0.6V电源电压的CMOS基准源设计及稳定性分析
0.6V电源电压的CMOS基准源设计及稳定性分析
法 对 其 中的 自偏 置 放 大 器 和核 心 电路 的 环路 特 性 进 行 了 分 析 ． 片 输 出 的 基 准 电压 为 ０ ４ 工 作 电 流 为 ４ ８ Ａ， 芯 ． Ｖ， ．Ｆ 在 一４ ～ １ ０ 范 围 内温 度 系 数 小 于 ８ ｐ ｍ／ ， 积 （ 包 括 Ｐ Ｄ） ０ ０ ５ ０ ２℃ ０ｐ ＇ 面 Ｃ 不 Ａ 为 ． ４ ｍｍ。 ．
王 晗 叶 青
（ 中国 科 学 院 微 电子 研 究 所 ，北 京 １０２） ０ ０ ９
摘 要 ：在 Ｓ Ｃ ０ １ ｔ Ｃ ＭＩ ． ８ ｍ ＭＯＳ工 艺 下 实 现 了 一 种 工 作 在 ０ ６ １ ５ 下 的 基 准 源 ． 别 采 用 环 路 增 益 法 和 返 回 比 ￣ ．～ ． Ｖ 分
图 １ 低 电源 电 压 的基 准 源 电路 图
Ｆｉ １ Ｓ ｈｅ ａ ｉ ｆ ｔ ｏｗ ｇ． ｃ ｍ ｔｃ ｏ ｈｅ ｌ ｐｏｗｅ ｏｌａ ｅ ｒ ｆ － ｒ ｖ ｔ ｇ ｅ ｅｒ
ｅ ｃ ｉｃ ｉ ｎ ｅｃｎ ｈ ｎ ｉ ．ｃｃ Ｅ ｉ： ａ ｇ ａ ＠ ｍｅ ａ ．ｎ
益法 （ｏ ｐ ｇ ｉ ， １ｏ ａｎ 以下 简 称 ａ ） 返 回 比法 （ｅｕ ｎ ｆ和 ｒｔｒ
至 ０６ ． ． Ｖ
ｒｔ ， ａｉ 以下 简称 ＲＲ） 放 大器 和核 心 电路 的环 路稳 ｏ 对 定性 进行 了分 析 ． 片测 试 结 果 表 明 了完 全 可 以在 流 现有 的 ０ １ 标 准 Ｃ ．８ ｍ ＭｏＳ工 艺 条 件 下实 现 ０ ６ ． Ｖ 电源 电压 的基 准源 ．
１ 引言
基 准 源 由于 具 有低 温 度 系 数 的特 性 ， 因而 被广 泛应 用 于模 拟和 数 字 电路 中． 统 的带 隙 基 准 源利 传 用 与绝 对温度 成 正 比的 电路来抵 消 双极 晶体 管基极 发射 极结 的负 温 度 特性 ， 出 电压 一 般 为 硅 的 带 输 隙 电压 １２ Ｖ左 右［ ． ．５ １ 随着 深亚 微 米 集成 电路 工 艺 ］ 和手持 移 动设备 产 业 的 飞速 发 展 ， 电源 电压 和 低 低 功耗 的模 拟 电路设 计 正 成 为研 究 的热 点 ． 据 国际 根 半导 体 工 业 协 会 （ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒｉｄ ｓｒ ｓｏ ｉ－ ｓｍｉｏ ｄ ｃｏ ｎ ｕｔｙ ａｓｃａ ｔ ｎ ＳＡ） 出 的 预 测 ，０ ７年 低 功 耗 芯 片 的 电源 ｉ ，Ｉ 做 ｏ ２０ 电压 将低 至 ０ ８ ２． ． Ｖ［ 这对基 准 源 的设 计是 一个 严 峻 ］
CMOS_带隙基准源的设计(IC课程设计报告)
1
图 1、带隙基准电压源原理示意图(选自 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits)
2
3 设计过程 3.1 电路结构
图 2、带隙基准电路中运算放大器的电路结构
《IC 课程设计》报告
——模拟部分
CMOS 带隙基准源的设计
华中科技大学电子科学与技术系 2004 级学生 张青雅
QQ:408397243 Email:zhangqingya@
2007 年秋大四上学期 IC 课程设计报告
1
目录
1 设计目标........................................................................................................................................1 2 介绍 ...............................................................................................................................................1 3 设计过程........................................................................................................................................3
LambdaN=0.0622 由跨导公式可以算出：
ADC中高精度CMOS基准电源的设计
ADC中高精度CMOS基准电源的设计4青岛展芯微电子科技有限公司摘要：本论文针对ADC中高精度CMOS基准电源的设计进行研究。
通过对现有研究进行综述，并提出针对高精度CMOS基准电源的设计思路。
论文详细介绍了电路的拓扑结构、器件选型及布局等方面的实现。
借助仿真软件进行系统仿真，并对包括电压稳定度、温度稳定度、功耗、噪声等指标的仿真结果进行分析。
关键词：ADC；CMOS基准电源；高精度；电路设计；仿真分析一、研究背景和意义1.CMOS基准电源的重要性在模拟数字转换器（ADC）电路中，基准电源是确保ADC精度和性能的关键因素之一。
基准电源提供了稳定的参考电平，用来确定模拟电压与数字码之间的对应关系。
CMOS基准电源由于其低功耗、高精度和低噪声等优点，成为ADC设计中不可或缺的组成部分。
首先，CMOS基准电源具有低功耗的特性，可以降低整个系统的能耗。
这对于需要长时间运行或电池供电的应用非常重要，可以延长设备的使用寿命，并降低维护成本。
其次，CMOS基准电源具有高精度的特点，能够提供稳定且准确的参考电平。
这对于ADC的精准采样和转换是至关重要的。
高精度的基准电源可以减小ADC的非线性和偏差，从而提高转换的准确性和重现性。
此外，CMOS基准电源还具有低噪声的特性，能够减少电源的干扰和噪声对ADC的影响。
低噪声的基准电源可以提高ADC的信噪比和动态范围，保证输入信号的清晰度和准确性。
2.高精度基准电源在ADC中应用的意义高精度基准电源能够提供稳定可靠的参考电平。
由于信号的转换是基于基准电平进行的，如果基准电源不稳定，就会导致ADC输出的数据存在偏差或误差。
而高精度基准电源通过提供稳定的参考电平，确保了ADC在采样和转换过程中的准确性。
高精度基准电源能够提高ADC的采样精度。
采样精度是指ADC对输入信号进行离散化时的精度。
通过提供高精度的基准电源，ADC能够更准确地对输入信号进行采样和量化，从而提高数据的精确度和分辨率。
