CMOS模拟芯片设计：Bandgap与电源抑制比分析

"模拟IC进阶课程学习笔记" 在模拟集成电路设计中，CMOS模拟芯片设计仿真是一项核心技能。这门课程关注的重点是Bandgap设计，即设计一个能提供稳定电压基准的电路，该基准电压在各种条件下具有高度的精度和稳定性。设计目标通常包括以下几个方面： 1. 绝对精度：确保电压基准在3％至5％的范围内稳定，以满足不同应用的需求。 2. 温度系数：目标是使温漂系数低于20ppm，以减少温度变化对基准电压的影响。 3. 电源电压范围：设计应能在较宽的电源电压下工作，确保在不同的供电环境下仍能正常运行。 4. 静态工作电流：要求尽可能小，以节省能源并减少发热。 5. PSRR（电源抑制比）：高PSRR意味着输出电压对电源电压变动的敏感度低，有助于保持输出稳定。 6. 输出分布和噪声：尽量减小输出噪声，特别是Flicker噪声，以提高电路的信噪比。 7. 启动电路：设计可靠的启动电路，确保IC能够快速、稳定地启动工作。 8. 面积效率：在满足性能要求的同时，尽量减小芯片面积，降低成本。 在实际设计过程中，会通过电路仿真来验证和优化设计。例如，通过直流仿真分析电路在稳态下的工作情况，选择合适的输出点，计算温度系数以评估温漂。当调整R1和R4的电阻值时，可以观察正负温度系数的变化，从而调整电路参数以实现理想的温度特性。 频率响应分析涉及环路增益和相位裕度的测量。通过iprobe器件监测正反馈和负反馈环路，通过改变米勒电容和晶体管尺寸来调整相位裕度和低频增益。例如，增加晶体管长度可以提高低频增益，但对总增益的影响可能较小。同时，改变晶体管尺寸会影响带宽和相位裕度，需要找到最佳平衡点。 噪声分析是另一关键环节，主要关注1/f噪声和电流噪声。M32和M13等晶体管的1/f噪声通常是主要来源，通过增大晶体管长度可以降低噪声。而输入晶体管的沟道长度减小可以减少其噪声贡献。通过调整晶体管尺寸，可以优化1/f噪声，同时关注电流噪声的来源，并通过改变工作电流来控制它。 在瞬态仿真（Tran仿真）中，添加阶跃信号来模拟电源启动过程，观察VDD上升曲线、输出曲线以及启动电路的行为，确保在电源开启时能平稳过渡。此外，交流仿真（Ac仿真）用于评估电源抑制比，特别是在不同频率下的表现。通过RC滤波可以改善高频电源抑制比，并对噪声进行滤除。 在可靠性设计方面，需要考虑电路在高低温条件下的性能。通过设置不同温度进行仿真，检查直流特性、噪声、电源抑制比和稳定性，确保在极端环境下电路仍能正常工作。例如，低温环境下，需要分析电路的性能变化并作出相应调整。 这个模拟IC进阶课程涵盖了Bandgap设计的多个关键方面，包括电路设计、仿真分析和可靠性评估，旨在培养学生全面理解并掌握模拟集成电路设计的核心技术。