全CMOS基准电压源的设计与研究

论文摘要

随着CMOS工艺技术进入深亚微米时代,输出电压在1.2 V左右的传统带隙基准电压源已不再适合电源电压逐渐降低的集成电路,因此与标准CMOS工艺技术兼容的低压低功耗基准电压源电路设计成为模拟电路研究的主要课题之一。本文主要研究可在低电源电压下工作,具有低功耗的全CMOS基准电压源电路。首先介绍了基准电压源的发展及国内外研究现状,给出了基准电压源的性能指标,分析了MOS晶体管阈值电压及其温度特性。确定电路主要架构后,分别对PTAT（Proportional to Absolute Temperature）模块、CTAT（Complementary to Absolute Temperature）模块及启动电路进行分析和比较,确定各模块使用的电路结构。我们主要利用阈值电压与载流子温度系数相互补偿的原理分别设计了低压低功耗、宽温度范围、低温度系数及多基准电压输出的四种CMOS基准电压源电路。对于每种电路均给出了详细的电路原理分析、相关电路公式及电路设计参数选择。并且基于TSMC 0.18μm标准CMOS工艺模型,利用HSPICE电路仿真工具,针对TT,SS和FF工艺角,对所设计的基准电压源电路进行了直流（DC）特性、交流（AC）特性和瞬态（TRAN）特性的仿真,四种电路中最低电源电压为0.7 V,最小温度系数为20 ppm／℃,最小功耗仅为4μW,电源电压调整率均在1%左右,高频电源抑制比在-60 dB左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 基准电压源的发展及研究现状
• 1.3 基准电压源的性能参数
• 1.4 选题意义
• 1.5 本文的主要工作及内容
• 第2章 亚阈值MOS晶体管模型及其温度特性
• 2.1 MOS晶体管的基本结构
• 2.2 亚阈值MOS晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性
• 2.3 MOS晶体管的阈值电压
• 2.4 MOS晶体管阈值电压的温度特性及影响温度特性的参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 全CMOS基准电压源原理与电路
• 3.1 系统构架
• 3.2 与绝对温度成正比（PTAT）电路模块
• 3.3 与绝对温度成反比（CTAT）电路模块
• 3.3.1 CTAT电压产生电路
• 3.3.2 CTAT电流产生电路
• 3.4 启动电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 全MOS基准电压源设计
• 4.1 低压低功耗CMOS基准电压源
• 4.1.1 直流（DC）特性仿真分析
• 4.1.2 交流（AC）特性仿真分析
• 4.1.3 瞬态（TRAN）特性仿真分析
• 4.2 宽温度范围CMOS基准电压源
• 4.2.1 直流（DC）特性仿真分析
• 4.2.2 交流（AC）特性仿真分析
• 4.2.3 电路性能参数比较
• 4.3 低温度系数CMOS基准电压源
• 4.3.1 直流（DC）特性仿真分析
• 4.3.2 交流（AC）特性仿真分析
• 4.3.3 电路性能参数比较
• 4.4 多基准电压输出CMOS基准电压源
• 4.4.1 直流（DC）特性仿真分析
• 4.4.2 交流（AC）特性仿真分析
• 4.4.3 电路性能参数比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士研究生在读期间发表论文
• 致谢