cmos电路课设设计报告1

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1、模拟集成电路课程设计一、设计目的设计一个50nA高精度参考电流源（温度范围-40~125℃）。基准电流源是指在模拟集成电路中用来作为其他电路的电流基准的高精度、低温度系数的电流源。电流源作为模拟集成电路的关键电路单元，广泛应用于运算放大器、A/D转换器、D/A转换器中。偏置电流源的设计是基于一个已经存在的标准参考电流源的复制，然后输出给系统的其他模块。并且，基准电流源是模拟电路必不可少的基本部件，高性能的模拟电路必须有高质量、高稳定性的电流和电压偏置电路来支撑，它的性能会直接影响到电路的功耗、电源抑制比、开环增益以及温度

2、等特性。所以为了确保到整个系统的精度和稳定性，我们必须引入一种输出基准电流高阶温度补偿的方法确保电流源的高精度。二、设计内容1、设计指标：PSRR最大做到-30dB。温度系数最大做到1000ppm/C；2、MOS管参数的粗略估计；3、电阻参数的估计；三、设计原理1、LDO中基准电流源的性能指标（1）低电流：LDO由于具有低噪声、低功耗、结构简单以及封装尺寸较小的优点，在便携式电子产品中作为电源转换电路的搭配广泛的应用。对于低功耗的LDO设计来说，低静态电流的基准电流源具有相当重要的意义和作用。（2）宽温度范围：该基准电流

3、源的另一个重要指标是，电流基准在宽温度范围下的工作稳定程度。由于基准电流源LDO内部各个模块提供基准电流，因此，在基准电流源的工作范围内的稳定直接关系到整个芯片能否正常工作。2、基准电流源工作原理基准电流的一个基本要求是输出基准电流不随电源电压VDD的变化而变化。为了得出一个对VDD不敏感的解决方法，要求基准电流IREF与输出电流IOUT镜像，也就是说，TOUT是TREF的一个复制。图9-1所示就是一种电流复制的电路实现。其工作原理如下:M1与M2构成一对电流镜结构，因为M1与M2具有相同的尺寸，所以TREF=IOUT。

4、但是由于电压V的作用，M3与M4的VGS不相等，我们假设M4的寛长是M3的K倍，由于VGS3=VGS4+V。即如果忽略体效应的影响，可得 从而因此正如所希望的，电流与电源电压VDD无关，但是仍旧是工艺和温度的函数。 为了消除输出基准电流对温度的影响，我们可以根据电压差V产生的不同方式，分别采取不同的温度补偿方法。三支路基准电流源对于图9-2所示电流源，如果考虑图9-7（a）所示的环路。那么存在一个弱的正反馈环路。当电源电压VDD升高时，VX电压升高时，M2管相当于一个共源级，根据共源级增益为负来看，VY电压与VX电压相反

5、，所以VY电压降低，同样，M3管又可以看作是一个共源级，所以M3的漏端电压升高，即VX电压升高。这样，形成了VX→VY→VX正反馈环路，所以整个系统的PSRR较低，输出的基准电流随电源电压变化较大。对于图9-6所示的三支路基准电流源来说，由于多了一条支路，形成了负反馈，如图9-7（b）所示。其原理是VDD升高时，X点电压VY升高，同样道理，将M2管看作一个共源级，则Y点电压VY降低，在M3管的作用下，Z点电压VZ升高，同时又在M6管共源级的作用下，X点电压降低。这样。就形成了VX→VY→VZ→VX负反馈环路，所以整个系统

6、的PSRR较高，输出基准电流随电源电压变化较小。3、基准电流源结构的确定MOS管工作区域的确定根据要求为了得到纳安级的输出基准电流，设CMOS管工作在亚阈值区，则亚阈值区MOS管源漏极电流表达式其中，I0为单位饱和电流，，是亚阈值斜率因子。如果，那么可以忽略。因，所以因此，从而我们发现，在亚阈值模型的推算当中，输出电流是被晶体管寛长比的比值和电阻唯一确定的，这说明基于传统的基准电流源的工作原理，工作在亚阈值区的MOS管是可以用来生成和电源电压无关的基准电流的。和饱和区工作状态下的电流计算公式相比，载流子迁移率已经不会影响

7、亚阈值电流了。在亚阈值电流公式中只有电阻RS和VT这两个与温度有关的变量。其中，VT电压与温度成正比，而实际工艺中的电阻也有其温度系数。也可以通过不同种类的电阻的组合组成具有我们所需要的温度特性的电阻，如果能够组成一个与绝对温度成正比的电阻，则输出电流TREF就可以保持相当好的温度特性。一、设计器材电脑（装有虚拟机）、cadence软件、加入2种库： s05mixdtssa01v11.scs"section=tt----MOSFET s05mixdtssa01v11.scs"section=restypical----R

8、esistor二、设计步骤三、电路图一、电路仿真（3为亚阈值区，2为饱和区，1为线性区）cornerttsssffsffRegionM033333M133333M222222M322222M422222M522222PPM516.5530.4521.2542.1564.31、Corner：tt2、Corner：ss1