源。 可调节电流基准源的设计图带隙基准源原理图为了完全理解带隙基准的工作原理，首先必须了解与温度的关系。根据双极型晶体管原理，当结正偏时，其集电极电流密度以与正向导通电压的关式中，玩为电子平均扩散系数，为基区宽度，;电子浓砰 第二章带隙基准源的基本理论其中，怯胛露任薰氐某佟枪璧拇兜缪。将式，式带入式，得到集电极电流密度的方程

11、式：温度系数晕。又有：醧坂嘉 可调节电流基准源的设计温度特性。假定以芘冢对温度求导得等讣考了掣因为蓿琹 第二章带隙基准源的基本理论时，则室温下的温度系集电极电流密度的双极型晶体管的之差为丝瑀：幺二坠薼五簅 可调节电流基准源的设计璶常琹带隙基准源的几种结构带隙基准电压源第一个带隙基准电压源由所示。输出基准电压由的基极一发射极电压加上电阻恐上的压降组成。等。而电阻两端的电压为三极管的基极浼缪埂雔和的基极一发射所以输出基准电压为 第二章带隙基准源的基本理论由前面的理论分析可知，只要选择合适的电阻比例关系，即可实现零温度系厶流过电阻的电流为实际上，虽然流过三极管的集电极电流和其发射极电流不等，但是流过

12、电 可调节电流基准源的设计图进行“钳位”，使得流过电阻和的电流几乎相等。即流过电阻的电流为厶吃鼍吃准电压。同时，由该结构的原理图可见，运算放大器的失调电压会影响输出基准电压。 第二章带隙基准源的基本理论由图可知：输出基准电压由三极管的基极一发射极电压加上电阻等 可调节电流基准源的设计乞所以输出基准电压为所示： 第二章带隙基准源的基本理论该结构的基本原理是基于电阻分压技术，从而获得一个低于硅带隙电压的输出基由于管，和尺寸相同，所以，流过这三个管子的漏电流相协植发绾钦鲆坏所以输出基准电压为閔鳎可见，括号内为传统基准电压源产生的硅的带隙电压。该结构将传统的基准电压源乘了一个比例系数，从而实现低于硅带

13、隙电压的基准电压，而且可以通过调节电阻尺统的比例关系，调整基准电压源的输出电压值。缪乖从葿等人与年提出【】，具体结构图如图所示： 可调节电流基准源的设计缪乖从肫渌褂迷朔诺牡缪乖吹那鹪谟冢築结构在运放的两个输入节点采用的是电流求和的模式，而其他的结构在运放的两个输入节点采用的连接到运算放大器两个输入端的两个管尺寸相同，所以，流过三极管和的集电极电流相同，使得两个三极管的电流密度之比只取决于三极管的个数之比。电阻两端的电压为圪夙龋础髹，所以流过的电流具有正温度系数。管镜像该具有两种温度系数的电流，最终只要选择合适的电阻比例关系，即可实现零温度系数的基准电压输出。具体推导如下： 第二章带隙基准源的基

14、本理论流过电阻的电流也为，所以基准源输出电压为叫等百吃。袈可见，基准源的输出电压为硅带隙电压乘以一个系数，从而产生低于硅带隙常见电流基准源中存在的问题基准电流在模拟集成电路中具有广泛应用，因为电流在长金属线上没有损失，而电压却有损失，所以在布线比较复杂的模拟电路中，电流基准更受欢迎。传统的电流基准电路一般是通过运放和电阻将一个具有低温度系数的基准电压转换为电流，如图所示，然后通过电流镜装置复制这个电流得到一个或多个基准电流。复制的基本原理是，工作在饱和区且具有相同尺寸及栅源电压的两个晶体管传输相同的电流。在不考虑二级效应的情况下，饱和区电流为：如咂一电子迁移率，在管中为空穴迁移率，巳为单位面积

