工作于亚阈区的纯MOS管基准电压源的研究设计

本文旨在设计一种无三极管无大电阻无运放的纯MOS电压基准源,采用的方法是利用工作在亚阈值区的NMOS和自偏置的共源共栅NMOS组合。采用CSMC(华润上华)0.5 umBiCMOS工艺,在MOS工艺角sf、27℃,得到输出基准电压为1.520 V,电路功耗仅200 nA,在温度范围(-20℃～100℃)内的温度系数为31.33 ppm/℃.     

一种新型的高性能带隙基准电压源

提出了一种新型的高性能带隙基准电压源,该基准电压源采用共源共栅电流镜提供偏置电流,减少沟道长度调制效应带来的误差,并增加1个简单的减法电路,使得偏置电流更好地跟随电源电压变化,从而提高电路的电源抑制比。整体电路使用CSMC 0.6μm CMOS工艺,采用Hspice进行仿真。仿真结果表明,在-50~ 100℃温度范围内温度系数为2.93×10-5℃,电源抑制比达到-84.2 dB,电源电压在3.5~6.5 V之间均可实现2.5±0.0012 V的输出,是一种有效的基准电压实现方法。     

低功耗低温漂的RC张弛振荡器

针对在物联网设备中使用的电阻电容(RC)张弛振荡器低功耗低温漂的需求,通过将RC张弛振荡器中的参考电压产生电路和自偏置电流产生电路复合使用,简化电路结构,减小供电电压和偏置电流,降低电路的功耗.采用水平级联的共栅共源结构、反相器链及时钟电压自举结构,减少温度变化对延时及振荡频率的影响.采用串并联电阻网络减少因电阻工艺偏差导致的影响,并将该电阻网络配置成正温度特性,以平衡RC时间常数和比较器延时的温度依赖性,提高振荡频率的温度稳定性.仿真结果表明:本文RC张弛振荡器的振荡频率为1.2 kHz,功耗和温漂系数分别为1.351 nW和139×10-6/℃,与典型RC张弛振荡器相比,其功耗和温漂性能均有显著的提升.     

基于ΔVGS权重的CMOS恒压源

针对全CMOS结构制作恒压源方法中存在的功耗过大问题,提出了一种利用CMOS亚阈值特性的恒压源制作方案.该电路基于NMOS和PMOS处于饱和区工作时,两者的栅源电压随温度变化权重不同的原理,将其作相关运算,得到温度系数极低的恒压输出.基于MOS管亚阈值特性产生的电路模块中的偏置电流很小,导致功耗仅50 μW.采用中芯国际0.18 μm数模混合工艺制造了该电压源结构,测试结果显示,在21～110 ℃的温度范围内,电路的温度系数达到了2.5×10-5/℃.当电源电压达到1.4 V以上时,电路就可以正常工作,且其电源电压抑止比为-57 dB.     

一种高精度的 CMOS 电流基准

设计了一种高精度的电流基准电路.电路采用正温度系数和负温度系数的电流并联相加,并考虑了电阻的温度系数,得到与温度无关的基准电流源.说明了核电流基准的工作原理,并给出设计公式和误差分析.电路采用0.6 μm CMOS 工艺实现,仿真结果表明,在3 V的电压下,电路的耗电电流为105 μA,在温度-40～120℃范围内,输出电流为5 μA,温度漂移为72 ppm/℃.     

3.53×10-6m/℃非带隙VT/Vth互补偿CMOS电压基准

提出了一种基于阈值电压Vth与热电压VT相互补偿的新型非带隙CMOS电压基准源.采用一种新型电路结构提取正比于Vth的电流,通过自偏置电流镜结构获得正比于两个三极管VBE之差的电流输出,两者在公共电阻上的线性叠加,实现Vth与VT的相互补偿.基于3.3 V电源电压0.35 μm标准CMOS工艺模型在Cadance Spectre仿真环境下对电路进行模拟验证,获得以下结果输出基准电压为716.828 mV,在-55℃～+125℃范围内,其温度系数为3.53×10-6m/℃;VDD在2.7 V～4 V之间变化时,输出电压变化率为1.346%.     

