8 无运放的带隙基准设计 工艺角模拟

在集成电路设计中，带隙基准（Bandgap Reference）是提供一个与温度变化较小且稳定的电压或电流源的关键电路模块。本篇教程主要介绍在不使用运算放大器的情况下如何设计带隙基准电路，并通过工艺角（Process Corner）仿真来分析其在不同制造条件下的性能稳定性。工艺角仿真是一种考虑工艺偏差、电源电压以及温度变化影响的电路仿真技术，用于验证电路设计在不同工艺条件下的性能。 教程强调了在电路设计中选择合适的宽长比（W/L ratio）对于确保电路性能优化的重要性。宽长比是MOS晶体管设计中的一个关键参数，它直接影响着晶体管的电学特性，如阈值电压、电流驱动能力等。在无运放带隙基准电路设计中，元件参数的设置对于电路性能至关重要，例如，晶体管Q1和Q3的Multiplier项设置为1，Q2设置为8，这样的设置将影响带隙电压的大小和温度系数。 接下来，介绍了如何进行电路仿真。通过ADE（Analog Design Environment）的DC分析，可以观察到输出电压随温度变化的关系。通过瞬态分析（Transient Analysis）可以观察到电路在稳定状态下的输出稳定性，并通过直流扫描（DC Sweep）比较瞬态分析结果，验证电路性能。 工艺角分析是本教程的重点，其目的是为了确保电路设计在实际制造过程中具有良好的鲁棒性。PVT是工艺、电压、温度三个因素的缩写，它们的组合变化体现了工艺角的变化。在本教程中，使用了smic库中的MOS管五种工艺角（ss, tt, ff, snfp, fnsp）以及电阻和电容的三种工艺角（tt, ss, ff），共计45种组合的可能性。 为了进行工艺角仿真，教程中详细说明了如何在ADE窗口中选择工具、添加工艺角，并对模型信息进行设置。通过选择不同的工艺角组合进行仿真，能够评估在工艺变化下电路的性能表现。 在本教程中，特别提到了在-40℃到+125℃的有效温度范围内，如何对电路进行温度扫描，以及如何保存仿真设置，为后续分析提供数据。 在实践过程中，电路设计者将学会如何利用Cadence Virtuoso软件进行电路图的设计、元件参数的设置、仿真参数的配置以及工艺角分析。通过这个过程，设计者能够深入理解带隙基准电路的工作原理，以及工艺角变化对电路性能的影响，进而优化电路设计，确保电路在不同的生产条件下仍能保持稳定的性能。 通过仿真结果可以观察到，即使在不同的工艺角和宽温度范围内，带隙基准电路的输出电压变化非常小，从而验证了电路设计的鲁棒性和实用性。这样的仿真过程对于设计符合工业标准的集成电路是必不可少的，它确保了电路在实际应用中的可靠性和稳定性。