一种高性能的低压CMOS带隙基准电压源的设计
一种高性能的低压CMOS带隙基准电压源的设计安胜彪;侯洁;魏月婷;陈书旺;文环明【摘要】提出一种新型的芯片内基准电压源的设计方案,基准电压源是当代数模混合集成电路以及射频集成电路中极为重要的组成部分.为满足大规模低压CMOS集成电路中高精度比较器、数模转换器、高灵敏RF等电路对基准电压源的苛刻需要,芯片内部基准电压源大部分采用基准带隙电压源.研究并设计了一种低功耗、超低温度系数和较高的电源抑制比的高性能低压CMOS带隙基准电压源.其综合了一级温度补偿、电流反馈技术、偏置电路温度补偿技术、RC相位裕度补偿技术.该电路采用台积电(TSMC)0.18 μm工艺,并利用Specture进行仿真,仿真结果表明了该设计方案的合理性以及可行性,适用于在低电压下电源抑制比较高的低功耗领域应用.%This article proposed a new design of a chip benchmark power sourse, which is a very important component of mixed signal IC and RF integrated circuit. To meet the requirement of low voltage and large-scale integrated CMOS circuit of high-precision, the use of reference source is rigors forA/D and D/A converter, high sensitive RF circuits and so on. Most parts of the benchmark source employ benchmark bandgap voltage source on chip, so a low power consumption, low temperature coefficient and high performance low pressure CMOS bandgap benchmark voltage source with higher PSRR is designed. It uses one level temperature compensation, current feedback technology, offset circuit temperature compensation technology and RC phase margin compensation technology. This circuit adopts the 0. 18 urn process of TSMC, and uses the Specture to simulate. The simulation result verifies the feasibility and rationality of the design.The circuit can be uesd for low voltage and tow power consumption with higher PSRR.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】5页(P325-329)【关键词】带隙;基准电压源;低温度系数;高电源电压抑制比【作者】安胜彪;侯洁;魏月婷;陈书旺;文环明【作者单位】河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TN45集成电路技术和半导体工艺发展至今，特别是在深亚微米和超深亚微米CMOS技术的支持下，在数据接收系统、数模转换器、电压控制器、各种芯片的驱动以及各种测量设备中的基准带隙电压源应用都非常广泛。
0.6V电源电压的CMOS基准源设计及稳定性分析
T 通信作者. Email :Wan an @i me .ac .cn 2005- 12- 05 收到 2006- 03- 25 定稿
通常在基准源电路中需要启动电路使得系统上
电时电路能够进入正常的工作状态. 而自偏置放大 器电路往往也存在启动问 题[15 . 当 电 路 处 于 非 工 作 状况时9放大器的输入端电压初始值为零9而输出电 压由于寄 生 电 容 的 存 在 可 能 位 于 一 个 比 较 高 的 电
关键词!基准源;超低电压;自偏置;稳定性;环路增益;返回比
EEACC :1205 ;1290
中 图 分 类 号 !T N402
文 献 标 识 码 !A
文章编号!0253- 4177 "2006 #08- 1508- 06
1 引言
2 基准源电路的温度特性分析
基准源由于具有低温度系数的特性 因而被广
泛应用于模拟和数字电路中. 传统的带隙基准源利 用与绝对温度成正比的电路来抵消双极晶体管基极
g m P Mn
g g 和 0 N Mn
0 P Mn
分 别 是 MOS 管 N Mn
P Mn n =1 2 3
的跨导和输出导纳
=
S P M2 3 S P M1
>
S S
N M1 N M0
是电流从偏置电路
P
M0
复制到输入级负载
管 P M2 3 的比例系数. 本文定义正反馈带来的增益
增强系数为
E=
1
7
2>
高性能CMOS带隙基准电压源及电流源的设计
图 2 中，AMP1 为二级运算放大器， 电路图如 图 3 所示。电路中， 运放工作在深度负反馈状态， 使 a 和 b 两点电压相等，其输出作为驱动的同时还 作为自身的偏置电路，采用自偏置电路可以大大降 ［2 ］ 低电路的工作电流， 并节省了元件 。 由于运算 放大器的引入， 会带来运放失调的问题， 一方面， 运放采用大尺寸器件， 运放输入管的 W / L = 400 / 20 ，另一方面仔细设计版图的布局，使失调减少。
