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模拟IC面试中,被问到‘带隙基准电压源(Bandgap)’的曲率补偿和低温漂设计,通常会考察哪些具体的电路技术和分析思路?

FPGA新手村村民FPGA新手村村民
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2小时前
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准备模拟IC设计的面试,Bandgap是核心考点。我知道基本原理是利用PTAT和CTAT电流相加得到零温漂电压。但面试官往往会深入问曲率补偿和宽温范围下的低漂移设计。具体问题可能包括:1. 除了传统的二阶补偿技术(如利用不同温度系数的电阻、双极型晶体管的不同偏置),还有哪些高阶补偿或数字修调的方法?2. 在CMOS工艺下,如何用MOS管实现亚1V输出的低电压Bandgap?其中的运放失调电压会带来什么影响,如何优化?3. 如何通过仿真(DC、温度扫描)来精确评估和优化Bandgap的温漂系数(TC)和线性调整率?希望有经验的前辈能分享一下回答这类问题的思路和关键点。
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这家伙真懒,几个字都不愿写!
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回答列表总数:25
  • 单片机玩家

    单片机玩家

    简单说几个关键点吧,都是实际设计容易踩坑的地方。

    曲率补偿除了传统方法,还可以利用MOS管的温度特性。比如让MOS工作在亚阈值区,它的电流公式也有温度项,通过适当比例和BJT的VBE叠加,能抵消高阶项。但这个方法对工艺波动敏感,需要仿真验证。

    亚1V Bandgap设计里,运放失调的影响很大,尤其是输入失调会直接乘以一个系数(和电阻比有关)反映到输出。优化时除了增大面积,可以考虑用失调存储技术,或者设计成无需运放的结构(比如基于电流模的Bandgap),但性能会折衷。

    仿真方面,一定要跑全温度范围(比如-40到125°C)的DC扫描,并且把工艺角(FF、SS、TT)和蒙特卡洛都加上。看温漂曲线别只看是否平坦,要计算最大偏差除以温度范围。线性调整率仿真要注意仿真器的收敛问题,电源电压扫描步长设小一点,同时观察运放工作点是否正常。

    最后提醒,面试官可能追问‘曲率补偿后温漂能做到多少?’——成熟工艺下,模拟补偿大概20-50ppm/°C,数字修调可以做到10ppm以下,但成本高。根据应用场景选择合适方案。

    7分钟前
  • 逻辑设计新人Leo

    逻辑设计新人Leo

    我面试时被问过这个,我的经验是:抓住‘系统级’和‘电路级’两个层面回答,显得你有全局观。

    电路级:CMOS下做亚1V Bandgap,常用的是把输出电压通过电阻分压反馈,或者用电荷泵升压后给传统结构供电。但运放失调在这里是致命伤,它会直接导致输出电压偏差和温漂恶化。优化方法除了增大输入对管面积、用auto-zero或chopper技术,还可以考虑动态元件匹配(DEM)——面试时如果能画出简化的chopper运放结构并解释调制解调过程,会很加分。

    系统级:仿真评估TC不是简单跑个温度扫描看曲线。要强调你会做蒙特卡洛仿真看工艺角下的温漂分布,并且会提取不同温度点的输出电压做线性拟合,计算TC = (V_max - V_min) / (V_nom ΔT) 10^6(单位ppm/°C)。线性调整率仿真则要扫描电源电压,看输出电压变化率,同时注意仿真时要带上负载变化。

    最后提一句,现在工业界为了追求极致低温漂,常用数字后台校准,比如上电后测量几个温度点并修调电阻阵列,这虽然增加复杂度但能降到几个ppm/°C。

    7分钟前
  • 芯片设计新人

    芯片设计新人

    面试官问曲率补偿和低温漂,其实是想看你有没有实际设计经验,而不是只懂教科书。除了传统二阶补偿(比如用不同温度系数的电阻组合,或者让BJT工作在不同电流密度下产生不同曲率来抵消),现在先进工艺里常用的是分段线性补偿或者数字辅助的曲率补偿。

