具有宽电源电压的CMOS电压基准设计

传统CMOS电压基准的输出电压随电源电压的变化较大,为了满足电压基准的精度要求,传统CMOS电压基准的电源电压工作范围就会受到限制。本文提出了一种宽电源电压CMOS电压基准电路,通过减小电压基准的偏置电流随电源电压的变化,提高电压基准输出电压的精度。此外,电压基准电路未使用运算放大电路和双极型晶体管,缩小了芯片面积。所提出的电压基准采用0.18μm CMOS工艺进行流片,芯片面积仅为0.026 mm^(2)。仿真和测试结果表明:当电源电压从1.8 V至5 V变化,电压基准的输出电压变化了约0.176%/V。当温度从-25~125℃范围内变化,输出电压的温度系数约为82.78×10^(-6)V/℃。电源噪声的频率为1 kHz时,输出电压的电源抑制比为-60 dB。

基于低电压与高PSRR的带隙电压基准源设计

阐述对低电压、高电源抑制比(PSRR)的带隙电压基准源设计,分析带隙电压基准源的特点,结合原电路设计的局限性,设计了低电压、高PSRR的带隙电压基准源电路结构。仿真分析表明,仿真的结果和理论分析结果保持一致,所设计电路在低压模拟电路以及数字信号处理系统中有较好适用性。

面向空间引力波探测的程控低噪声高精度电压基准源

引力波探测打开了探索宇宙的新窗口,开启了多信使天文学时代.大型激光干涉仪作为空间及地基引力波探测装置,需要使用低噪声激光光源,通过光电负反馈降噪技术可以抑制激光噪声,提高大型激光干涉仪的灵敏度.光电负反馈控制需要将光电探测器信号与电压基准源信号相减,之后经过比例积分微分器得到误差信号,来控制泵浦电流驱动器的输出功率,从而实现激光噪声抑制.由于光电探测器信号受激光强度影响,其输出电压在一定范围内变化,这就需要电压基准源信号的输出电压可变;另外,电压基准源的性能直接影响反馈控制环路的整体性能,是激光噪声抑制的下限.本文通过选定低噪声基准芯片及数模转换芯片,设计外控电路、采用低温漂系数元件、通过精密布板及电磁屏蔽等方案,研发高精度低噪声程控电压基准源;并通过可编程逻辑门阵列模块编程控制数模转换,实现程控电压基准源输出电压精密变化.结果表明:所研发的电压基准源输出电压范围为-10V—+10 V,输出电压分辨率达20 bit,在空间引力波频段输出电压的相对噪声谱密度低于9.6×10^(-6)Hz^(-1/2),基准源噪声性能均优于相应引力波探测中对激光强度噪声要求,为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑.

超低功耗CMOS电压基准源技术研究进展

当前,随着物联网微型设备的发展,电压基准源作为电子设备中集成电路的基本模块,需要在非常有限的电源电压和功率下工作。此外,电压基准源还需要在工艺、电源电压、温度变化时能够提供稳定的输出电压。相比于使用双极型晶体管和大电阻的低功耗带隙电压基准源,CMOS电压基准源仅使用少数MOS器件,可以工作在更低的电源电压,具有更小的面积,并且其功耗可降至皮瓦级别。本文旨在全面回顾和探讨当前主流的超低功耗CMOS电压基准源技术。首先介绍其基本结构,针对超低功耗应用重点介绍自偏置和泄漏偏置结构,分析其工作原理及性能差异。然后,围绕基准电压的工艺偏差,线性灵敏度和温度特性,总结了目前已有的超低功耗CMOS电压基准源技术优化方案。最后,探讨了超低功耗CMOS电压基准源技术面临的挑战。

如何选用合适的电压基准源

本文讨论了几种电压基准源的工作原理和结构，介绍了选择电压基准源时需要考虑的关键特性参数，给出了电压基准源的选择原则及使用中需要考虑的问题和使用方法。

基于CMOS阈值电压设计的电压基准源

基于TSMC 0.18μm标准CMOS工艺,提出了一种新型无电阻低温漂电压基准源。通过采用CMOS阈值电压(Vth)和与温度成正比的电压(VPTAT)作为基础线性温度单元加权求和的方式,消除了电压基准源输出中残留的非线性温度分量,最终得到高精度的电压基准输出。其中CMOS阈值电压由无电阻结构产生,VPTAT的产生和与CMOS阈值电压的加权求和由非对称差分运放完成。实测结果证明,在-55℃~125℃温度范围内,电压基准源输出为1.23 V,温度系数为4.5 ppm/℃。在无滤波电容的情况下,基准电源抑制比可达-93 dB。