Abstract： The super performance CMOS bandgap voltage reference and current reference were described. In order to reduce the influence of distortion voltage of operational amplifier，twopn seriesconnection structure and large size devices were used. A cascode current mirror was used to produce the bias current，the errors resulted from the effect of the channel length modulation of PMOS were reduced. On the base of the voltage reference，a current reference was presented by adding a positive temperature coefficient current and a negative temperature coefficient. The circuit was fabricated by CSMC 0. 5 μm CMOS technology，the Spectre simulation results show that voltage reference has a temperature coefficient of 20. 4 × 10 － 6 / ℃ from － 40 ℃ to 85 ℃ when the power supply voltage is 5 V and a line regulation is 1. 9 mV / V. The current reference has a temperature coefficient of 27. 3 × 10 － 6 / ℃ with a PSRR of 57 dB. Key words： CMOS； bandgap reference； operational amplifier； PSRR； temperature coefficient EEACC： 2570D 影响 A / D、 D / A 转换精度， 甚至影响到整个系统 的精度和性能。因此设计一个高精度的基准源具有 十分重要的现实意义。由于带隙基准源电路能够实 现高电源抑制比和低温度系数， 且可与标准 CMOS 工艺兼容，因而得到广泛的应用。 本文设计的基准源主要用于 12 位 A / D 转换器
高精度CMOS基准电压源设计
ｆ Ｓ ＭＩ Ｃ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ） ， ｗｅ ｇ ｏ ｔ ｐ ｒ ｅ ｔ ｔ ｙ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｒ ｔ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＣＭ ０Ｓ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ 。 ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ， Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｈ ｉ ｇｈ ＰＳ ： ＲＲ
Ｋ ［ １ ］ 。将 Ｖ Ｔ 乘 以常数Ｋ并和Ｖ Ｂ Ｅ 相加 就得 到输 出 电压Ｖ Ｒ Ｅ Ｆ ：
０ 引 言
0.6um 12V BiCMOS工艺开发与器件特性研究的开题报告
0.6um 12V BiCMOS工艺开发与器件特性研究的开题报告尊敬的评审专家：我计划开展一项关于0.6um 12V BiCMOS工艺开发与器件特性研究的课题。
我希望此报告能够向您阐述我的研究方法、目标、意义以及预期结果，并得到您的意见和建议。
1. 研究背景随着科技的不断发展，芯片工艺的要求也越来越高。
在各种应用中，如无线通讯、汽车电子、工业自动化等领域，对电路工艺的需求不仅仅是尺寸的缩小，还需要能够承受更高的电压和噪声。
因此，0.6um 12V BiCMOS工艺成为了目前电路工艺研发的热点。
该工艺采用了生产CMOS和双极型晶体管的专用工艺，具有良好的低噪声性能，高浓缩电荷在亚微米级别的刻蚀制造，铝金属介质（aluminum metal dielectric AM) 技术等优点。
2. 研究目标本课题旨在开发一种高性能的0.6um 12V BiCMOS工艺，并研究该工艺下的器件特性。
同时，我们将探索如何在该工艺下设计和制造高性能的电路，比如高性能放大器和高速数字电路等。
3. 研究方法我们将采用以下方法进行研究：（1）通过仿真和模拟技术，在不同工艺条件下研究器件电学特性的表现，分析不同工艺参数对器件特性的影响。
（2）通过搭建实验室设备，进行实验测试，验证仿真和模拟的结果，并根据实验数据进一步研究器件特性。
（3）通过对比不同工艺的性能，评估该工艺在实际应用中的可行性，并研究应用于高性能电路的设计。
4. 研究意义本课题的研究成果可以：（1）丰富和提高0.6um 12V BiCMOS工艺的应用范围。
（2）为制造高性能的电子器件提供更好的工艺和技术支持。
（3）为电子工程师提供更多种选择，以满足不同应用场合对电路的性能要求。
5. 预期结果我们期望通过本课题的研究，能够获得以下结果：（1）开发出高性能的0.6um 12V BiCMOS工艺。
（2）研究该工艺下的器件特性，包括电流电压特性、频率特性等。
（3）设计和制造高性能的电路，如高性能放大器和高速数字电路等。
低电压、低功耗CMOS基准电压源的设计
近 年来 ， 随着各 种 便 携 式 电子 产 品 ， 手 机 、 如 笔 记本 电脑 、 数码 相机 、 动音／ 移 视频 产 品 、 医疗 设备 等 的广 泛应 用和发 展 ， 何 降低 功耗 、 如 延长 基 于 电池 供 电产 品 的使用 时间 已成 为产 品设计 首要 考虑 的 问题 之 一． 因此 ， 为集 成 电路 中 的关键 模 块 ， 准 电压 作 基 源 必须满 足 低 电 压 、 功 耗 和 高 稳 定 性 的要 求 ． 低 目 前， 有很 多 电路 （ 带 隙 电压 源 。 基 于 工作 在 亚 如 。 、 阈值 区 的 Ｃ Ｓ的 电压 源 等 ） 可 以满 足 这 个 ＭＯ 都
征 电流． 通常情 况 下 由于 Ｖ 。 ＞４ 因此 ， Ｖ， 。可 以用
要 求 ， 带隙 电压源需 要用 到寄 生双极 型 晶体管 ， 但 其 工 艺复 杂度和 成本都 比较 高．
为 此 ， 中提 出 了一 种 结 构简 单 的 Ｃ Ｓ基 准 文 ＭＯ 电 压 源 电 路 ， 电 路 使 用 由 与 绝 对 温 度 成 正 比 该 （ Ｔ Ｔ 的 电流 源 和微 功 耗运 算 放 大 器 构成 的负 反 ＰＡ ）