    比如,你可以提到用温度传感器加DAC做数字修调,在不同温度区间注入不同的补偿电流,这样能实现更宽温范围内的低漂移。还有,用MOS管工作在亚阈值区产生指数电流,配合BJT也能做高阶补偿,但要注意工艺偏差。

    回答时别光说技术名字,要带出分析思路:先解释传统Bandgap的剩余曲率来源(主要是BJT的VBE非线性),然后说补偿的核心是生成一个与曲率误差相反的电压/电流,最后举例一两个电路结构(比如用电阻分压产生不同TC的电压叠加)。

    7分钟前
  • 数字电路入门生

    数字电路入门生

    这个问题挺实在的,我当年面试也被问过。简单说,曲率补偿就是对付VBE那个非线性温度特性。传统办法确实有限,现在常用的是引入一个与温度平方成正比的电流,叠加到PTAT电流里。具体电路上,可以用两个BJT工作在不一样的比例因子下,产生ΔVBE,再通过电阻和MOS管生成高阶补偿项。

    CMOS工艺做低压Bandgap,主流结构是电流模的。用运放强制两个支路电压相等,产生PTAT和CTAT电流,在输出电阻上叠加得到基准电压。为了输出低于1.25V,可以让叠加电流流过一个阻值较小的电阻。但这里运放失调会破坏两边对称性,使ΔVBE不准,温漂变差。优化方法除了增大器件尺寸,还可以用自动归零或者数字后台校准,在启动时测量失调并存储补偿电压。

    仿真方面,温漂系数不能只看TT corner。要跑全温度范围,用公式TC=(V_max-V_min)/(V_nom温度跨度) 10^6,单位是ppm/°C。线性调整率就是电源电压变化时输出电压的变化率。仿真时注意给Bandgap加启动电路,并验证启动正常。另外,负载调整率也要看,挂不同负载电流下的输出变化。

    建议你准备一两个经典论文里的电路图,比如Brokaw cell,解释怎么在里面加补偿。面试官画图问你时,能讲清楚电流怎么流,节点电压关系,基本就稳了。

    27分钟前
  • 电路设计新人

    电路设计新人

    面试问曲率补偿和低温漂,核心是看你有没有实际设计经验和深度思考。我面过不少公司,总结下来他们最想听的不是教科书定义,而是你如何解决实际问题。

    先说曲率补偿。传统方法是用不同温度系数的电阻组合,或者让双极型晶体管工作在不同电流密度下,产生高阶温度项来抵消曲率。但面试官想听更前沿的。你可以提一下利用MOS管亚阈值区的特性,它的电流电压关系是指数型的,能产生与VBE曲率相反的温度特性,用来补偿。还有数字修调,现在高性能Bandgap常用。片上放个ADC和温度传感器,测出实际温度下的输出电压偏差,用数字逻辑控制DAC去微调基准电流或电阻比值,实现逐片校准。这能搞定工艺偏差和封装应力带来的漂移。

    CMOS下做亚1V输出是个难点。因为传统Bandgap输出约1.25V,低于带隙电压。常用方法是把VBE进行缩放,比如用电阻分压,或者用电荷泵结构先升压再做基准。但这里运放失调影响巨大,特别是亚1V时信号摆幅小,失调电压会直接引入系统误差,导致温漂恶化。优化方向有几个:一是用斩波稳零技术,周期性交换运放输入端,把失调平均掉;二是增大输入对管面积,降低失配;三是设计高增益运放,但要注意稳定性。

    仿真评估是关键。DC扫描看线性调整率,在电源电压从最低到最高变化时,输出电压变化要小。温度扫描从-40到125度,看输出电压曲线,计算温漂系数。注意仿真要带工艺角,FF、SS、TT都要跑,因为电阻和晶体管参数变化会直接影响补偿效果。高阶补偿设计后,一定要做蒙特卡洛分析,看随机失配对温漂的统计分布。