一种高性能CMOS带隙电压基准源设计

采用一级温度补偿和电阻二次分压技术设计了一种高性能 CMOS带隙电压基准源电路 ,其输出电压为 0 .2 0～ 1.2 5 V,温度系数为 2 .5× 10 - 5/ K.该带隙电压基准源电路中的深度负反馈运算放大器为低失调、高增益的折叠型共源共栅运算放大器 .采用 Hspice进行了运算放大器和带隙电压基准源的电路仿真 ,用 TSMC0 .35 μm CMOS工艺实现的带隙基准源的版图面积为 6 4 5 μm× 196 μm.

宽输入快速启动的高精度电压基准电路设计

采用BCD（bipolar CMOS DMOS）工艺,设计了一款不需调节且可快速启动的高精度电压基准电路.利用齐纳二极管的稳压特性,构成TTL BUFFER缓冲电路,使基准电路的输入电压变化范围在1 V左右,从而提高电压基准精度.运用MOS器件的自偏特性,迅速给电压基准提供一个偏置,完成了整个电路的快速启动.该电路与基准电路结合后,当输入电压在6.3~14 V的范围内时,其基准电压摆动小于2 mV;启动时间为20μs左右.与同类电路相比,该电压基准输出摆动缩小了60%,启动时间缩短了40%.

高电源抑制比和高阶曲率补偿带隙电压基准源

基于分段线性补偿原理,提出了一种新的带隙基准源高阶曲率补偿方法,使电压基准源的温度特性曲线在整个工作温度范围内具有多个极值,显著提高了电压基准源的精度。采用0.5μm CMOS工艺模型进行仿真。结果表明,在-40℃～135℃的温度范围内,电压基准源的温度系数为5.8×10-7/℃。设计了具有提高电源抑制比功能的误差放大器,在5 V电源电压下,电压基准源的电源抑制比在低频时-为95.4 dB,在1 kHz时为-92.4 dB。

CMOS电压基准的设计原理

电压基准是集成电路一个重要的构成单元。结合多年设计经验,介绍了五类CMOS电压基准的设计原理、理论推导、参考电路、特点和主要性能指标,给出了主要参数的计算公式。最后,对各种CMOS电压基准的性能进行了比较。

适用于混合信号IC中的带隙电压基准

提出了两款基于指数型曲线补偿技术的、采用1.5μmBiCMOS工艺制造的新型带隙电压基准(BGR).在-45～85°C它们的平均温度系数均约为8.0×10-6/°C;在电源电压5V情况下工作时功耗分别为154.2μW和207.5μW.低功耗、高精度的特性使得它们非常适合集成于混合信号IC中.

一种高精度带隙电压基准源改进设计

在原有经典三条支路结构的带隙基准电路基础上，通过减少带隙电压源的电流源镜像次数及控制电流源漏源电压，在减小器件失配影响的同时，进一步减小了沟道长度调制效应的影响，大幅度提高了基准电压源的精度，降低了温度系数．封装后200片统计测试的结果：输出电压精度为1．23±0．02V，标准偏差d仅为0．007V，-40～85℃范围内的温度系数测试值在16ppm附近，芯片电源电流为100／μA．该改进电路的设计仿真结果和流片测试结果有很高的一致性．

建立新一代约瑟夫森电压基准——正弦量子电压信号的合成

利用SINIS型约瑟夫森结阵建立的新一代约瑟夫森电压基准可以合成动态电压信号,论文研究了交流量子电压的合成方法,研制了用于合成交流量子电压的SINIS结高速驱动装置,深入分析了合成交流量子电压的误差及测量不确定度。实验结果表明,目前合成1 V峰值60 Hz频率的交流电压,其有效值的测量不确定度优于2×10-6量级。用SINIS结高速驱动装置合成的交流量子电压具有很好的稳定性和良好的不确定度指标。交流量子电压的成功合成填补了国内该研究领域的空白,为进一步建立我国首个交流量子电压基准奠定了良好基础。