15、栅氧化层电容，为栅源电压，为阈值电压。单位面积栅氧化层电容值巳和阈值电压都与工艺有关。在实际芯片制造中工艺参数在一定范围内具有随机性，因此即使给定栅源电压，也会导致实际基准电流值和预先设计值之间的差异。若电路中存在大量 可调节电流基准源的设计图传统的基准电流产生电路小结 第三章电流基准源的电路设计第三章电流基准源的电路设计由上一章可知，为了得到高性能的基准电流，必须先得到一个高性能的带隙基准电压。然后，这个基准电压通过电阻转换为基准电流。本章基于第二章的理论基础设计了一个双向可调节基准电流产生电路，具体包括带隙基准电压源，电压转电流电路，译码电路和双向可调基准电流产生电路。电路的系统架构本文中

16、设计的具体电路框图如图所示，主要包括带隙基准电压源，电压转电流电路，双向可调基准电流产生电路和译码电路。带隙基准电路给电压转电流电路提供一个高品质的基准电压，译码电路是将欢瓶刂贫丝谑葑;晃位温度计码控制信号，电压转电流电路将基准电压转换为基准电流，电阻的温度补偿电路给电压转电流电路中使用的电阻提供补偿，双向可调基准电流产生电路将基图可调节电流基准源设计框图带隙基准源的设计带隙基准源电路如图所示，虚线左边是启动电路，右边是带隙核心电路。下面分别介绍带隙核心电路的设计和启动电路的设计。 可调节电流基准源的设计图带隙基准源示意图带隙基准源中运算放大器的设计套筒式共源共栅折叠式共源共栅两级运算放大器增

17、益提高运算放大器 第三章电流基准源的电路设计图本设计中折叠共源共栅运算放大器结构图首先，根据功耗确定运算放大器三条支路的电流。在此，取尾电流源所在支路的电流为，另外两条支路电流为，这样整个运算放大器的功耗就很小。然后，分配右边两条支路上每个管子的过驱动电压。在此，给这些管子从上到下分配的过驱动电压分别为、，因为最下面的一对管的电流比较大，所以给这两个管子分配较大的过驱动电压，避免这两个管子的宽长比太大。最后，根据本设计所采用工艺可以得到所用到的管和管的阈值电压，单位面值栅电容缱忧坡省蝞和空穴迁移率庋岷系诙降玫降墓缪咕涂梢愿荽诒颓腗管的电流估算公式得到这些管子的宽长比。基于这个运算放大器的性能和

18、规模的考虑，这个设计的运算放大器采用与电 可调节电流基准源的设计协，所以，、所在支路电流厶和、蚆所在支路电流厶相等。又有厶互模一厩一厩与电源电压无关，所以电流是确定的。又因为支路，与支路组成了电 第三章电流基准源的电路设计图折叠共源共栅运算放大器的偏置电路偏置点而导致运算放大器不能正常工作，需要对这个偏置电路加一个启动电路。运算放大器启动电路的控制信号可以通过外加的启动信号来控制，也可以由电路内部自身的信号来进行控制。用外加的启动信号进行控制，虽然操作方便，结构也简单，但是要增加额外的引脚，从而增大了芯片面积；用电路内部自身的信号进行控制，不会增加额外的引脚，而且电路结构也不是非常复杂，所以本

19、设计采用电路内部信号进行控制的启动电路。启动电路的设计思路：把电路中某一相对稳定的电压作为启动电路的控制信号，当电路中没有电流流过时，该电压为低电平叩缙，控制启动开始电路工作，使电路中有电流流过；当电路正常工作后，该电压为高电平偷缙，使得启动电路关断，从而不对电路的正常工作产生影响。启动电路的般要求有以下几点：当主电路一进入稳定工作状态后启动电路能自动关断；不影响基准电路的正常工作，不影响输出基准电压的精度。本设计的运算放大器的偏置电路如图所示，图中左边为偏置电路的启动电路，右边为偏置电路的核心电路。启动电路的工作原理如下，若图中偏置核心 可调节电流基准源的设计频率特性仿真一：痭； ，、蔳噪声

