0.6μm CMOS带隙基准：低噪声、高精度与快速启动设计

本文主要探讨了一种创新的精密CMOS带隙基准设计，其目标是满足工程实践中的低噪声、高精度和快速启动的需求。设计者采用了UMC公司的0.6μm 2P2M标准CMOS工艺模型库进行仿真，借助HSPICE工具进行了深入的性能评估。 带隙基准的核心原理基于硅材料的带隙电压特性，即这种电压不受温度影响，通过二极管Q1和Q2组成的带隙电压产生器，以及运算放大器OP构建了一个稳定的反馈电路。其中，VT（热电压）和VEB（正向压降）分别具有负温度系数和正温度系数，通过精确控制这两个因素的比例，可以在特定温度下抵消温度变化的影响，实现基准电压的温度稳定性。 设计的带隙基准电路包括差分输入级、有源负载、Cascode电流偏置以及用于形成稳定基准电压的带隙核心电路。当使能信号EN为高电平时，基准被启用，此时基准电流Ib与I0成比例，而I0则是电路的实际工作电流。 设计的关键在于优化电路参数，如电阻R1、R2、R3的比例，以及Q2和Q1发射区面积的比值，以确保在实际制造过程中基准电压的高精度。此外，通过软启动机制，设计者旨在降低初始启动时间，使得基准能够在短时间内稳定输出，这对于许多电子系统中的实时性和响应速度至关重要。 HSPICE仿真结果显示，这款CMOS带隙基准在温度特性、电源抑制比、功耗和启动时间等方面表现出色，这使得它在各种应用环境中都能保持稳定且高效的性能。这种设计对于需要高精度电压参考的电子设备，如信号处理、数据通信和精密测量等领域具有重要意义。