Ｖ１６ ｏ． ＮＯ９ ３ ．
Ｓｅ ｔｍ ｂ ｒ ２ ０８ ｐｅ ｅ ０
文章编号 ：ｌ０ －６ ｘ（ｏ ８ ０ —１８０ ０ ０５５ ２ ０ ） ９０ ２ —４
低 电压 、 功耗 Ｃ Ｓ基 准 电压 源 的 设计 低 ＭＯ
蔡敏 舒俊
（ 南 理 工 大 学 电子 与 信 息 学 院 ， 东 ， ５ ０４ ） 华 广 州 １６ ０
耻 ）＋Ｖ Ｆ Ａ Ｏ － Ｆ． ×
１ 设 计 原 理
１ １ 工作在亚阈值 区 Ｍ Ｓ管的 ． Ｏ 温度特性
毕业设计—高精度cmos带隙基准源的设计[管理资料]
![毕业设计—高精度cmos带隙基准源的设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/7bdfe35edd3383c4ba4cd2ab.png)
摘要基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。
所谓基准电压源就是能提供高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。
本文的目的便是设计一种高精度的CMOS带隙基准电压源。
本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。
然后详细介绍了带隙基准电压源的基本结构及基本原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。
接着对如何提高带隙基准的电源抑制比以及带隙基准电压源的温度补偿原理进行了分析，还总结了目前提高带隙基准电压源温度特性的各种方法。
在此基础上运用曲率校正、内部负反馈电路、RC滤波器、快速启动电路，设计出了具有良好的温度特性和高电源抑制比的带隙基准电压源电路。
最后应用HSPICE仿真工具对本文中设计的带隙基准电压源电路进行了完整模拟仿真并分析了结果。
模拟和仿真结果表明，电路实现了良好的温度特性和高电源抑制比，0℃～100℃温度范围内，℃，在1Hz到10MHz频率范围内平均电源抑制比(PSRR)可达到-80dB，启动 。
时间为700s关键词: 带隙基准电压源；温度系数；电源抑制比；AbstractV oltage reference is the vital basic module which is widely adopted in analog circuits. It can supply a voltage with high stability. The power supply, technics parameter rand temperature has lesser effete to this voltage. Its temperature stability and antinoise capability influence the precision and performance of the whole system. The purpose of this article is to design a high precision CMOS bandgap voltage reference.In this article, the present situation and developmental trend of voltage reference studies both at home and abroad are presented. The structure and principle of voltage reference are analyzed in detail, and then the different structures of bandgap voltage reference are compared. By analyzing the power supply rejection ratio (PSRR) and the principle of temperature compensation, the method of improving the temperature characteristic is summarized. The design of a bandgap voltage reference circuit with high power supply rejection ratio and good temperature characteristic is completed by applying curvature emendation, inside negative feedback technology, RC filter and fast start-up circuit. At last, the circuits have been simulated with HSPICE simulation tools.The simulation results show that，the circuit with good temperature characteristic and high power supply rejection ratio, and at the temperature range of 0℃to 100℃, the temperature coefficient(TC) is about ℃. In the frequency range of 1Hz to 10MHz, the average power supply rejection ratio is more than -80dB and it has a turn-on time less than 700s .Key Words: bandgap voltage reference; temperature coefficient; power supply rejection ratio;目录1. 绪论 (1)国内外研究现状与发展趋势 (1)课题研究的目的意义 (2)本文的主要内容 (2)2. 基准电压源的原理与电路 (2)基准电压源的结构 (3) (3) (4) (6)带隙基准电压源的基本原理 (6) (7) (7)带隙基准源的几种结构 (8)V BE的温度特性 (11)带隙基准源的曲率校正方法 (13) (13) (13)本章小结 (17)3. 高精度CMOS带隙基准源的电路设计与仿真 (18)高精度CMOS带隙基准电压源设计思路 (18)核心电路 (19)提高电源抑制比电路 (20) (21)RC滤波器 (22)快速启动电路及快速启动电路的控制电路 (23) (23) (24)CMOS带隙基准电压源的温度补偿原理 (24)高精度CMOS带隙基准电压源的电路仿真 (27) (27)核心电路的仿真结果 (27)电源抑制比电路的仿真结果 (28)快速启动电路的仿真结果 (28)整体电路的仿真结果 (29)本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1.绪论基准电压源(Reference V oltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。
