Cadence带隙基准电路设计BGR_OP仿真设置与温度特性验证方法

ADE里温度扫描设好跑完，Vref曲线从-40度到125度拱起来一个包，顶点在60度附近，最高点和最低点差1.8mV，用计算器敲ppm出来12.6，还行但不算漂亮。第一次跑的时候只设了温度范围忘了设步长，默认一步跳完，出来的曲线就两个点，重设Step Size为5度才看到完整的抛物线。

OP仿真在建BGR之前先单独跑一遍。BGR里那个运放，开环增益不够的话两个支路电压对不齐，Vref随温度的变化会偏离设计值。OP单独搭一个测试电路，输入加共模电平，跑DC分析看工作点，region=2说明管子都在饱和区，再看增益，Av低于60dB的话回去调输入对的W和L，输入管的长L加大增益涨得快功耗不怎么变。运放的输出摆幅也要够，BGR里运放输出要驱动PMOS电流镜的栅极，摆幅不够的话电流镜进入线性区，整个基准就废了。

把OP放回BGR电路里再跑一次直流仿真。ADE里选Analysis→Choose→dc，Sweep Variable选Temperature，Sweep Range填-40到125，Step Size给5度，Sweep Type选Linear，Number of Steps可以填200跑得细一点。输出信号选Vref那个节点，跑完在Results里看Direct Plot→DC，Vref随温度变化的曲线直接出来。曲线应该是一个开口向下的抛物线，顶点大约在27度到60度之间，顶点两侧对称性看设计质量。

温度系数ppm的公式，Vmax减Vmin再除以Vavg乘以(Tmax减Tmin)再乘1e6。Vmax和Vmin从曲线上读，或者用计算器的ymax和ymin函数直接取，Vavg用average函数算。把公式输到ADE的Outputs→Setup里，每次仿真自动算一遍显示在结果窗口。ppm小于20可用，小于10算好，个位数是目标。之前那版12.6ppm，把R2的segments从4调到6之后降到8.3，调整的是PTAT和CTAT的权重比例。

工艺角温度扫描的时候，TT角单独跑一遍做基准，然后FF角和SS角各跑一遍，三个角的曲线叠在一起看。FF角Vref偏低，SS角偏高，这是正常的，关键是三个角之间的分散度。分散度大了说明BJT面积比或者电阻匹配没做好，Q1和Q2的multiplier从1比8改成1比7或者1比9试试。电阻的工艺角影响比BJT大，poly电阻的tc1和tc2在模型里有定义，扫不同电阻角的时候曲线形状会变，R1和R2的比值不变但绝对值变了，PTAT电流跟着变，Vref的顶点温度就漂了。

温度曲线跑出来不收敛的情况，msg文件里看是不是DC analysis failed at temperature=xx。最常见的原因是启动电路在某个温度下把主电路关掉了，或者运放的偏置在低温下跑偏了。把仿真器从spectre换成spectreX试试，收敛算法不一样。还不行的话在DC分析的Options里把dc_pivot_check设成yes，它会在不收敛的时候自动做节点电压的pivot检查，帮定位问题。低温下如果BJT的beta掉得厉害，基极电流不可忽略，Vref会偏，这种情况在BJT模型里确认一下beta的温度系数。

后仿的时候温度曲线可能跟原理图仿真差得远，主要是寄生电阻和电容的影响。版图里BJT的匹配、电阻的匹配、运放输入对的对称性都要考虑。跑后仿之前先把寄生参数提取的RC reduction做一下，不加reduction的话节点数量爆炸，仿真时间指数级涨。后仿的ppm一般比前仿大两三个点，能压到15以内就算成功。D:\Cadence\BGR\sim\下面放着前仿和后仿的spectre状态文件，那个后仿的ppm还没看，提取参数是……

字幕有误

订正为温度范围的绝对值

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