响应曲面优化的带隙基准电压源电路、优化方法及其应用

摘要

本发明涉及响应面优化的带隙基准电压源电路、优化方法及其应用，属于半导体模拟集成电路设计领域，本发明响应曲面法应用于带隙基准电压源的电路设计中，通过带隙基准电压源的电路结构分析，选出4个显著影响电路设计指标的参数进行27组的试验组合，然后通过多元二次响应面回归分析建立响应面模型、实施方差分析判别模型精度等针对带隙基准电压源电源的性能指标进行迭代优化，最终完成带隙基准的温度系数这一指标的最小化设计。

说明书

技术领域

本发明属于半导体模拟集成电路设计领域，涉及算法优化电路，具体地涉及响应面优化的带隙基准电压源电路。

背景技术

带隙基准电压源电路是模拟集成电路的重要组成部分，其广泛应用于线性稳压器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、锁相环(PLL)等电路中。

高性能带隙基准电压源能够提供一个不受工艺、电源电压和温度(PVT)波动影响的恒定基准电压。

带隙基准电压源电路通过为有源器件提供恒定的偏置电压，能够有效地稳定电路节点和大信号分析的直流工作点，其受PVT波动影响时的输出电压精度对稳定器件乃至系统性能起到重要作用。

响应曲面法结合了特定数学和与统计方法之集合所衍生出的方法论，其目的在协助研究人员对科学系统或工业制程中最佳产品设计、制程改善、系统最佳化等问题提供一套分析、求解程序，尤其是当系统特性受大量非线性变量的影响，解决多变量问题的一种可视化统计方法。其对所感兴趣的响应受多个变量影响的问题进行建模和分析，然后来优化这个响应。

响应曲面法是一种最初应用于优化生物过程的统计学实验设计，采用该方法以建立连续变量曲面模型，对影响生物过程的因子及其交互作用进行评价，确定最佳水平范围，而且所需要的试验组数相对较少。

发明内容

为优化带隙基准电压源电路多变量参数的能力，本发明应用响应面的实验设计模式之一的Box-Behnken Design对此带隙基准电压源电路优化分析，得到了温度系数显著缩小的优化结果。因此，本发明的目的一在于提供一种应用响应面优化带隙基准电压源电路的方法，目的二在于提供一种响应面优化的带隙基准电压源电路，目的三在于提供所述优化的带隙基准电压源电路的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种应用响应面优化带隙基准电压源电路的方法，步骤如下：

步骤一、带隙基准电压源电路输出电压的温度系数计算公式为：

步骤二、对步骤一选取的四个自变量分别进行爬坡试验，通过得到的最小ΔV

步骤三、在响应曲面中采用Box-Behnken Design方法，在步骤二得到的各自变量的选取范围内取值进行试验组合，通过对电路在-40～130℃下做直流仿真，得到不同组合下的输出电压ΔV

步骤四、根据步骤三得到的输出电压ΔV

步骤五、将步骤四所得的优化结果代入温度系数计算公式，完成带隙基准的温度系数的最小化设计。

进一步地，所述带隙基准电压源电路由晶体管MP

更进一步地，针对所述带隙基准电压源电路，步骤二中每个所述自变量的选取范围分别为：晶体管MP3/4的沟道长度L的选取范围为0.9μm～10μm、电阻R

本发明还请求保护如权利要求1所述的方法优化后的带隙基准电压源电路。

本发明另外还请求保护所述优化后的带隙基准电压源电路在线性稳压器、模数转换器、数模转换器或锁相环电路中的应用。

有益效果：

本发明将响应曲面法应用于带隙基准电压源的电路设计中，通过对带隙基准电压源的电路结构分析，选出显著影响电路设计指标的参数并进行试验组合，然后通过多元二次响应面回归分析建立响应面模型、实施方差分析判别模型精度等针对带隙基准电压源电源的性能指标进行迭代优化，最终完成带隙基准的温度系数这一指标的最小化设计。

附图说明

图1是带隙基准电压源电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示为带隙基准电压源的电路设计图，电路由晶体管MP

所述的带隙基准电压源，利用电路中具有正、负温度系数的电压相叠加，获得具有零温度系数的输出基准电压值。

考虑到输出基准电压对温漂和电压的精度要求很高。这里利用响应曲面法来优化电路的温度系数这一指标。由于电压的温度系数(Temperature Coefficient)计算公式为：

这里将ΔV

首先对每一个自变量进行爬坡试验，结果如下表1-4所示，以此得到最小的ΔV

表1：随着MP3/4的沟道长度L的变化输出电压ΔV

通过表1可以得到晶体管MP3/4的沟道长度L的选取范围为1μm～10μm。

表2：:随着电阻R

通过表2可以得到电阻R

表3：随着电阻R

通过表3可以得到R

表4：随着电阻R

通过表4可以得到R

在响应曲面中采用Box-Behnken Design方法，进行4个显著影响电路设计指标的参数选择27组数据(包含3组中心试验)进行组合，通过对电路在-40～130℃下做直流仿真，得到输出电压ΔV

表5：27组仿真数据下的输出电压ΔV

通过建立响应面模型可得到电路的优化结果，将其代入电路进行仿真分析，响应曲面优化结果与实际电路仿真结果对比如表6所示。

表6：响应曲面优化结果与实际电路仿真结果对比结果。

通过表6可知，响应面优化和实际电路仿真的输出结果相差不大，表明响应面的结果是可取的。

将优化前后的ΔV

表7：实际电路优化前与优化后的仿真结果对比结果。

通过响应曲面的思想得到的优化结果代入带隙基准电压源电路进行仿真，我们可以看出其温度系数将近缩小了一倍，也表明响应曲面对于此电路温度系数这一性能指标的优化是有效的。

需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。