一种新型低温漂工艺补偿基准电流源的设计

基准电流电路是模拟和混合电路系统中非常重要的模块。文章设计了一种高精度基准电流源,在传统PTAT电流电路基础上,增加一级新型电阻和三极管组合电路提高正温度系数,与全MOS管产生的负温度系数电路级联实现温度和工艺补偿。电路基于CSMC-0.5μm工艺,输出电流为100μA,在-20~100℃内具有36×10-6/℃温漂。该设计仅增加很小的面积,即可实现受工艺、电压以及温度变化影响极小的电流源。     

一种基于比例电流的欠压保护电路的设计和实现

对传统欠压保护电路的缺点进行了分析,给出了一款基于比例电流的欠压保护电路,该电路有两个特点:电路结构简单容易实现,采用了Widlar电流源结构,不需要额外的外部基准;电路结构设计中,考虑了器件的温度特性,保证了电路的翻转阈值和迟滞量在正常温度范围内偏差不大.在基于0.6 μm的BiCMOS工艺库下对该电路进行了仿真验证,结果表明:在不同的模型下,阈值最大偏差为50 mV,在不同的温度下,阈值最大偏差为110 mV;该电路可应用于开关电源芯片中.     

一种BiCMOS带隙基准电压源的设计

设计了低温度系数、高电源抑制比BiCMOS带隙基准电压发生器电路.综合了带隙电压的双极型带隙基准电路和与电源电压无关的电流镜的优点.电流镜用作运放,它的输出作为驱动的同时还作为带隙基准电路的偏置电路.使用0.6μm双层多晶硅n-well BiCMOS工艺模型,利用Spectre工具对其仿真,结果显示当温度和电源电压变化范围分别为-45~85℃和4.5~5.5 V时,输出基准电压变化1 mV和0.6 mV;温度系数为16×10-6/℃;低频电源抑制比达到75 dB.电路在5 V电源电压下工作电流小于25μA.该电路适用于对精度要求高、温度系数低的锂离子电池充电器电路.     

一种频率与温度无关的片内RC振荡器设计

文章基于SMIC 0.18μm互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺，设计了一种频率与温度无关的片内电流模RC振荡器，该振荡器采用1.8 V电源供电，输出频率为100 MHz,振荡器主要由温度补偿电流源、开关电容充放电回路、反相器比较延时单元以及时钟输出单元组成。通过Cadence Spectre仿真验证表明：在-40～125℃范围内，TT工艺角条件下，振荡器的输出频率范围为100.06～100.16 MHz,频率随温度变化为0.10%,用温度系数表示为6.06×10^-6℃^-1;SS工艺角条件下，振荡器的输出频率范围为99.90～100.23 MHz,频率随温度变化为0.33%,用温度系数表示为20.00×10^-6℃^-1;FF工艺角条件下，振荡器的输出频率范围为99.96～100.07 MHz,频率随温度变化为0.11%,用温度系数表示为6.67×10^-6℃^-1。     

自偏置的多段曲率校正带隙基准源

典型的帶隙基准电压源电路是由CMOS工艺产生的具有负温度系数的寄生横向BJT的发射结电压VEB和具有正温度系数的热电压Vt相补偿产生零温度系数的基准帶隙电压源.但是VEB与温度不是线性关系, 因此VREF需要被校正.本文介绍了一种高精度自偏置多段二次曲率补偿的CMOS帶隙基准电压源.采用0.5 μm CMOS工艺、工作电压为3.3 V,该芯片室温下功耗为94 μW.设计在0 ℃~75 ℃有效温度系数达到了0.7 ppm/℃.     

基于△V_(GS)权重的CMOS恒压源

针对全CM O S结构制作恒压源方法中存在的功耗过大问题,提出了一种利用CM O S亚阈值特性的恒压源制作方案。该电路基于NM O S和PM O S处于饱和区工作时,两者的栅源电压随温度变化权重不同的原理,将其作相关运算,得到温度系数极低的恒压输出。基于M O S管亚阈值特性产生的电路模块中的偏置电流很小,导致功耗仅50μW。采用中芯国际0.18μm数模混合工艺制造了该电压源结构,测试结果显示,在21~110℃的温度范围内,电路的温度系数达到了2.5×1-0 5/℃。当电源电压达到1.4 V以上时,电路就可以正常工作,且其电源电压抑止比为-57 dB。     

电流镜型二次曲率补偿的带隙基准源设计

为提高基准源的温度系数、电压调整率和电源抑制比,采用0.6μm标准CMOS工艺,设计一种采用电流镜复制技术的带隙基准源.仿真结果表明,电路具有结构简单、启动性能好、电压输出灵活稳定、温度范围宽等特点,能够满足模拟集成电路的要求.在3种工艺角模型,-50~+195℃温度变化范围内,其温度系数约为1.632×10-5℃-1,电源抑制比为-70 dB;而在4.5~6.5 V的电源范围内,其电压调整率为4.0×10-4.     