20、仿真 第三章电流基准源的电路设计蒻图运算放大器的噪声仿真建立时间是衡量运算放大器反应速度的一项重要指标，它表示从跳变开始到输出稳定的时间。它主要衡量运算放大器的小信号特性，在整个跳变过程中，运算放大器仍然保持线性。在仿真过程中，将运算放大器接成单位增益放大器的形式，即将运算放大器的反向输入端与其输出端相连，使这个运算放大器的闭环增益为谠怂惴糯笃鞯氖淙攵思右桓的阶跃信号，测量输出端的信号从开始响应到最终达到稳定值所需要的时间。此时间即为这个运算放大器的建立时间。甀。图运算放大器的建立时间仿真结果转换速率仿真 可调节电流基准源的设计，痗痵痮【痯囱厨隧嚣图运算放大器的转换速率仿真结果珻来衡量运算：生

21、：生 第三章电流基准源的电路设计图运算放大器的共模抑制比仿真结果在实际使用中，电源也含有噪声，为了有效地抑制电源噪声对输出信号的影响，需要了解电源上的噪声是如何体现到运算放大器的输出端的。把从运算放大器输入端到输出端的增益与从电源到输出端的增益之比定义为运算放大器的电源抑制比 琍，故电源抑制比可以写成在实际仿真中，将运算放大器接成单位增益负反馈的形式，即将运算放大器仿真时认为芏际峭耆恢碌模挥锌悸巧圃焓盡管存失配，因此方针得到的要比实际测量的要好，所以再设计的时候要留足够的余量。 可调节电流基准源的设计如图所示，带隙基准源核心电路由一个运算放大器、三个晶体管、蒊以得出其环路增益为 第三章电流基准

22、源的电路设计强于正反馈效应，整个电路呈现负反馈。电路的负反馈不仅保证了电路的稳定性，尺蕉说牡缪刮猀蚎姆浣岬缪共預瓻因此带隙基准的输出电压为接下来具体介绍带隙基准核心电路的各个参数设计过程。带隙基准核心电路理论上讲，只要涂梢酝髡缱鑂统的比值，得到与温度无关的基准电压。但是工程设计当中，通常选取、或，这样便于实现需要折中考虑。本设计为了提高和之间的匹配，尺统之间的匹配，选的匹配，减小了带隙基准的工艺离散性。电阻的值由流过的电流龆琁越大，越小。对于双极性晶时，其发射结电压才不随集电极电流的变化而变化。此外，太小，、电流镜的归一化失配公式如下式所示虬匾袅 可调节电流基准源的设计由式梢钥闯觯缌骶档墓缪筕

23、越大，匹配性越好，设计中带隙基准源启动电路的设计路就很好的解决这个问题，使得电路上电后能够进入正常工作点。如果刚上电时，带隙处于第一种简并点，电路无需启动即可正常工作，此时 第三章电流基准源的电路设计琓琓琓电压电流转换器及补偿电路的设计在节中设计的带隙基准电压源只能提供一个近似与温度和工艺参数无关 可调节电流基准源的设计当放大器的低频增益艽笫保鲜娇梢杂墒近似表示。等 第三章电流基准源的电路设计和凡组成，当从外部调节电阻飚时，即可调节基准电流的大小。若选择使用内部电阻调节电流砌大小，则开关甋选择性闭合，相应的电阻即可电阻温度补偿电路的设计现，而电阻通常是具有很高的温度系数的，所以为了减小带隙基准

24、电流的温度敏 可调节电流基准源的设计所示。 第三章电流基准源的电路设计如，当调节基准电流的开关全部闭合时，逻辑电路控制开关管截止，导通，此时由于和支路的电流与电阻具有相反的温度系数，他们的电流之和具有最小的温度系数。双向可调基准电流产生电路的设计二进制编码，所以设计了一个以两倍关系递增的两个电流源阵列。这个电路的结如图荆贾蠽为经过温度补偿以后的基准电流经过一个二极管连接方式的后产生的电压，为经过双向调节以后的基准电流经过一个二极管连接方式的管以后产生的电压。双向可调基准电流产生电路的工作原 可调节电流基准源的设计小结 第四章电流基准源的版图设计第四章电流基准源的版图设计版图设计作为电路设计的延

