亚阈值基准电流源

• 结构根据电流大小、温度范围和功耗确定
• 理论计算，确定大概值
• 对结构进行DC模拟，确定管道在适当的静态工作点工作
• 然后交流模拟管道，确定PSRR，更改管道参数PSRR更好
• 根据计算的总电阻值，在其附近DC扫描，确定电流是必要的，如果电流不够也没关系
• 设置一个电阻值为变量，另一个用总值和变量扫描，找到最小值ppm，确定此时的两个电阻比，然后将其中一个设置为变量，另一个用比例表示，扫描并找到合适的电流。此时，确定总电阻值，然后用总电阻值和变量表示另一个电阻。扫描并找到最小值ppm时的阻值
• 回来看看静态工作点和PSRR
• 就这样

要求：

• 电流 1 μ A 1\mu A 1μA
• 工作电压 < 1.5 V <1.5V <1.5V
• P S R R < ? 40 d B PSRR<-40dB PSRR<?40dB
• 一阶温度补偿
• 温度范围 ? 40 ℃ ? 125 ℃ -40℃-125℃ ?40℃?125℃

结构 理论计算 设置 ( W / L ) 2 ( W / L ) 1 = K \frac{(W/L)_{2}}{(W/L)_{1}}=K (W/L) 1 ​(W/L)2​​=K 电阻上压降 V R = n V T ln ⁡ K V_{R}=nV_{T}\ln K VR​=nVT​lnK 令 n = 1.5 ， V T = 26 m V ， K = 8 n=1.5，V_{T}=26mV，K=8 n=1.5，VT​=26mV，K=8 令 I = 1 μ A = n V T ln ⁡ K R I=1\mu A=\frac{nV_{T}\ln K}{R} I=1μA=RnVT​lnK​， R = 81.1 k R=81.1k R=81.1k 用的是 1.8 V 1.8V 1.8V的MOS管 K n ′ = 252 μ A / V 2 ， K p ′ = 81 μ A / V 2 \color{blue} {K^{'}_{n}=252\mu A/V^{2}}，\color{blue} {K^{'}_{p}=81\mu A/V^{2}} Kn′​=252μA/V2，Kp′​=81μA/V2 V t h 0 n = 0.45858 V ， V t h 0 p = − 0.502911 V \color{blue} {V_{th0n}=0.45858V}，\color{blue} {V_{th0p}=-0.502911V} Vth0n​=0.45858V，Vth0p​=−0.502911V 假设MOS的 V D S , s a t ≈ 0.1 V V_{DS,sat}\approx 0.1V VDS,sat​≈0.1V I = 1 2 K n ′ W L V D S , s a t 2 = 1 μ A I=\frac{1}{2}K^{'}_{n}\frac{W}{L}V^{2}_{DS,sat}=1\mu A I=21​Kn′​LW​VDS,sat2​=1μA N M O S 的 W L = 0.8 μ 1 μ NMOS的\frac{W}{L}=\frac{0.8\mu}{1\mu} NMOS的LW​=1μ0.8μ​ I = 1 2 K p ′ W L V D S , s a t 2 = 1 μ A I=\frac{1}{2}K^{'}_{p}\frac{W}{L}V^{2}_{DS,sat}=1\mu A I=21​Kp′​LW​VDS,sat2​=1μA P M O S 的 W L = 5 μ 2 μ PMOS的\frac{W}{L}=\frac{5\mu}{2\mu} PMOS的LW​=2μ5μ​ NM2的Multiplier设置为8，其他管子都是1

仿真分析

• 绘制电路原理图
• 确定静态工作点 按照刚刚的结构图绘制原理图，电阻使用 a n a l o g l i b analoglib analoglib的 r e s res res理想器件( 81.1 k 81.1k 81.1k)，然后直流仿真，观测静态工作点，发现电流有偏差，调节所有NMOS的宽长比，直接全部选中， Q ， a p p l y t o , c u r r e n Q，apply to ,curren Q，applyto,current改为 a l l s e l e c t all select allselect，经过仿真，在 W L = 1.39 \frac{W}{L}=1.39 LW​=1.39时电流为准确 1 μ A 1\mu A 1μA 由于沟道长度调制效应，我可以通过增加W和L的值来获得合适的版图布局，不然 1.39 μ 1.39\mu 1.39μ怎么画。。。经测试 W L = 68 μ 68 μ \frac{W}{L}=\frac{68\mu}{68\mu} LW​=68μ68μ​最准确，但是没什么用，因为下面的电阻一会儿还要进行温度补偿，会有所改变，我这里设置 W L = 10 μ 10 μ \frac{W}{L}=\frac{10\mu}{10\mu} LW​=10μ10μ​，电流大概在 1.01 μ A 1.01\mu A 1.01μA
• PSRR 此时在电源电压上加1V的交流，进行PSRR仿真，大概在40dB，符合要求
• 确定阻值 之后，把电阻变成两个温度系数相反的电阻，在电阻设置里面，把caculated parameter 改为 l e n g t h length length，设置其中一个阻值为变量r，那么另一个为 （ 81100 − r ） （81100-r） （81100−r）,记得加括号 直流扫描温度 （ − 40 − 125 ） （-40-125） （−40−125），同时把 r r r也步进扫，发现电流不够。。。。刚刚理想电阻够来着，此处笑哭，所以，这时候需要一个方法，就按这个 81.1 k 81.1k 81.1k来，扫描电阻 r r r，得到最小的 p p m ppm ppm对应的 r r r，此时， r = 15.3 k r=15.3k r=15.3k，另一个为 65.8 k 65.8k 65.8k，温度系数 220 p p m 220ppm 220ppm左右，电流不够，小于 1 μ A 1\mu A 1μA，65.8/13.3=4.3，有这个比例就好说了，把下面那个电阻的 （ 81100 − r ） （81100-r） （81100−r）变为 （ 4.3 ∗ r ） （4.3*r） （4.3∗r），再扫 r r r，刚刚电流不够，应该是往小扫了，找到电流在 1 μ A 1\mu A 1μA左右，此时 r = 13.47 k r=13.47k r=13.47k，总阻值为 71.4 k 71.4k 71.4k，此时再 （ 71400 − r ） （71400-r） （71400−r）扫，找到最小 p p m ， r = 13.8 k ppm，r=13.8k ppm，r=13.8k
• 确定工作点 确定电阻后，再次DC仿真，确定静态工作点合适
• 确定PSRR 再交流仿真，PSRR如下：
• 确定电源电压范围 再把电源电压设置为变量，扫描得电源电压范围为 （ 0.7 V − 1.8 V ） （0.7V-1.8V） （0.7V−1.8V）
• 电流随温度变化结果 经计算温度系数为 263.1 p p m 263.1ppm 263.1ppm