低壓低功耗CMOS基準參考源的設計.pdf

1、基準參考源（Reference）是集成電路中一個重要的單元模塊，廣泛應用于各種模擬集成電路、數?；旌闲盘柤呻娐泛推舷到y(tǒng)（SoC）芯片中。隨著集成電路產業(yè)的發(fā)展和半導體制造工藝技術的進步，深亞微米標準CMOS工藝將將成為片上系統(tǒng)（SoC）集成電路設計的主流，因此本論文基于SMIC 0.18 μm標準CMOS工藝技術，采用工作在亞閾值區(qū)MOSFET設計純CMOS高精度基準參考源具有一定先進性和代表性。 本論文的研究工作主要是包括

2、三個方面的內容，即亞閾值MOSFET基準電路模型的研究、亞閾值MOSFET基準電路的設計和亞閾值MOSFET基準電路的誤差修正。 對于亞閾值MOSFET基準電路模型的研究。首先基于CMOS器件結構和影響MOSFET閾值電壓的因素，分析總結出MOSFET閾值電壓的表達式。直接從亞閾值MOSFET漏源電流（即亞閾值電流）的方程中，得到亞閾值MOSFET柵源電壓表達式，并分析其溫度特性。然后基于SMIC 0.18 μm 標準CMOS工

3、藝模型，對MOSFET閾值電壓和亞閾值MOSFET柵源電壓溫度特性進行仿真驗證，得出設計亞閾值MOSFET基準電路所必需的理論依據。接著基于傳統(tǒng)的帶隙基準參考源的設計原理，利用工作在亞閾值區(qū)的MOSFET的I-V特性，提出了兩種亞閾值MOSFET基準電路模型：電壓模電路模型和電流模電路模型。 對于亞閾值MOSFET基準電路的設計。首先，根據提出的兩種亞閾值MOSFET基準電路模型，設計了兩款簡單適用的低電壓低功耗MOSFET基準

4、參考源電路。接著，針對高端消費類電子芯片和通信類電子芯片的性能要求，圍繞基準參考源的溫度系數和電源抑制比等性能指標，設計了四種低電壓低功耗高性能的亞閾值MOSFET基準電路。對設計的每一款低電壓低功耗亞閾值MOSFET基準電路均進行了詳細的電路原理分析，給出了相關的電路公式和重要的設計參考結論。 第一種亞閾值MOSFET電流?；鶞孰娐肥腔诤唵蔚碾娐放渲茫浞掷昧朔答伡夹g來設計的。其最大的優(yōu)點是在一定溫度范圍內具有很低的溫漂系

5、數，可以在低于1V電源電壓下工作，且功耗也很低，但是其輸出基準電壓不能任意調節(jié)，低頻電源抑制比也不是很高。 第二種亞閾值MOSFET電流?；鶞孰娐肥抢貌煌愋偷募呻娮铚囟认禂档牟町悂碓O計具有高階溫度曲率補償的基準參考源。其最大的優(yōu)點是在比較寬的溫度范圍內具有較低的溫漂系數，但電路中用到了低阻集成電阻，使得芯片的面積較大，而且所需電源電壓高于1V。 第三種亞閾值MOSFET電流模基準電路是利用nMOSFET和pMOSF

6、ET的閾值電壓的差異來設計具有高階溫度曲率補償的基準參考源。由于誤差放大器采用了低電壓的設計策略，因此這種基準電路可以工作在1 V電源電壓下。 第四種是一種高電源抑制比的亞閾值MOSFET電流模基準電路。它主要是采用電壓調制技術和提高運算放大器電源抑制比的方法，來提高基準參考源的電源抑制比，其低頻電源增益可以達到-127 dB。 對于亞閾值MOSFET基準電路的誤差修正。結合熔絲微調技術和激光微調技術，提出了兩種適合深亞