25、伸和实现，它决定着电路的设计最终能否成功。本章着重介绍了模拟集成电路版图设计中一些需要注意的地方，主要考虑了电路关键模块的匹配特性。这里主要介绍了带隙基准源的版图布局。本文设计的电路采用的是其中版图设计采用肪诚碌陌嫱忌杓乒遃捎肅提取版图的寄生参数，并在版图完成之后进行了后仿真。版图设计的问题与解决方案本节主要介绍在模拟集成电路版图设计中需要考虑的一些常规性问题。这些方面的问题是不可避免的，而且它影响着电路设计的性能。这些问题主要有匹配性问题，耦合的问题和寄生的问题。另外，版图设计主要包括各个电路模块的设计、芯片规划和布局布线等，是一个组合规划和拼接图形的过程。它在一个规则形状的平面区域内部布局

26、各个电路模块，并在各个模块之间根据电路的连接信息要求进行布线。数据转换器中包含了大量的数字电路和模拟电路，不同模块之间存在有害的相互干扰，尤其是数字电路产生的毛刺和浪涌可能通过衬底或者互连耦合，对模拟部分电路造成串扰，严重影响模拟模块的线性度和精度，同时，版图的布局布线还必须考虑工艺的非理想因素，在工艺容差允许的范围内，确保器件的匹配精度。因此，混合信号集成电路的版图设计已成为能否实现芯片性能的关键。模拟集成电路的很多性能都和器件的匹配性相关，匹配的程度越高，电路的性能越好，反之亦然。因为匹配性最终是要由版图来决定的，所以版图的匹配性设计直接决定电路的性能。匹配性设计的目的是使版图设计出来的两

27、个量之间的比值关系和电路设计中所要实现的两个量之间的比值关系的误差最小化。从版图方面考虑匹配性主要是考虑器件在版图上的布局。主要方法有采用指 可调节电流基准源的设计由于晶圆具有各向异性的特点，所以在不同的方向上所产生的误差是不一样的，为了使匹配器件受晶圆各向异性的影响一致，必须把匹配器件放在同一个方向上。在电路中，经常会有很多器件需要与某个给定的器件匹配，称这个器件为定弋图指装交叉不恿图 第四章电流基准源的版图设计图过度刻蚀及虚设器件示意图把虚设器件与其他电阻以相同的间隔放置非常重要。而且，所有的电阻都应当间隔一致以保证它们所处的状况一样。芯片的发热是不均匀的，这使得接近发热点的器件比远处的器

28、件所受影响更大。四方交叉器件可以有效地减小热梯度对集成电路的影响。所谓的四方交叉技术是指把需要严格匹配的每一个器件一分为二，然后把它们成对角线放置。如图所示，对于需要高度匹配的差分放大器电路的输入对管，可以采用四方交叉的布局方式。这个技术之所以称为四方交叉，是因为它被分成四个象限，且交叉放置。四方交叉对象可以是任一器件，而不仅限于例子中的晶体管。图差分对管四方交叉技术示意图差分信号是需要高度匹配的电路信号。差分信号的两条信号线长度必须一致。长度不一致会导致导线的寄生电容不一样，而寄生电容对信号的上升下降时间有直接的影响。在匹配时，不仅要尽量让差分信号线的长度一致，还要尽量让差分 可调节电流基准