一种指数补偿带隙基准源的设计

设计了一种指数型曲线补偿的带隙基准源电路.利用Bipolar管的电流增益随温度呈指数型变化的特性,有效地对基准源进行指数型温度补偿.电路具有较低的温度系数,并且结构简单;利用深度负反馈的方法,可有效地抑制电源电压变化给带隙基准源所带来的影响,提高了电源抑制比;为了加大电路的带负载能力,该电路增加了输出缓冲级.用spectre工具对其进行仿真,结果显示在-40 ℃～85 ℃的温度范围内,电路具有12×10-6/℃的低温度系数;当电源电压在4.5 V到5.5 V之间变化时,基准源电压的变化量低于85 μV.电路采用0.6 μm BICMOS工艺实现.     

一种采用带隙结构的高精度电流基准电路设计

介绍了一种标准CMOS工艺下的电流基准电路。电路利用带隙结构实现,使得输出电流具有良好的温度系数及电源抑制能力。在2.5V~5.5V电源电压、-40℃~125℃温度范围内,输出电流精度可达±2.6%。     

一种高温高精度带隙基准设计

针对集成电路高温下工作失效的问题,运用零温度系数栅偏置电压理论和漏电流补偿法,设计出一种电源电压为3.5~5.5V,室温190℃有效,温度系数为1.5×10-6 V/℃的高精度带隙基准电路.此带隙基准设计方法有别于常用的以精确匹配电阻和高阶反馈获得低温漂的方法,但同样具有宽电压、低温漂、工艺角稳定等性能,优点是能在高温条件下工作,解决了目前绝大多数带隙基准高精度有效工作温度不超过150℃的问题.     

一种带有新型曲率补偿的带隙基准电压源设计

设计了一种具有新型曲率补偿的电流模式的带隙基准电压源电路,通过在高温时产生一路正温度系数的电流注入到输出端来补偿VBE的高阶负温度系数项实现曲率补偿,从而得到更低温度系数的输出电压.同时采用一种有效的启动电路保证电路上电后可正常启动.该设计基于SMIC 0.13 μm CMOS工艺,在1.2V电源电压下,输出基准电压为500 mV,在-30～130℃范围内温度系数的版图后仿真可达到3.1×10-6 V/℃,整个电路功耗为180 μW.     

一种高精度分段曲率补偿带隙基准电压源

基于0.6μm BICMOS(双极型互补金属氧化物半导体)工艺设计了一种具有分段曲率补偿的高精度带隙基准电压源.对该分段曲率补偿电路产生不同温度区间的正温度系数电流进行补偿,且所需的补偿支路可根据实际电路要求进行设定.基准核心电路采用无运算放大器结构,形成负反馈环路稳定输出电压.同时设计了预校准电路,提高了电源抑制比.利用cadence工具仿真结果表明,在-40～125℃范围内基准电压的温度系数仅为0.3×10-6/℃,电源抑制比达到-104dB.     

低温度系数高电源抑制比带隙基准源的设计

基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种适用于数模或模数转换等模数混合电路的低温度系数、高电源抑制比的带隙基准电压源.针对传统带隙基准源工作电压的限制,设计采用电流模结构使之可工作于低电源电压,且输出基准电压可调;采用共源共栅结构(cascode)作电流源,提高电路的电源抑制比(PSRR);采用了具有高增益高输出摆幅的常见的两级运放.Cadence仿真结果表明:在1.8V电源电压下,输出基准电压约为534 mV,温度在-25～100℃范围内变化时,温度系数为4.8 ppm/℃,低频电源抑制比为-84 dB,在1.6～2.0 V电源电压变化范围内,电压调整率为0.15 mV/V.     

一种分段补偿带隙基准电压源的设计

针对一阶温度补偿的基准电压源仍有较高的温度系数的问题,本文提出一种分段补偿的设计方法,以降低基准电压源输出电压随温度的漂移。利用带负电阻放大器的增益对温度敏感的特性产生一个随温度变化的电压信号,用该电压信号驱动一个PMOS管在3个温度段内对基准电路注入或抽取电流的方式进行分段补偿。仿真结果表明:当温度在-40~125℃范围内变化时,基准电压仅变化0.311mV,温度系数为1.89×10-6℃~(-1),电源抑制比在低频时为-90dB。该带隙基准源在温度为-15℃、34℃、76℃时,基准电压对温度的函数曲线的的曲率为0,在标准工艺下温漂系数较低。该研究可为ADC、线性稳压器、DC/DC转换器等电路提供高精度的基准电压。