低壓低功耗CMOS基準(zhǔn)參考源的設(shè)計.pdf

1、基準(zhǔn)參考源（Reference）是集成電路中一個重要的單元模塊，廣泛應(yīng)用于各種模擬集成電路、數(shù)?；旌闲盘柤呻娐泛推舷到y(tǒng)（SoC）芯片中。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，深亞微米標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝將將成為片上系統(tǒng)（SoC）集成電路設(shè)計的主流，因此本論文基于SMIC 0.18 μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)，采用工作在亞閾值區(qū)MOSFET設(shè)計純CMOS高精度基準(zhǔn)參考源具有一定先進(jìn)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(nèi)容，即亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路模型的研究、亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路的設(shè)計和亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路的誤差修正。 對于亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路模型的研究。首先基于CMOS器件結(jié)構(gòu)和影響MOSFET閾值電壓的因素，分析總結(jié)出MOSFET閾值電壓的表達(dá)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(dá)式，并分析其溫度特性。然后基于SMIC 0.18 μm 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行仿真驗證，得出設(shè)計亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路所必需的理論依據(jù)。接著基于傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)參考源的設(shè)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(zhǔn)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(zhǔn)電路的設(shè)計。首先，根據(jù)提出的兩種亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路模型，設(shè)計了兩款簡單適用的低電壓低功耗MOSFET基準(zhǔn)

4、參考源電路。接著，針對高端消費(fèi)類電子芯片和通信類電子芯片的性能要求，圍繞基準(zhǔn)參考源的溫度系數(shù)和電源抑制比等性能指標(biāo)，設(shè)計了四種低電壓低功耗高性能的亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路。對設(shè)計的每一款低電壓低功耗亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路均進(jìn)行了詳細(xì)的電路原理分析，給出了相關(guān)的電路公式和重要的設(shè)計參考結(jié)論。 第一種亞閾值MOSFET電流?；鶞?zhǔn)電路是基于簡單的電路配置，充分利用了反饋技術(shù)來設(shè)計的。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在一定溫度范圍內(nèi)具有很低的溫漂系

5、數(shù)，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(zhǔn)電壓不能任意調(diào)節(jié)，低頻電源抑制比也不是很高。 第二種亞閾值MOSFET電流?；鶞?zhǔn)電路是利用不同類型的集成電阻溫度系數(shù)的差異來設(shè)計具有高階溫度曲率補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)參考源。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在比較寬的溫度范圍內(nèi)具有較低的溫漂系數(shù)，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?；鶞?zhǔn)電路是利用nMOSFET和pMOSF

6、ET的閾值電壓的差異來設(shè)計具有高階溫度曲率補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)參考源。由于誤差放大器采用了低電壓的設(shè)計策略，因此這種基準(zhǔn)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?；鶞?zhǔn)電路。它主要是采用電壓調(diào)制技術(shù)和提高運(yùn)算放大器電源抑制比的方法，來提高基準(zhǔn)參考源的電源抑制比，其低頻電源增益可以達(dá)到-127 dB。 對于亞閾值MOSFET基準(zhǔn)電路的誤差修正。結(jié)合熔絲微調(diào)技術(shù)和激光微調(diào)技術(shù)，提出了兩種適合深亞