29、源的设计信号线的周围环境一样。耦合的影响耦合主要包括两个方面：衬底耦合和金属信号线之间的耦合。到衬底的电容、纵向三极管的集电极到衬底之间的电容等等。可以通过将器件放物理隔离物理隔离是指物理位置上的远离。考虑两种衬底类型，第一种是低阻抗的衬寄生参数的影响 第四章电流基准源的版图设计容，它们将影响电路性能。由于这类寄生电阻和寄生电容分别与导体的长宽比和面积成正比。因此，为降低导线的寄生电阻，一般采用最厚的铝线布线。也可以采用多层铝线并行走线。铝线间通过过孔连接，可以有效降低铝线的寄生电阻。如果对芯片面积要求不是很苛刻，一般铝线尽量加宽走线，同时尽量多打过孔，减小不同铝层中的接触电阻，但是多打孔又会

30、增加很大的寄生电容，所以再设计版图时需要折中考虑。天线效应和闩锁效应，又称之为“等离子导致，”。所谓天线效应是指在刻蚀收大量的电荷蛭9罩锌淌唇鹗羰窃谇砍薪械而导致电位升高，天线越的可靠性和寿命。随着工艺技术的发展，栅的尺寸越来越小，金属的层数越来越多，发生天线效应的可能性就越大。基于天线效应的产生机理，主要有以下几种消除方法：叻址治!跋蛏咸和“向下跳线”两种方式。跳线即断开的层次来解决天线效应，但是同时增加了通孔，由于通孔的电阻很大，会直接影响到芯片的时序和串扰问题，所以在使用此方法时要严格控制布线层次变化和通孔的数量；在实际版图设计中，向上跳线法用的较多，此法的原理是：考虑当前金属层对栅极的

31、天线效应时，上一层金属还不存在，通过跳线，减小存在天线效效应，一般都可采用向上跳线的方法消除。但当最高层出现天线效应时，采用什砑犹煜咂骷簿褪歉疤煜加上反偏二极管。通过给直接连接 可调节电流基准源的设计切断长线来消除天线效应。 第四章电流基准源的版图设计图硗迹闩锁效应等效图为了有效地防止闩锁效应，可以通过合理的设计可以避免发生，主要有以下几点：增加搴统牡捉哟椎氖恳约凹跣侵涞木嗬耄越档蚽阱和衬底带电源和地的寄生电阻的阻值；源线阱牡妆趁娼拥缭。 可调节电流基准源的设计带隙基准源版图设计图带隙基准电压源版图第五列和第六列共个三极管为，第三行的第为，第三行的第四列为侧各加一个虚设电阻，各个根电阻之间的间

32、距一致，如图所示。 第四章电流基准源的版图设计图电阻的根电阻布局方式由于运算放大器中的输入管对匹配性要求较高，所以在画运算放大器的版图时，根据第二章中介绍的匹配性要点，将运算放大器的输入管按照十字交叉的方式排列如图所示，如图所示在这两个输入管两边还加入了虚设器件。图运算放大器中输入管版图的十字交叉方式最后，为了消除各个部分之间的衬底噪声的影响，在带隙基准电压源的各个模块之间加上了保护环和保护棒。这样可以有效地消除衬底噪声对各个模块之间的影响，这也是第二章中所说的隔离技术，在模拟部分版图和数字部分版图之间加上挖褰哟蚉型衬底接触，交替放置这两种接触，这样可以有效地隔离衬底噪声。因为电源线和地线的走

33、线很长，所以在条件允许的情况下，应尽量使用最大线宽来布局电源线和地线，并使电源线和地线绕整个电路一圈，尽量减小由于寄生电阻而导致的电源电压的下降。 可调节电流基准源的设计整体电路版图设计图整体电路版图设计全摆幅电流调节电路包含八个电阻，这八个电阻也采用根电阻的方式，根电阻与有效电阻之间的距离和有效电阻之间的距离相同，这样就避免了处于两端的 第四章电流基准源的版图设计本章介绍了本设计的版图设计，通过第二章中关于匹配的介绍以及本章开始关于模拟电路版图设计的常规性考虑，主要包括包括匹配性设计、耦合的影响和寄生参数的影响，设计了这个电路的版图，并主要介绍了带隙基准和其中运放的版图设计。后仿结果和测试结