低压低功耗CMOS基准参考源的设计
低压低功耗CMOS基准参考源的设计低压低功耗CMOS基准参考源的设计摘要：本文针对低压低功耗CMOS基准参考源的设计进行详细讨论。
首先，介绍了基准参考源的重要性及其在现代电子设备中的应用。
接着，探讨了低压低功耗CMOS技术的特点和优势。
然后，详细讲解了低压低功耗CMOS基准参考源的设计原理和关键技术。
最后，结合实际案例，对设计结果进行了验证和分析。
1. 引言随着电子技术的不断发展，电子设备对于基准参考源的要求也越来越高。
基准参考源是电子设备中用来产生稳定的参考电压或电流的重要元件，其精度和稳定性直接影响着整个电子系统的性能。
低压低功耗CMOS基准参考源的设计就成为了当前研究的热点之一。
2. 低压低功耗CMOS技术的特点CMOS技术是当前集成电路制造中常用的技术之一。
低压低功耗CMOS技术具有以下几个特点：（1）低功耗：由于其工作电压较低，能够降低功耗，延长设备的使用寿命。
（2）低电压：低功耗CMOS技术适用于低电压电源环境下的电子设备，使得设备更加节能。
（3）容错性强：低压低功耗CMOS电路对于电源电压波动具有较强的容错能力，保证了其稳定性和可靠性。
3. 低压低功耗CMOS基准参考源的设计原理低压低功耗CMOS基准参考源的设计主要基于以下原理：（1）反馈环路原理：通过将输出信号与参考电压进行反馈，通过比较、放大和稳定电路来实现基准电压的输出。
（2）温度补偿原理：由于温度的变化会对基准电压造成较大的影响，因此需要采用温度补偿电路来保证参考电压的稳定性。
4. 低压低功耗CMOS基准参考源的关键技术低压低功耗CMOS基准参考源的设计需要重点关注以下几个技术：（1）高精度电流源：通过采用高精度的电流源来保证基准电压的稳定性和准确性。
（2）温度传感器：通过温度传感器获取环境温度，并实时调整基准电压，以提高温度补偿效果。
（3）低功耗放大器：采用低功耗放大器来实现对基准电压的放大和稳定。
（4）电源管理电路：为低压低功耗CMOS基准参考源提供可靠的电源管理，以保证其正常工作。
0·6V电源电压的CMOS基准源设计及稳定性分析
06V电源电压的CMOS基准源设计及稳定性分析
王晗;叶青
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2006(27)8
【摘要】在SMIC 0．18μm CMOS工艺下实现了一种工作在0．6～1．5V下的基准源．分别采用环路增益法和返回比法对其中的自偏置放大器和核心电路的环路特性进行了分析．芯片输出的基准电压为0．4V，工作电流为4．8μA，在-40～120℃范围内温度系数小于80ppm／℃，面积（不包括PAD）为0．045mm^2．【总页数】6页(P1508-1513)
【关键词】基准源;超低电压;自偏置;稳定性;环路增益;返回比
【作者】王晗;叶青
【作者单位】中国科学院微电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN402
【相关文献】
1.一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计 [J], 张斌
2.一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源设计 [J], 程刚;白忠臣;王超;秦水介
3.一种高电源抑制比全工艺角低温漂CMOS基准电压源 [J], 方圆;周凤星;张涛;张迪
4.高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源 [J], 吴志明;黄颖;吕坚;王靓;李素
5.一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源 [J], 周前能;段晓忠;李红娟
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低压低温漂CMOS基准电压源的设计的开题报告
低压低温漂CMOS基准电压源的设计的开题报告一、项目背景随着现代集成电路技术的快速发展，高精度、低功耗的基准电压源在数字电子系统和模拟电子系统中扮演着越来越重要的角色。
基准电压源是集成电路中的核心部件，在数字电子系统和模拟电子系统中广泛应用，例如比较器、ADC、DAC等电路块。
二、研究目的该项目的研究目的是设计一种低压低温漂的CMOS基准电压源，使其具有高稳定性、低功耗、低噪声等优良特性，应用于数字电子系统和模拟电子系统中。
三、研究内容1. 分析并选择合适的CMOS电路拓扑结构；2. 对电压源电路进行设计和模拟，实现其基准电压的输出；3. 对温漂和压漂等因素进行考虑，提高电压源的稳定性；4. 在基准电压源电路中添加自适应电路，提高电压源的温度稳定性；5. 对低功耗和低噪声等因素进行分析和设计。
四、研究步骤1. 电路分析和模拟：通过对不同CMOS电路拓扑结构的分析比较，选出最合适的拓扑结构，进行电路的设计和模拟，验证其输出基准电压的能力；2. 提高电路的稳定性：通过分析温漂和压漂等因素，对电路进行优化设计，提高电路的稳定性；3. 添加自适应电路：在电路中添加自适应电路，如自适应温度补偿技术，提高电路的温度稳定性；4. 分析低功耗和低噪声：通过分析低功耗和低噪声等因素，对电路进行设计和优化，使其具有更好的性能。
五、研究意义1. 设计出一种低压低温漂的CMOS基准电压源，提升数字电子系统和模拟电子系统的性能；2. 提高基准电压源的稳定性，提高电路的工作可靠性；3. 提升电路的灵敏度和响应速度，增强其稳定性；4. 为未来数字电子系统和模拟电子系统的研究提供参考。
