【Bandgap】带隙基准源版图设计实战

带隙基准源版图设计实战

Bandgap Reference是模拟IC中最关键的模块之一。版图设计直接影响温度系数和电源抑制比。

一、PTAT/CTAT原理

带隙基准源利用正温度系数(PTAT)和负温度系数(CTAT)相互补偿：

• PTAT：两个BJT的VBE差值 Delta_VBE = VT * ln(N)，温度系数为正
• CTAT：BJT的VBE，温度系数约-2mV/度
• 输出：VREF = VBE + K * Delta_VBE，选择合适的K使温度系数为零

二、BJT匹配

面积比选择

BJT的面积比N决定了PTAT电压的大小。常用面积比：

• N=8：最常用，精度和面积的平衡
• N=10：更高精度，面积稍大
• N=24：最高精度，面积大

版图布局

; 8:1面积比的共质心布局
; Q1(1x) Q2(8x) Q1(1x) Q2(8x)
; Q2(8x) Q1(1x) Q2(8x) Q1(1x)
; 中心对称，工艺梯度相互抵消

三、电阻阵列匹配

Bandgap中的电阻决定了输出电压精度：

• 使用ABBA或共质心排列
• 电阻值比例精度要求高（通常 < 0.1%）
• Dummy电阻保护有效电阻
• 电阻走线要对称

四、温度梯度考虑

• Bandgap电路需要对称布局
• 远离热源（功率管、数字电路）
• BJT和电阻的温度梯度需要一致
• 必要时使用热隔离槽（Thermal Trench）

五、PSRR版图优化

电源抑制比(PSRR)受版图影响：

• 电源走线要粗，减少IR Drop
• 电源去耦电容靠近Bandgap放置
• 偏置电路的电源要独立走线
• Guard Ring隔离衬底噪声

六、启动电路版图

启动电路虽然不直接影响精度，但需要注意：

• 启动电路远离核心匹配区域
• 启动电路的MOS管不需要高精度匹配
• 启动电路的走线避免与敏感信号交叉

七、实际设计检查清单