34、果表明，严格按照这些规则来设计版图，可以有效地提高电路的匹配性。 可调节电流基准源的设计 第五章电流基准源的验证经过前几章的介绍，可调基准电流产生电路的设计就基本完成，接下来的就是整个系统的仿真以及芯片流片后的测试结果。系统仿真作为芯片设计的最后一个步骤，它对整个设计的好坏有着直接的反映，通过仿真可以了解设计的芯片是否满足设计规范的要求，可以知道芯片的性能与设计规范相比有多大的裕度。可以在流片之前根据系统仿真的结果对设计进行进一步优化。而测试则最终检验设计的结果，良好的测试条件可以保证得到最真实的测试结果。电路的仿真结果本设计的核心部分是一个带隙基准电压源，所以带隙基准的仿真是重点。下面先介绍

35、带隙基准的仿真，然后给出整体设计的仿真结果。带隙基准的仿真结果为了验证带隙基准的性能是否达到设计要求，本文在不同电源电压不同工艺表不同工艺角下带隙的温度特性为了验证设计的带隙基准对电源噪声的抑制特性，仿真了不同工艺角下带隙低频值为畈钋榭鱿工艺角。其他工艺角下该带隙基准的电源抑制比请参考表。表不同工艺角下带隙基准电源抑制比 可调节电流基准源的设计工艺角图工艺角下带隙基准的温度特性一钳图工艺角下带隙基准的电源抑制比 图带隙基准输出电压随电源电压的变化曲线最后为了确定带隙从上电到输出稳定的建立时间，并验证启动电路的可行性，对带隙的启动过程进行了瞬态仿真。带隙基准的启动过程仿真波形如图所示。稳定的启动

36、时间约为捎贒只在上电和模式转换时存在启动过程，因 可调节电流基准源的设计图带隙基准启动过程瞬态仿真整体电路的仿真结果为了验证本设计的结果，本文在不同的工艺角下对这个偏置电路进行仿真，仿表不同工艺角下基准电流的温度特性 第五章电流基准源的验证实际应用中，电源电压应略高于此电压。瓺由图芍#刂瓶9豐玈蚎的闭合与断开可调节基准电流的大小，这个开关由豢刂菩藕臚刂啤渲校盕为高电平时，开关裥员蘸希9豎慷峡#嫉缌髟龃螅坏盕为低电平电平，獸全部为高电平或者全部为低电平时基准电流的调节幅度为最高调节精度，而当獸全部为高电平时基准电流的调节范围为最大调节范围。如表所示。当基准电流为保罡叻聪虻鹘诰任;嫉缌鞯，最高正向

37、调节范围为基准电流的，完全满足设计要求。 可调节电流基准源的设计：粒篿日掣一一图可调基准电流的仿真结果芯片的测试由于时间有限，在本论文终稿之际，芯片的测试还未完成，目前只得到了带 第五章电流基准源的验证为低电平时，基准电流随着控制端獸的增大而减小，当最高位为高电平时，基准电流随着控制端獸的增大而增大，这与设计目的一致。图为芯片表带隙基准电压源测试结果样片一样片三灰籵 灰灰灰籵 灰籵 籺 可调节电流基准源的设计图本设计芯片照片 第五章电流基准源的验证小结和整体电路的仿真，测试主要指带隙基准的测试。但是由于时间的关系，截止论文完稿时，芯片的测试还仅仅完成了带隙基准的部分测试，整体的测试结果估计基准

38、电流的罡哒虻鹘诰任;嫉缌鞯，最高反向调节范围为基准电流的，最高正向调节范围为基准电流的：带隙基准在常温，工艺角下，在范围内的温度系数为，在范围内的温度系数为。测试结果显示，带隙基准的输出电压 可调节电流基准源的设计 第六章总结与展望 工艺的用于电流舵数模转换器的双向可调基准电流产生电路，本电路采用双电源供电。首先对双向可调基准电流产生电路进行系统设计，确定整个系统的结构。然后分析和设计了带隙基准电压源、电压电流转换器、电阻的温度补偿电路、双向可调基准电流产生电路、温度计码译码电路，给出了带隙基准电路及其中的运算放大器的仿真结果。设计过程中，仔细分析了影响各个模块性能的关键参数，以及如何提高这些