六、预期成果1. 设计一种符合要求的低压低温漂的CMOS基准电压源；2. 实现基准电压的输出并优化其性能；3. 发表相关技术论文。
七、进度计划1. 完成电路分析和模拟，选择最优拓扑结构；2. 完成电路设计和模拟，对电路进行优化设计；3. 添加自适应电路，进行电路仿真；4. 对低功耗和低噪声等因素进行分析，优化电路设计；5. 为技术论文撰写提供支持。
全CMOS基准电压源的分析与仿真解析
全CMOS基准电压源的分析与仿真
摘要：文章基于CMOS 0．18μm工艺，在Hspice下，对四利PMOS管基准电压源进行了分析和仿真，文中给出了每种电路仿真时的电路参数和仿真结果。
关键词：基准电压；CMOS集成电路；Hspice
0 引言
模拟电路广泛地包含基准源。
这种基准源是一个直流量，它与电源和工艺参数的关系很小，但与温度的关系是确定的。
本文对四种基本MOS管基准电压源进行分析和仿真。
1 MOS分压基准电路
一个最容易想到的基准电源就是在两个电源之间进行分压而得到。
当然，用来分压的器件可以是无源器件也可以是有源器件。
但是这样得到的基准电压与电源电压成正比。
电路如图1所示。
图1(a)是由电阻和二极管联接的MOS管构成的分压器。
Hspice下取电源电压VDD=3．3V，W／L=1．8／0．18μm，取电阻为4kΩ时，其温度特性如图2(a)所示。
温度在0～80℃变化时输出Vref在1．195～1．245V之间变化。
如图2(b)所示，电源电压在0～3．3V变化时，输出电压Vref在0～1．245V之间变化。
图1(b)是由两个MOS管串联构成的分压电路。
其温度特性如图3(a)所示。
温度在0～80℃变化时输出Vref在1．236～1．26V之间变化。
在图3(b)中，电源电压在0～3．3V变化时，输出电压Vref在0～1．26V之间变化。
可见，输出电压依赖于电源电压的变化而变化非常明显。
一种低压CMOS带隙电压基准源
文章编号:100423365(2005)0520542203一种低压CMOS带隙电压基准源郑 浩,叶星宁(电子科技大学,四川成都 610054)摘 要: 设计了一种与标准CMOS工艺兼容的低压带隙电压基准源,该电路应用二阶曲率补偿,以及两级运算放大器,采用018μm BSIM3v3CMOS工艺,其中,V thn=0185V,V thp=-0195V。
用Cadence Spect re软件仿真得出:最小电源电压118V,输出电压590mV,在0～100℃范围内,温度系数(TC)可达15pp m/℃,在27℃时输出电压变化率为±2195mV/V。
关键词: CMOS;带隙电压基准源;低压;温度系数中图分类号: TN432文献标识码: AA Low2Voltage CMOSB andgap Voltage R eferenceZH EN G Hao,YE Xing2ning(Universit y of Elect ronic Science and Technolog y of China,Cheng du,S ichuan610054,P1R1China) Abstract: A low2voltage bandgap voltage reference,which is compatible with standard CMOS process,is pro2 posed in the paper1The circuit adopts2nd2order curvature compensation and contains a tow2stage op2amp1And it is implemented in a stanard0182μm BSIM3v3CMOS technology,with V thn=0185V,V thp=-0195V,at0℃1Simu2 lation with Cadence Spectre shows that the proposed bandgap voltage reference can operate at a minimum supply voltage of118V,and the voltage reference output is590mV1Within the temperature range f rom0℃to100℃,a temperature coefficient of15ppm/℃is achieved,and the line regulation at27℃is±2195mV/V1K ey w ords: CMOS;Band2gap voltage reference;Low2voltage;Temperature coefficientEEACC: 2570D1 引 言近年来,随着微电子技术的迅速发展,低压低功耗已成为当今电路设计的重要标准之一。
基于CMOS的带隙基准电压源的分析与设计
级运 放 输 出来 驱 动 的 ， 助 自身 的跨 导 ， Ｓ 借 ＭＯ
端输人单 端输 出 的差 分放 大器 ． Ｌ９ Ｐ ２ Ｐ １ ，Ｌ０是 放 大器 的输 入管 且栅 极 的输 入 电压相 等 ， 大器 的 放 输出作 为 第 二级 的运 算 放 大 器 的输 入． Ｌ ， Ｎ ９ Ｎ １ ， Ｌ １ Ｎ １ ， Ｌ３ Ｎ １ 成 共 源 共 栅 结 Ｌ０ Ｎ １ ， Ｌ ２ Ｎ １ ， Ｌ４组 构 ， 源共栅 电流镜 做有 源负载 ， 电阻为 ： 共 总 因为 Ｎ ９ Ｎ １ ，Ｌ４是 串联 电阻 Ｌ ， Ｌ０ Ｎ １
带 隙基 准 的基本 原理 是利用 晶体 管基射结 电 压 差 的正 温度 系数去 补偿 晶体 管基射结 电压 的负
温度 系数 ， 而实现零 温度 系数 ． 从
到 了很 高 的性 能 和精 度． Ｓ工 艺 在 上 世 纪 ８ ＭＯ ０ 年代得 到长 足的发展 ，０年 代 以后 Ｃ Ｓ凭借 其 ９ ＭＯ 低功耗 、 高集成 度 和设 计 简 便 等特 性 逐 渐 占领 了
—
自 然科学版
Ｖｅ ｂ ｌ－ Ｖ ｅ ｂ２ ，一 — 一 一 粥
．
・
．
．
：
＋
（ ＋ ３ 舵 Ｒ）
‘
‘
．
１ 一 ｅ ＝ ＶＬ Ｎ ２ ｔｎ
Ｖｅ ｂ２＋ ｒ ｆ：Ｖｅ
（ ＋ ３ Ｒ）
这 里 由于 ｅ ２的温度 系数 Ｏｂ／ Ｔ可看 作负 ＶｅＯ 常数 ， 与绝对 温 度成 正 比 ， 以选 择合 适 的 Ⅳ、 所
