工作在1V电源电压下的CMOS电压基准的研究与设计

论文摘要

基准是集成电路中一个重要的单元模块,其广泛应用于各种模拟集成电路、数模混合信号集成电路和片上系统芯片中。随着集成电路产业的发展和半导体制造工艺技术的进步,芯片的工作电压在不断下降,当电源电压下降到1 V或更低时传统的带隙基准电路将不再通用,因此对低电源电压CMOS基准进行研究与设计具有现实意义。本论文的研究工作主要包括三个方面内容,即低电源电压基准理想精度的研究、一阶温度补偿低压基准的设计和高阶温度补偿低压基准的设计。低电源电压基准理想精度的研究,首先从低电源电压基准生成原理入手,在理想化情况下建立数学模型,然后导入目标工艺中双极型晶体管的具体参数,利用MATLAB进行仿真,得出在目标工艺下使用一阶温度补偿的低电源电压基准能够达到的理想化最高精度,并将其作为下文具体电路设计中的一个依据。一阶温度补偿低压基准的设计,首先设计是基于UMC 0.18μm标准CMOS工艺进行的,设计时将能够对电路精度造成影响的误差源模块化,然后针对这些误差源进行理想化与实际化比较仿真,从而分析其对电路性能的影响,最终提出最佳的设计方案,并针对初始电路的缺点给出了改良型的一阶温度补偿低压基准电路。高阶温度补偿低压基准的设计,首先从高阶温度补偿原理入手给出一个基于一阶温度补偿基准的改进型高阶温度补偿电路,仿真分析后指出其由电路结构带来的误差过大导致实际补偿效果不佳,最后给出了同样是基于一阶温度补偿基准的一种结构新颖的高阶温度补偿基准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电压基准的历史背景
• 1.2 电压基准的应用背景
• 1.3 电压基准的技术背景
• 1.4 研究目的和主要内容
• 2 低电源电压基准的设计原理与方案
• 2.1 传统带隙基准及其失效分析
• 2.2 低电源电压基准基础原理与结构
• 2.3 低电源电压带隙基准性能提升方案
• 2.4 低电源电压带隙基准的各种设计思路
• 2.5 本章小结
• 3 低电源电压一阶温度补偿基准的性能仿真与分析
• 3.1 一阶温度无关基准的数学建模与仿真
• 3.2 低压基准实际电路性能仿真与分析
• 3.3 改良型一阶温度补偿电压基准的性能仿真
• 3.4 本章小结
• 4 高精度低电源电压基准的设计与仿真
• 4.1 高阶温度补偿低压基准的设计与仿真
• 4.2 一种结构新颖的高精度电源电压基准
• 4.3 设计的两种基准的性能比较
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献