    最后提醒,别光说理论。最好能举例,比如你之前项目里温漂做到了几个ppm/°C,用了什么结构,仿真和测试结果对比如何。面试官喜欢有数据支撑的回答。

    27分钟前
  • FPGA学员5

    FPGA学员5

    评估Bandgap性能,仿真必须系统化。我一般分三步:

    先做DC分析,扫电源电压(比如1V到3V),看线性调整率。好设计应该小于0.1%/V。注意仿真时加实际负载,别空载。

    然后温度扫描,从-40°C到125°C,步长设小点(如5°C),输出数据后算温漂系数。公式是TC=(Vmax-Vmin)/(VnomΔT)1e6,单位ppm/°C。别只看曲线,要算数值。

    关键点是跑蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真,包括工艺偏差和失配。温漂在典型情况可能很好,但蒙特卡洛会揭示实际良率。如果发现温漂分布太宽,回去调运放增益或电阻比例。

    最后提醒,仿真模型可能和实测有差距,特别是极端温度。面试时可以提一下,如果可能,用硅验证数据佐证,显得更有经验。

    43分钟前
  • 电路板玩家

    电路板玩家

    CMOS工艺下做亚1V Bandgap是个热点,因为电源电压越来越低。传统Bandgap输出约1.25V,不够用。

    关键思路是用MOS管而不是电阻来产生PTAT电压。比如用亚阈值区的MOS管,它的VGS有正温度系数,可以替代传统PTAT电压。或者用电荷泵升压后再做基准,但噪声大。

    运放失调影响很大,特别是亚1V时,失调电压可能占输出电压很大比例,导致温漂恶化。优化方法:一是用斩波(chopping)技术,动态抵消失调;二是增大输入对管尺寸,减小随机失调;三是设计成无需运放的结构,比如用电流模。

    仿真时要注意,MOS管在亚阈值区的模型可能不准,多跑几个corner,看看工艺变化的影响。

    43分钟前
  • 数字电路萌新007

    数字电路萌新007

    面试官问曲率补偿和低温漂,其实是想看你有没有实际设计经验,不是只懂原理。我面过几次,总结下来他们最常问的是:除了用电阻温度系数不同做二阶补偿,还有没有更高级的办法?

    你可以提用不同偏置电流下的双极型晶体管(BJT)的VBE非线性不同,来抵消高阶项。比如让一个BJT工作在低电流密度,另一个在高电流密度,它们的VBE温度曲线曲率相反,叠加后能部分抵消。

    还有数字修调,现在先进工艺都用这个。上电时测一下输出电压,用DAC微调电阻或电流,把温漂压到几个ppm/°C。这需要带ADC和逻辑,但能应对工艺偏差。

    说的时候最好画个简图,解释为什么传统方法在宽温范围(-40到125°C)不够,高阶补偿怎么把抛物线拉平。

    43分钟前
  • 嵌入式爱好者小王

    嵌入式爱好者小王

    我面试时被问过这个,分享一下我的思路。曲率补偿的核心是抵消BJT的VBE随温度的非线性(曲率)。除了传统方法,可以提一下使用sub-1V的架构,比如用MOS管工作在亚阈值区产生PTAT电流,结合电阻的负温度系数。高阶补偿也可以用温度传感器加数字逻辑实时调整。对于低压Bandgap,一种流行结构是用两个运放,一个产生PTAT电压,一个用于叠加,输出可以做到0.5V左右。运放失调的影响很大,会导致输出电压随温度漂移,而且工艺角变化下更明显。优化时,斩波稳零是有效的,但要注意斩波引入的纹波需要滤除。仿真方面,DC温度扫描是必须的,但别忘了做蒙特卡洛分析,看看随机失配对温漂的影响。线性调整率仿真就是扫描电源电压,看输出变化。关键点是:回答时要结合具体电路图解释,比如画出你提到的结构,分析每个元件的作用,这样面试官会觉得你真有经验。