中 图分 类 号 ：Ｎ ０ Ｔ ３３ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０５ ４ （０ ０ ０ － ４ －４ １０ －８６ ２ １ ）４０ ３０ ３
0.18μm CMOS带隙基准电压源的设计
0.18μm CMOS带隙基准电压源的设计陈双文;刘章发【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2011(37)3【摘要】Reference voltage source can be used broadly in ADC, DAC, RAM, flash memory and other integrated circuit. This paper designed a high stability, low temperature coefficient and 0.6 V output bandgap reference voltage source using 0.18 μm CMOS.%基准电压源可广泛应用于A/D、D/A转换器、随机动态存储器、闪存以及系统集成芯片中.使用0.18 μm CMOS工艺设计了具有高稳定度、低温漂、低输出电压为0.6 V的CMOS基准电压源.【总页数】4页(P51-53,57)【作者】陈双文;刘章发【作者单位】北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044;北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TN432【相关文献】1.BiCMOS带隙基准电压源的设计及应用 [J], 王宇奇;何进;张贵博;童志强;王豪;常胜;黄启俊2.带使能控制的低功耗BiCMOS带隙基准电压源的设计 [J], 冯秋霞;刘军;蒋国平;孙俊岳3.一种低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 汤知日;周孝斌;杨若婷4.高性能分段线性补偿CMOS带隙基准电压源设计 [J], 邓庭;曾以成;夏俊雅;崔晶晶5.低功耗CMOS带隙基准电压源设计 [J], 黄灿英;陈艳;朱淑云;吴敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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作在弱反型区的晶体管的栅源电压随着温度的升高
而在一定范围内近似线性降低. 基于该特性 带隙基 准源所采用的基极-发射极结可以被工作在弱反型 区的晶体管代替来产生低温度系数的基准源. 文献 [4 ]中 提 到 了 采 用 该 设 计 原 理 的 基 准 源 利 用 0. 13 H m 工艺的低阈值电压 n MOS 管 和 衬 底 调 整 的 p MOS 管 实 现 了 其 中 的 放 大 器. 本 文 则 设 计 了 自 偏 置放大器来满足低电源电压的要求 并采用环路增
偏置电流 但是通常的电流源结构不能工作在0. 6 V 的电源电压下 本文采用自偏置放大器 即运放的电
流源由运放输出级的电流动态偏置 该结构能够有
效增加运放的直流增益 15 .
运算放大器的结构及晶体管尺寸 W L 如图2
a 所示 包括输入级 输出级 补偿电路 包括密勒
补偿电容 和 消 零 电 阻 以 及 偏 置 电 路. 其 中 g m NMn
第27 卷 第8 期 2006 年8 月
半导体学报
CHI NESE J OURNAL OF SE MI CONDUCTORS
Vol .27 No .8 Aug . 2006
0. 6 V 电源电压的 C MOS 基准源设计及稳定性分析
王 晗T 叶 青
C中国科学院微电子研究所 北京 100029 >
摘要!在 S MI C 0. 18 H m C MOS 工艺下实现了一种工作在0. 6 ~1. 5 V 下的 基 准 源. 分 别 采 用 环 路 增 益 法 和 返 回 比 法对其中的自偏置放大器和核心电路的环路特 性 进 行 了 分 析. 芯 片 输 出 的 基 准 电 压 为 0. 4 V 工 作 电 流 为 4. 8H A 在-40 ~120 C 范围内温度系数小于80PP m/C 面积C不包括 P AD>为0. 045 mm2 .
通常在基准源电路中需要启动电路使得系统上
电时电路能够进入正常的工作状态. 而自偏置放大 器电路往往也存在启动问 题[15 . 当 电 路 处 于 非 工 作 状况时9放大器的输入端电压初始值为零9而输出电 压由于寄 生 电 容 的 存 在 可 能 位 于 一 个 比 较 高 的 电
V GS T
= V GS T 0
+
KG
T T0
-1
1
其中
K G K T + V GS T 0 - V TH T 0 - V OFF 2 式中 K G 表示栅源电压的温度系数.T0 一般取室 温300 K K T 为阈值电压V TH 的温度系数 在工作环 境的 温 差 范 围 内 一 般 可 认 定 为 常 数 12 V Off 为 BSI M3 模型中 MOS 管从强反型区过渡到 弱 反 型区 工作 状 态 时 的 阈 值 修 正 项. 利 用 S MI C 提 供 的 模 型 参数可以估计出 K G 约为-241 mV 由 1 式 可 知 弱 反型区工作的 MOS 管的栅 源 电 压 具 有 近 似 恒 定 的 负温度系数.
益法Cl oop gai n 以 下 简 称 af >和 返 回 比 法 Cr et ur n r ati o 以下简称 RR >对放大 器 和 核 心 电 路 的 环 路 稳 定性进行了分析. 流片测试结果表明了完全可以在 现有的 0. 18 H m 标准 C MOS 工 艺 条 件 下 实 现 0. 6 V 电源电压的基准源.
ln
S2 S1
+
R4K G R2T0
T
5
可知 当 M1 M2 的器件尺寸满足下式时
S = e 2
-
R3 R2
>
KG 26C
S1
6
输出电压的温度系数近似为零. 考虑到阈值电压的
温度系数随温度变化有一定的浮动 6 式还有待仿
真软件的验证. 设定 N M1 和 N M2 的器件尺寸S 2 = 8S 1 利 用 SPI CE 确 定 R 2 R 3 =250 75 时 输 出 电 压的温度系数最低. 将 K G 和C 的值 约为1. 3 一起 代入 6 式 即 可 计 算 出 R 2 R 3 =3. 4 这 与 仿 真 得 到 的数值仅相差2 验证了上述推导的结果.
