一种全CMOS低功耗基准电压源的设计.pdf

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1、ApplicationofIntegratedCircuits一种全CMOS低功耗基准电压源的设计池上升，胡炜，许育森(福州大学物理与信息工程学院福建省集成电路设计中心，福建福州350003)摘要：基于MOSFET亚阈值的特性，通过两个MOSFET闽值电压差与热电压相互补偿的原理，提出了一种全CMOS基准电压源电路。与传统带隙基准电路相比，该电路采用全CMOS器件，无需电阻和传统分立电容，具有电路结构简单、功耗低、温度系数小和面积小的特点。通过对电路的理论分析，采用SMIC0．18IxmCMOS工艺模型，利用Cadence工具对电路进行仿真验证，在电源电压为1．8V的条件下

2、，输出电压为364．3mV(T=27℃1，温度系数为6．7ppm／~C(一40℃～十125℃)，电源抑制比达到-68dB@10kHz，功耗为1．3IxW。关键词：全CMOS；低功耗；基准电压源中图分类号：TN433文献标识码：A文章编号：0258—7998f2014)05—0042一o3AdesignoffullCMOSlowpowervoltagereferencesourceChiShangsheng，HuWei，XuYusen(FujianIntegratedCircuitDesignCenter，CollegeofPhysicsandInformationEngin

3、eering，FuzhouUniversity，Fuzhou350003，China)Abstract：BasedonthecharacteristicsofMOSFETatsubthresholdregion，thispaperproposesafullCMOSvoltagerefe—rencesourcecircuitwiththemutualcompensationprinciplebetweentwoMOSFETthresholdvoltagedifferenceandthermalvohage．Comparedwiththetraditionalbandgapvo

4、ltage，theproposedcircuitisfullycomposedofCMOSdeviceswithoutresistanceandtradi—tionalcapacity，whichhasfeaturesofsimplecircuit，lowpower，smalltemperaturecoeficientandsmallchiparea．Throughthetheo—reticalanalysisofthecircuitandCadencesimulationwithSMIC0．18Ixmprocess，undertheconditionofthepowers

5、upplyvoltageof1．8V，theoutputreferencevoltageis364．3mV(T=27℃)andtemperaturecoeficientis6．7ppm／"C(一40℃～+125℃)，whilePSRRcanreach-68dB@10kHzandthepowerdissipationis1．3LLW．Keywords：fullCMOS：lowpower；voltagereferencesource基准电压源是集成电路中重要的单元模块，广泛应具有正温度特性和PM0SFET的阈值电压具有负温度特用于各种模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成性的

6、原理，提出了一种利用两者相互补偿原理的基准电电路中，如A／D、D／A转换器、LDO稳压器和锁相环压源。然而该电路较为复杂，同时需要两个启动电路，且(PLL)等系统⋯，一般要求它具有功耗低、温度系数低、电路中存在电阻，导致面积较大，功耗较高。本文基于电源抑制比高、输出噪声小等特点。传统基准电压源通MOSFET亚阈值的特性，利用两个不同阈值电压的常采用“带隙”技术，由于双极晶体管的基极一发射极电NMOSFET串接产生具有负温度特性的电压△h与具有压(V)具有负温度特性，以及两个双极晶体管工作在正温度特性的热电压进行相互补偿，提出一种全不同的电流密度下，其基极一发射极电压差值具有

7、正温CMOS的基准电压源。该基准电压源具有无需电阻、无度特性，对两者进行相互补偿，即可得到零温度系数。但需传统的分立电容、电路结构简单、温度系数小和功耗是，这种方法需要引入运放，同时为了得到更好的温度低等特点。特性，还需对电路进行高阶补偿[2--41，这会造成电路设计1电路设计复杂和电路功耗增加等问题。1．1△产生电路为解决上述问题，近年很多文献又提出了非带隙CMOS利用两个不同阈值电压的NMOSFET产生具有负温基准电压源[5-91。参考文献[6]基于NMOSFET的阈值电压度特性的电压【l0]，如图1所示。42