带隙基准源电路与版图设计.doc
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1、论文题目:带隙基准源电路与版图设计摘 要 基准电压源具有相对较高的精度和稳定度,它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。模拟电路使用基准源,或者是为了得到与电源无关的偏置,或者为了得到与温度无关的偏置,其性能好坏直接影响电路的性能稳定,可见基准源是子电路不可或缺的一部分,因此性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一,而集成电路版图是为了实现集成电路设计的输出。本文的主要目的是用BiCMOS工艺设计出基准源电路的版图并对其进行验证。本文首先介绍了基准电压源的背景发展趋势及研究意义,然后简单介绍了基准电压源电路的结构及工作原理。接着主要介绍了版图的设计,验证工具及对
2、设计的版图进行验证。本设计采用40V的0.5u BiCMOS工艺库设计并绘制版图。仿真结果表明,设计的基准电压源温度变化为-4085,输出电压为2.5V及1.25V。最后对用Diva验证工具对版图进行了DRC和LVS验证,并通过验证,表明本次设计的版图符合要求。关键字 :BiCMOS,基准电压源,温度系数,版图 Subject: Research and Layout Design Of Bandgap ReferenceSpecialty: MicroelectronicsName: Zhong Ting (Signature)Instructor: Liu Shulin (Signatur
3、e)ABSTRACTThe reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in order to get the bias has nothing to do with power, or in order to
4、be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of all electronic systems the most basic and critical requirements o
5、f one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified.This paper first introduces the background of the trends and significance of the reference voltage source, an
6、d then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory.This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process database design and draw the layout.The simulation results show th
7、at the design of voltage reference temperature of -40 C 85 C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territory of the design meet the requirements.Keywords: BiCMOS,band gap , temperature
8、 coefficient, layout目 录1 绪论11.1 背景介绍及发展趋势11.2 研究意义31.3 本文主要工作42 基准电压源电路设计52.1 基准电压源的分类及特点52.2 基准电压源的温度特性72.2.1 负温度系数项72.2.2 正温度系数电压72.3 基本原理82.3.1 与温度无关的电路82.3.2.与电源无关的偏置电路82.4 基准电压源电路设计92.4.1 基本原理92.4.2 运放的设计102.4.3 带隙核心电路设计142.5 仿真分析153 版图设计1931 版图设计的基础193.1.1 集成电路版图设计与掩膜版、制造工艺的关系193.1.2 版图设计的设计规则
9、203.1.3 版图通用设计步骤233.2工艺介绍253.2.1 常见工艺简介253.2.2BiCMOS工艺263.3 带隙基准电路的版图设计283.3.1版图的分层及连接283.3.2 版图设计环境介绍293.3.3 器件及总体版图304 版 图 验 证394.1 版图验证概述394.2 验证工具介绍404.2.1 Cadence概述404.2.2 Diva使用介绍414.3 版图的DRC验证454.4 版图的LVS验证455总结47致 谢48参考文献49electricity at no cost, revenue from electricity sales. Poverty allev
10、iation to the removal, to desperate farmers out of poverty, in conjunction with urbanization, new communities are centrally placed. Poverty in the enterprise, enterprise more powerful, more social responsibility, they should allow more people to enjoy the fruits of development. Conditions to encoura
11、ge private enterprises to establish Charity Fund for poverty alleviation, employment, grants, financial aid and other forms of poverty alleviation activities, let poverty alleviation aid corporate social responsibility in the specific embodiment, the proper meaning of giving back to the community. F
12、inally reveals to implement poverty alleviation policies, older age, incapacity, cannot be achieved through industry support and employment support, such as poverty, children and unable to support the poor, Lo-Fi policy reveals the role to play, eventually incorporated into the low range, and fundam
