模拟IC进阶课程学习笔记

在模拟集成电路设计中，CMOS技术是最常见的制造工艺，它被广泛用于制造各种模拟芯片，包括电压基准源，也就是我们所说的Bandgap参考电压源。Bandgap设计的目标是提供一个稳定且具有高精度的电压基准，这在许多模拟电路中至关重要。理想的Bandgap设计应该满足以下几个关键指标： 1. 绝对精度：设计要求Bandgap参考电压具有一定的绝对精度，比如3%或5%，这意味着在整个工作温度范围内，输出电压的偏差应控制在这个范围内。 2. 温漂系数：温漂系数是衡量电压基准随温度变化的程度，一般希望这个系数尽可能小，如20ppm/℃（百万分之二十每摄氏度）。这意味着温度每上升100℃，电压的变化不超过0.2%。 3. 电源电压范围：设计应适应较宽的电源电压变化，以保证在不同电源条件下都能提供稳定的参考电压。 4. 静态工作电流：为了节能和提高效率，静态工作电流应尽可能小，这意味着芯片在待机状态下的功耗较低。 5. PSRR（电源抑制比）：PSRR是衡量电源噪声对输出电压稳定性影响的一个指标，理想情况下，PSRR越高，输出电压受电源噪声的影响就越小。 6. 输出分布范围和噪声：输出电压的分布范围应尽量小，以确保输出一致性；同时，应减少包括Flicker噪声在内的各种噪声，提高电路的稳定性。 7. 启动电路：快速且可靠的启动电路设计能确保电路在开启时迅速达到稳定状态，避免振荡或不稳定现象。 在实际的Bandgap设计过程中，会通过电路仿真来优化各个参数。例如，通过改变电阻值（R1和R4）来调整温度系数，当它们的值减小时，可能会导致正温度系数，而增大时可能降低温度系数。另外，为了改善频率响应，可以引入iprobe器件来分析正反馈和负反馈环路，并通过调整米勒电容和晶体管长度来调整相位裕度和增益。 在低频增益方面，晶体管尺寸的变化对增益的影响可能并不显著，但会影响带宽和相位裕度。例如，增加PMOS晶体管长度可以保持低频增益基本不变，但可能会降低带宽并改变相位裕度。 在噪声分析中，1/f噪声（也称为闪烁噪声）主要来源于晶体管，尤其是M32和M13这样的大晶体管。通过增加晶体管长度，可以有效地减少这种噪声。然而，对于输入晶体管，由于其沟道长度较小，其1/f噪声贡献相对较小，可以通过进一步缩短沟道长度来进一步降低噪声。 总之，模拟IC进阶课程的学习涵盖了Bandgap参考电压源的设计原则、性能指标和优化方法，包括电路仿真、参数调整以及噪声管理等多个方面，这些都是模拟集成电路设计中的核心技能。通过深入理解和实践这些知识，工程师能够设计出更加高效、精准和可靠的模拟电路。