一款高精度低功耗电压基准的设计与实现

设计了一款高输出电压情况下的高精度低功耗电压基准电路。电路采用了比例采样负反馈结构达到较高和可控的输出电压,并利用曲率补偿电路极大地减小了输出电压的温度系数。针对较宽输入电压范围内的超低线性调整率规格,给出了多级带隙级联的电路结构。针对功耗和超低负载调整率的问题,电路采用了基于运算放大器的限流模式和内置大尺寸横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管的设计。该电路在CSMC 0.25μm高压BCD工艺条件下进行设计、仿真和流片,测试结果表明,该电压基准输出电压为3.3 V,温度系数为19.4×10^(-6)/℃,线性调整率为5.6μV/V,负载调整率为23.3μV/V,工作电流为45μA。

一种简单的高精度3阶补偿带隙电压基准源

基于普通带隙基准原理,设计了一种简单的3阶补偿带隙基准电路。这种补偿方式无需改变普通带隙基准的结构,仅增加很少的器件就能实现3阶补偿,具有电路实现简单、功耗低、容易嵌入传统带隙基准等优点。设计采用0.5μm BiCMOS工艺,仿真结果表明,在-40℃～120℃温度范围内,5V工作电压下,该带隙基准源的输出电压为1.204V,温度系数为1.9×10-6 V/℃,在1kHz时,电源抑制比为58dB。

低压CMOS带隙电压基准源设计

在对传统典型CMOS带隙电压基准源电路分析和总结的基础上,综合一级温度补偿、电流反馈技术,提出了一种1-ppm/°C低压CMOS带隙电压基准源。采用差分放大器作为基准源的负反馈运放,简化了电路设计。放大器输出用作电路中PMOS电流源偏置,提高了电源抑制比(PSRR)。整个电路采用TSMC0.35μmCMOS工艺实现,采用HSPICE进行仿真,仿真结果证明了基准源具有低温度系数和高电源抑制比。

一种10-ppm/~oC低压CMOS带隙电压基准源设计

在对传统CMOS带隙电压基准源电路分析和总结的基础上,综合一级温度补偿、电流反馈和电阻二次分压技术,提出了一种10-ppm/oC低压CMOS带隙电压基准源。采用差分放大器作为基准源的负反馈运放,简化了电路的设计,放大器的输出用于产生自身的电流源偏置,提高了电源抑制比(PSRR)。整个电路采用TSMC 0.35mm CMOS工艺实现,采用Hspice进行仿真,仿真结果证明了基准源具有低温度系数和高电源抑制比。

一种用于全MOS电压基准源的新颖预抑制电路

提出了一种用于全MOS电压基准源的新颖预抑制电路。采用一个大宽长比PMOS管和负反馈环路,将预抑制电压与基准电压之差固定为一个阈值电压。获得的预抑制电压用来为全MOS电压基准源供电,极大地改善了基准电压的电源调整率、温度稳定性和电源电压抑制比。采用Nuvoton 0.35μm 5V标准CMOS工艺进行仿真,整个电路的版图尺寸为64μm×136μm。结果表明:电压基准源的输出基准电压为1.53V;电源电压在3.4~5.5V范围内,线性调整率为97.8μV/V;PSRR在10 Hz处为-143.2dB,在100 Hz处为-123.3dB,在1kHz处为103.3dB;环境温度在-45℃~125℃范围内,平均温度系数为8.7×10^(-6)/℃。

一种用于锂电池保护芯片的低功耗电压基准源

介绍了一种应用于锂电池保护芯片的低功耗CMOS电压基准源。该电路采用耗尽型NMOS管作电流源器件，结合负反馈，实现了稳定的电压基准。这种新型电压基准电路适用于锂电池保护芯片，提供检测基准电压。采用这种基准电路的锂电池保护芯片已在0．6μm双层多晶硅单层金属的CMOS工艺下实现。测试结果表明，电源电压在2．5～5V范围内变化时，输出基准电压为1．2V，变化不超过5mV，最大工作电流小于1μA，体眠状态下电流小于50nA，完全符合锂电池保护电路对低功耗基准源的要求。

一个1.2V,9ppm/℃的CMOS带隙电压基准源

基于传统CMOS带隙电压基准源电路的分析，结合曲率补偿技术设计了一种带衬底驱动运算放大器的低电源电压的电压基准源电路，主体电路采用电流模式基准源结构，并结合所采用的衬底驱动运放作为基准源的负反馈运放。整个电路采用0.5ym标准CMOS工艺实现，在电源电压1．2V的条件下用HSpice进行仿真，仿真结果表明输出基准电压在-40-120℃范围内温度系数为9ppm／℃。