39、参数改进电路性能。介绍了电路的版图设计，包括电路的整体版图布局和带隙基准电压源的版图设计。带隙基准电压源的版图设计是本设计版图设计的重点也是难点，本文详细介绍了三极管的回字形布局方式和电阻的根电阻布局方式，希望对以后的设计者有所启示。最后对芯片进行了验证。仿真结果表明，当基准电流为时，最高反向调节精度为基准电流的罡哒虻鹘诰任;嫉缌鞯，最高反向调节范围为基准电流的，最高正向调节范围为基准电流的，带隙基准在常温，工艺角下，在范围内的温度系数为工艺角下，在。段诘奈露认凳。整个设计结果完全满足整体电路设计规范。前测试结果还未完全出来，预计测试还需要一段时间，例如可调节基准电流的输出随着温度的变化情况等

40、等。就目前已经测试得到的结果来看，本次芯片设计基本达到了设计要求。同时由于作者水平和时间有限，对某些关键问题未能进行更加深入的研究，例如，运算放大器的设计如何才能更好地在不同的性能参数之间折中，电阻的温度系数如何更准确地进行补偿等等。 可调节电流基准源的设计 值此论文完成之际，我要感谢我的导师包军林老师。在我攻读硕士研究生期间，包老师始终以身作则，言传身教，他严谨务实的工作作风、精益求精的治学态度给我留下了深刻印象，让我终身受益。包老师为我提供了优越的学习工作环境，使我的学习和工作顺利展开，取得了优异的成绩。此外，在生活上包老师给了我无微不至的关怀，让我得以安心学习和工作。再次向敬爱的包老师表

41、示深深的感谢。感谢课题组的总负责人，微电子学院院长庄奕琪教授。庄老师为我们提供了一个很好的科研学习环境，他深厚的学术造诣、虚怀若谷的胸怀深深的影响着我。感谢汤华莲老师一直以来对我的关心和帮助，正是在她的指导和督促下我才能按时完成计划的科研工作并顺利完成毕业论文。在我科研工作遇到困难时，她总是给我最中肯的意见和大力的帮助支持，帮助我渡过难关。感谢她一直以来对我的悉心指导。感谢组的所有成员：汤华莲老师、张丽老师、景鑫博士、游恒果、胡滨、李鹏、黄鹤、刘俊逸、马瑞、曹帆，在这两年的工作期间，大家为了一个共同的目标，互相学习、帮助，度过了一段愉快而美好的时光。特别是汤华莲老师，作为组的组长，很好的协调了

42、各个组员的工作任务，为我们在科研过程中碰到的具体问题提供了很多解决方法与建议，大大的加快了项目的完成速度。感谢杨友梅老师在学习和生活方面对我们无微不至的关心与照顾。感谢课题组曾志斌老师，李聪老师，李振荣老师，许蓓蕾老师，靳刚老师，刘伟峰老师，李小明老师，还有其他项目组的兄弟姐妹们，在日常生活中对我的帮助与关心，让我愉快地度过了研究生的科研和学习生活。最后，向百忙之中审阅论文的专家、教授致以最崇高的谢意。 可调节电流基准源的设计 【浚甕琋瓾模拟集成电路设计诙北京：电子工业出版社珼，甋甈猇 一衅【】甅瓵 甈，月，甒瓵，琍 可调节电流基准源的设计琋，甈，瑅琈瓵珿甈甃【甂珼 苋蟮碌纫耄傻缏费谀杓基础版图技术北京：清【瓹华大学出版社，苋蟮碌纫耄傻缏费谀杓基础版图技术北京：清【瓹华大学出版社，琋，甈【瓾琀，甎 籚，瑅甈 【瓹蚄【瓸一 【甊珺，“：一痵 【】琄 瓵甋，琋 疉 瓹瓻， 可调节电流基准源的设计