CMOS电路课设报告.doc

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1、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

2、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----Resistor四、电路图带启动电路的基准电流源一、设计原理以及步骤1、分析基准电流的性能参数(1)温漂系数基准电流源的一个重要指标是电

3、流基准在宽温度范围下的工作稳定程度。温漂系数不仅衡量带隙基准电压源输出电压温度变化的一个性能参数，也是衡量基准电流源输出电流的一个重要参数。与基准电压源的温漂系数类似，基准电流源的温漂系数同样表示输出基准电流随温度变化的情况，其单位为ppm/°C，表示当温度变化1度时，输出电流变化的百分比。其计算公式为即我们设计的50nA的高精度基准电流源输出基准电流一般在-25-140°C宽温度范围内稳定。(2)电源抑制比（PSRR）通常，基准电流源作为一个重要作用就是在正常工作电压范围内，当电源电压发生变化时，输出电流基本不变，也就是其电源抑制比比较高。电源抑制比是衡量

4、电路对电源线上噪声的抑制能力参数，即，基准电流源的电源抑制比表现了输出基准电流随电源电压VDD变化的情况。对于基准电流源，本设计的电流抑制比的定义为：从电源电压VDD到输出基准电流的增益。符号表达式为：(3)功耗与基准电压源类似，基准电流源中也有功耗的需求。其衡量标准也是电脑在正常工作情况下的静态电流的大小。为了满足各种不同电路的要求，如精度响应速度等，通常会增大电路的功耗。2、基准电流源结构的确定（1）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，如图1所示。图1则亚阈值区MOS管源漏极电流表达式其中，I0为单位饱

5、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

6、TREF就可以保持相当好的温度特性。（2）电路结构的确定为了进一步提高基准电流的PSRR，如图2所示的三支路结构的基准电流源。输出基准电流源的表达式为，M5与M6管组成的第三条支路在原来的电流镜的基础上添加一个负反馈系统，如图3图4所示。如图3所示的环路，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，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

7、电流随电源电压变化较大。图2图3图4对于图1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4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VX→VY→VZ→VX负反馈环路，所以整个系统的PSRR较高，输出基准电流随电源电压变化较小。3、带启动电路基准电流源的工作原理在实际工作中主电路要工作需要在低电频的情况下输入一个高电压后工作。也就是说是一个跳变的过程。我们发现当电压从0到5V跳变的过程中主电路并

8、不能如我们所愿使工作电压升到5V。这是因为电路有两个