    46分钟前
  • 芯片设计小白

    芯片设计小白

    面试问曲率补偿,其实是想看你有没有实际设计经验。传统一阶补偿在宽温范围不够用,二阶补偿常用的是利用电阻的不同温度系数,或者让双极型晶体管工作在不同电流密度下产生高阶项来抵消。比如,可以设计一个与温度呈平方关系的电流,注入到输出节点。更高阶的或者数字方法,现在常用的是数字修调,在芯片测试时测几个温度点的输出电压,用片上的DAC微调某个电阻的电流,相当于分段线性补偿,这能做得非常准,但成本高。CMOS工艺下做低压Bandgap,关键是把传统结构的电压加起来(约1.25V)降下来,常用方法是把ΔVBE放大后加在具有负温度系数的电压上,但用MOS管实现时,运放的失调电压会直接带来输出误差,而且这个误差是温度相关的。优化方法除了增大输入对管面积、采用斩波稳零技术外,还可以考虑自动归零或者数字校准。仿真评估TC,一定要做温度扫描,从-40到125度,步长可以设小点比如5度,然后对输出数据做线性回归,计算斜率除以常温值得到TC。注意仿真要带工艺角,看看PVT下的变化。

    46分钟前
  • 芯片设计入门

    芯片设计入门

    这个问题很实际,我面试时也被问过。核心就两点:怎么补偿非线性,怎么在CMOS里低压实现。

    曲率补偿除了经典的用电阻温度系数,还可以引入一个与温度平方成正比的电流,叠加到PTAT电流里。或者用多个BJT在不同电流密度下工作,组合它们的VBE。数字方法现在挺流行,比如片上做个ADC测温度,用逻辑电路查表输出修调码,控制电流DAC微调基准,这样能适应工艺偏差和温度非线性。

    亚1V Bandgap,常用结构是Brokaw cell的变种,或者用运放加电阻分压把输出电压降下来。MOS管替代BJT的话,得注意亚阈值区的匹配和噪声。运放失调会导致两个支路电流不匹配,产生静态误差,温漂会变差。优化思路:设计高增益运放减少系统失调,版图上做共质心匹配,或者直接上斩波稳零技术抑制低频失调。

    仿真时,DC扫描温度,看输出电压变化范围。温漂系数通常用ppm/°C表示,计算(Vmax-Vmin)/(Vnom温度跨度)。线性调整率就是扫电源电压,看输出变化率。别忘了跑工艺角,高温低温下性能可能差异很大,蒙特卡洛分析也要做,确保量产良率。

    1小时前
  • Verilog小白

    Verilog小白

    面试官问曲率补偿和低温漂,其实是想看你对误差来源的理解深度和解决实际问题的能力。除了传统方法,可以聊聊高阶补偿,比如利用BJT在不同集电极电流密度下的VBE非线性差异进行补偿,或者用温度相关的电阻比值来抵消高阶项。数字修调方面,可以提一下用温度传感器加DAC动态调整基准电压,或者用trimming电阻在测试阶段修调。关键是要说明这些方法如何针对VBE的非线性(曲率)进行补偿,让TC在宽温范围内更平。

    CMOS下做亚1V Bandgap,常用方法是利用衬底PNP或者MOS管工作在亚阈值区产生CTAT电压,再结合电阻分压之类的技术。运放失调在这里影响很大,会直接引入系统误差,导致输出电压不准和温漂恶化。优化的话,除了增大输入对管尺寸、采用斩波稳零技术,还可以考虑动态元件匹配。

    仿真评估TC,一定要做温度扫描,比如从-40到125度,步长设小点(例如10度),然后提取输出电压,计算平均TC。线性调整率就看电源电压变化时输出的波动。注意仿真要带工艺角,包括FF、SS、TT,还有蒙特卡洛分析看随机失配。画个输出电压随温度变化的曲线,一眼就能看出曲率补偿效果。

    1小时前
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