图1 低电源电压的基准源电路图 fi g .1 Sche mati c of t he l o w po wer volt age r ef erence ci rcuit
T 通信作者. Email :Wan an @i me .ac .cn 2005- 12- 05 收到 2006- 03- 25 定稿
析. 该放大器存在三个环路 输入级的差分输入管加 上它们的漏端到尾电流源栅极的共模反馈电路 构
成了前两个简单的负反馈环路 而第三个环路则包
括输出电压反馈到偏置电路再由负载管和输出级返
回到出发点 经过分析该环路是正反馈. 增益大于1 的正反馈会导致电路的不稳定乃至振荡 因此须保
证该反馈环路满足\ af \ <1 . 采 用 环 路 增 益 法 1 得 到 如下的稳定性条件
近几年陆续出现了几种工作在1 V 左右电源电 压的基准源[5 ~10 ] 其中 用 来 产 生 负 温 度 系 数 的 电 路 元件 一 般 采 用 标 准 C MOS 工 艺 中 的 寄 生 纵 向 pnp 三极管. 本文给出的电路结构如图1 所示 工作在弱 反型区 的 n MOS 管 N M1 N M2 代 替 了 传 统 的 pnp 管 可极大降低电源电压的下限. 图1 中基准源电路 的电源电压须 满 足 V >V 1 2 +V dsat P M1 2 其 中 V 1 2 为图 中 1 或 2 点 处 的 电 压 约 为 0. 3 ~ 0. 4 V V dsat P M1 2 为 p MOS 管 P M1 和 P M2 的 饱 和 压 降 约 为0. 2 V 因此该电路结构的电源电压理论上最低可 至0. 6 V .
带动基准源电路开始正常工作. 仿真结果表明该运算放 大 器 在 0. 5 V 的 最 低 工
作电压下增益大 于 50d B 9当 电 源 电 压 为 0. 6 V 时 增 益为65dB 9负载电容20pf 时相位裕度为57 9放大 器增益传输函数的波特图如图2 (b ) 所示.
4 稳定性分析
图2 (a ) 运算放大器原理图; (b ) 运算放大器增益波特图 fi g .2 (a ) Sche mati c of t he op a mp ; (b ) Bode pl ot of t he op a mp
k < g m P M4 > g m N M5
9
g m N M4
g m P M0
1510
半导体学报
第27 卷
P M2 和 P M3 以及放大器中 P M0 的栅极电势9放 大 器的 偏 置 电 路 开 始 工 作9 同 时 基 准 源 的 P M1 和 P M2 支路中流过的电 流 也 随 之 增 大9使 得 1 点 和 2 点处的电势上升9这样放大器进入了高增益工作区9
1 -k
g g >
m N M4 m P M0
g g m P M4 m N M5
则放大器直流增益如下
V out V inn - V inP
=-E
g m N M2
g g + 0 N M2
0 P M2
>
g m N M4 g m P M4
8 上式中等号右边表达式的第二项和第三项分别
表示输入级和输出级的增益. 注意到增益增强系数 必须为正值才能保证电路的增益为负. 此外 自偏置 电路存在反馈回路 必须对电路的环路特性进行分
g m P Mn
g g 和 0 N Mn
0 P Mn
分 别 是 MOS 管 N Mn
P Mn n =1 2 3
的跨导和输出导纳
=
S P M2 3 S P M1
>
S S
N M1 N M0
是电流从偏置电路
P
M0
复制到输入级负载
管 P M2 3 的比例系数. 本文定义正反馈带来的增益
增强系数为
E=
1
7
2>
1 采用工作在弱反 型 区 的 n MOS 管 作 为 运 放 的输入管. 此 时 n MOS 管 的 工 作 状 态 类 似 于 Bi pol ar 其 跨 导 值 取 决 于 流 过 的 漏 电 流 而 与 MOS 管 尺 寸无关. 但 是 根 据 3 式 工 作 在 弱 反 型 区 的 MOS 管漏电流与阈值电压呈指数关系 为了避免大的失
关键词!基准源;超低电压;自偏置;稳定性;环路增益;返回比
EEACC :1205 ;1290
中 图 分 类 号 !T N402
文 献 标 识 码 !A
文章编号!0253- 4177 "2006 #08- 1508- 06
1 引言
2 基准源电路的温度特性分析
基准源由于具有低温度系数的特性 因而被广
泛应用于模拟和数字电路中. 传统的带隙基准源利 用与绝对温度成正比的电路来抵消双极晶体管基极
2006 中国电子学会
第8 期
王 晗等 0. 6 V 电源电压的 C MOS 基准源设计及稳定性分析
1509
本文 首 先 分 析 工 作 在 弱 反 型 区 的 n MOS 管 的 温度特性. 假定漏电流保持不变 n MOS 管源端与衬 底之间的电势差为零 漏端 与源 端的电势 差大于
4V T V T = T g 常 温 下 约 为 26 mV 此 时 n MOS 管的栅源电压与温度的关系式如下 11
选择合适的器件尺寸使得输出级的增益为
1. 5 9g m9P M0 ~2g m9N M5 9则有 <1/ 3 9这 个 条 件 同 时 也 保证了放大器为负增益. 由此可见9放大器的增益和 稳定性之间存在着折衷9假定 值在0 到1/3 之间 变化9当 值减小至0 时9放大器的增益也随之减小 最后趋近-0. 5a 1a 2 (a 1 和a 2 分 别 为 输 入 级 和 输 出 级的增益) ; 当 值加大9放大器增益变大的同时其 环路的正反馈增 益 也 趋 近 于 1 ; 直 到 值 大 于 1/3 时9环路增益大于1 9同时放大器的开环增益由负值 变成了正值9电路 工 作 开 始 不 稳 定 并 很 快 脱 离 工 作 区. 实际的电 路 设 计 中 选 择 等 于 0. 25 9 在 保 持 运 放高增益的同时留出足够的裕度.