13、entally solve the problem of poverty. (C) establishing and perfecting retreat mechanism. Poverty alleviation is a dynamic project, we must strengthen the farmers information management, dynamic management of poor, really poor no place to hide, poverty a timely exit, poor and return to the poor get m
14、aximum support and help. To build up the information network system of the poor, poverty the basic information and dynamic entry to the system, to implement dynamic management. According to pro-poor development, timely adjustment onIII1 绪论1.1 背景介绍及发展趋势基准源是模拟与数字系统中的核心模块之一,它被广泛应用于动态存储(DRAM)、闪存(flash m
15、emory)以及其他模拟器件中。其实现方式有电压基准和电流基准。基准电压源是模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、线性稳压器和开关稳压器、温度传感器、充电电池保护芯片和通信电路等电路中不可缺少的部分,基准电流源主要作为高性能运算放大器等器件或电路的偏置,也可用于LVDS驱动器和Viterbi解码器。基准源需要有稳定的工艺、电压和温度系数,并且不需要随着制造工艺的改变而改变。带隙基准参考源通常是模拟和混合信号处理系统中重要的组成模块,它用来提供高稳定的参考电平和参考电压,对系统的性能起着至关重要的作用。传统的带隙基准电路利用双极型晶体管的基极发射极电压Vm的负温度系数和不同电流密度下两个双
16、极型晶体管基极发射极电压的差值的正温度系数相互补偿,使输出电压达到很低的温度漂移。但实际设计电路中由于运放的失调电压对Vm的影响,Vm与温度的非线性关系,使传统的带隙基准电路在温度系数、功耗、PSRR等方面无法达到现今集成电路设计的要求。随着现代如今,带隙基准源在AD/DA、电源芯片、锁相环、高精度的电压表、电流表、欧姆表等领域有着很广泛的应用。微电子技术和通信技术的发展,集成电路已进入超深亚微米时代,它的发展继续以高速、高集成度、低功耗为目标。在发展的同时,集成电路逐渐与其它学科和技术相结合,形成新的方向,新的学科或专业,不断改变着传统专业分工的格局,使得SOC系统(System on Ch
17、ip) 越来越复杂。这对模拟电路基本模块的电压、功耗、精度和速度等, 提出了更高的要求。传统的带隙基准源电路结构渐渐难以适应设计需求。近几年,国内外学者都对传统带隙基准源进行了改进,主要集中降低温度系数,提高了PSRR以及使其能工作在低电源电压下,展现出低功耗、低噪声、低温漂、高精度等特性。国内外对CMOS工艺带隙基准电压源做了大量的研究,最新的技术进展主要体现在以下几个方面。(1)低温度系数低温度系数的电压基准源对于高分辨率的DAC和ADC尤其重要。对于一阶补偿的带隙基准源,温度系数通常可以做到1060ppm。C。为了进一步降低带隙基准的温度系数必须做高阶补偿。目前出现的高阶补偿技术包括利用
18、MOS管亚阈区vI特性的补偿的带隙基准电路、利用电阻的温度特性的曲率校正方法、指数曲率补偿方法、温度分段补偿方法等。(2)低电压工作的电压基准源随着深亚微米集成电路技术的不断发展,集成电路的电源电压越来越低。带隙基准电压在12V左右,所以一般的带隙基准源的工作电压至少在12V以上。采用特殊电路结构的带隙基准源可以工作在1V左右。采用这些电路结构后主要的工作电压限制通常来自于运放的工作电压,并最终受限于MOS管的阈值电压。(3)高电源纹波抑制比随着射频集成电路和数字电路的发展以及带基准源在高频电路应用中的推广,电源抑制比成为了基准源在高频及数模混合电路中的一个重要衡量标准。在数模混合集成电路中,
19、数字电路的噪声可能对模拟电路产生不利的影响。因此,在混合电路中电压基准源应该在较宽的范围内具有良好的电源电压抑制比性能。(4)低功耗低功耗是衡量电路性能好坏的指标之一。作为集成电路的一个基本单元电路,低功耗也一直是基准电压研究发展的一个方向。集成电路制造工艺主要有双极工艺、CMOS工艺和BiCMOS工艺。用双极型工艺可以制造出速度高、驱动能力强、模拟精度高的器件,但双极型器件在功耗和集成度方面却无法满足系统集成的要求:而CMOS工艺可以制造出功耗高、集成度高和抗干扰能力强的CMOS器件,但其速度低、驱动能力差,在既要求高集成度又要求高速的领域中也无能为力。BiCMOS工艺是把双极型器件和CMO
20、S器件同时制作在同一芯片上,它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集成度、低功耗的优点,使其互相取长补短,发挥各自的优点,它给高速、高集成度、高性能的LSI及VLSI的发展开辟了一条新的道路。20世纪80年代初,基准电压源设计使用BiCMOS工艺,融合了CMOS工艺和双极型工艺的优点,使基准源技术获得了飞速发展并在DCDC集成稳压器、RF电路、A/D转换器等方面得到广泛应用。12 研究意义基准电压源是指模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。模拟电路使用基准源,或者是为了得到与电源无关的偏
21、置,或者为了得到与温度无关的偏置,其性能好坏直接影响电路的性能稳定,可见基准源是子电路不可或缺的一部分,因此性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一。带隙基准源由于能工作于低电源电压下, 温度漂移、噪声和PSRR 等性能能够满足大部分系统的要求,所以带隙基准源在集成电路设计中得到了广泛的研究与应用。随着现今IC产业的发展,要求带隙基准源电路工作电压更低,尽可能处于低功耗,保持高精度,低温度系数以及高PSRR抑制比,因此改进带隙基准源电、路成为现今一个很重要的课题。 集成电路版图是根据逻辑电路与电路功能和性能要求以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜版图,实现集成电路设计的最终输出
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- 基准 电路 版图 设计
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