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带隙基准，二阶温度补偿电路 [1]带启动电路，无版图，提供的工艺smic180nm [2]输入...

news 2026/7/12 15:50:36

带隙基准，二阶温度补偿电路 [1]带启动电路，无版图，提供的工艺smic180nm [2]输入电压1.8V，输出电压0.8V [3]可以进行stb dc tran 等仿真

在模拟电路设计中，带隙基准电路（Bandgap Reference）是一个经典且至关重要的模块。它的主要任务是生成一个与温度无关的稳定电压，通常用于为其他电路提供参考电压。今天，我们就来聊聊如何在smic180nm工艺下设计一个带隙基准电路，并且给它加上二阶温度补偿，让它更加稳定。

带隙基准电路的基本原理

带隙基准电路的核心思想是利用两种不同温度系数的电压进行补偿，最终得到一个与温度无关的电压。常见的实现方式是结合双极型晶体管的基极-发射极电压（Vbe）和热电压（Vt）的特性。Vbe具有负温度系数，而Vt具有正温度系数，通过适当的比例叠加，可以得到一个零温度系数的电压。

电路设计

首先，我们需要一个启动电路来确保带隙基准电路能够正常工作。启动电路的作用是在上电时给电路一个初始的激励，避免电路陷入不稳定的状态。下面是一个简单的启动电路代码：

module startup_circuit ( input wire VDD, output wire START ); // 简单的RC启动电路 reg [7:0] counter = 8'b0; always @(posedge VDD) begin if (counter < 8'd255) counter <= counter + 1; end assign START = (counter == 8'd255) ? 1'b1 : 1'b0; endmodule

这个启动电路通过一个计数器在VDD上电后逐渐增加，当计数器达到最大值时，输出START信号为高电平，表示电路已经启动。

带隙基准，二阶温度补偿电路 [1]带启动电路，无版图，提供的工艺smic180nm [2]输入电压1.8V，输出电压0.8V [3]可以进行stb dc tran 等仿真

接下来是带隙基准电路的核心部分。我们使用双极型晶体管和电阻来生成Vbe和Vt，并通过运算放大器进行叠加：

module bandgap_reference ( input wire VDD, input wire START, output wire VREF ); // 双极型晶体管和电阻网络 real Vbe1, Vbe2, Vt; real R1 = 10e3, R2 = 20e3; real VREF; always @(*) begin if (START) begin Vbe1 = 0.7; // 假设Vbe1为0.7V Vbe2 = 0.7; // 假设Vbe2为0.7V Vt = 0.026; // 热电压，室温下约为26mV VREF = Vbe1 + (R2 / R1) * Vt; end else begin VREF = 0; end end endmodule

在这个模块中，我们假设了Vbe1和Vbe2的值，并通过电阻R1和R2的比例来调整Vt的贡献，最终得到VREF。这个VREF就是我们的带隙基准电压。

二阶温度补偿

虽然上述电路已经能够生成一个相对稳定的电压，但在实际应用中，由于工艺偏差和温度变化，VREF仍然会有一定的漂移。为了进一步减小这种漂移，我们可以引入二阶温度补偿。

二阶温度补偿的思路是通过引入额外的电路来补偿Vbe和Vt的高阶温度项。常见的做法是使用电流镜和额外的双极型晶体管来生成一个与温度相关的电流，然后将这个电流反馈到带隙基准电路中。

module second_order_compensation ( input wire VDD, input wire START, output wire VREF ); // 二阶温度补偿电路 real Vbe1, Vbe2, Vt; real R1 = 10e3, R2 = 20e3, R3 = 30e3; real VREF, Icomp; always @(*) begin if (START) begin Vbe1 = 0.7; // 假设Vbe1为0.7V Vbe2 = 0.7; // 假设Vbe2为0.7V Vt = 0.026; // 热电压，室温下约为26mV Icomp = (Vbe1 - Vbe2) / R3; // 生成补偿电流 VREF = Vbe1 + (R2 / R1) * Vt + Icomp * R2; end else begin VREF = 0; end end endmodule

在这个模块中，我们通过R3生成一个与温度相关的补偿电流Icomp，然后将这个电流反馈到VREF的计算中。通过这种方式，可以进一步减小VREF的温度漂移。

仿真与验证

设计完成后，我们需要通过仿真来验证电路的功能和性能。常见的仿真包括STB（稳定性分析）、DC（直流分析）和TRAN（瞬态分析）。

module testbench; reg VDD; wire START, VREF; startup_circuit u1 (.VDD(VDD), .START(START)); bandgap_reference u2 (.VDD(VDD), .START(START), .VREF(VREF)); initial begin VDD = 0; #10 VDD = 1; // 上电 #100; // 等待电路稳定 $display("VREF = %f", VREF); end endmodule

在这个测试平台中，我们首先将VDD置为0，然后在上电后等待电路稳定，最后输出VREF的值。通过这种方式，我们可以验证电路是否能够正常启动并生成稳定的带隙基准电压。