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0.7V, 11ppm/℃,纳瓦功耗的基准源
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2009-08-28
王刚
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介绍了一种简单的高性能基准源电路，该电路利用了工作在饱和区和亚阈值区的MOS
晶体管迁移率和阈值电压温度特性进行补偿，此外还利用二极管反相偏置电流的温度特性来改进电路的高温段的特性。使用HSPICE 进行模拟，结果表明在电源电压为0.9V，温度在−20℃至120℃之间变化时，输出的基准电压为525mV，温度系数为11ppm/℃，功耗只有736nW。
该电路电源电压可低至0.7V。电源噪声频率为1kHz 时的电源抑制比为 −48dB。
关键词：补偿；低功耗；低压；高精度；电压源高精度的基准电压源由于受温度、电源电压、工艺过程等因素的影响较小，被广泛的应用于各种模拟和混合信号电路系统中。传统的带隙基准电压源利用寄生双极晶体管效应[1，2]，输出电压接近硅的带隙（1.25V），因此电源电压至少需要1.4V[3]。另外，传统带隙基准源中都采用运算放大器结构，这种结构不仅限制了电源电压的降低，而且运算放大器失调也会降低电路的特性。目前，集成电路的设计正朝着低功耗的深亚微米（DSM）方向发展，传统的带隙基准电压源即使采用最新的工艺参数也很难达到上述的参数水平。
因此，在本文中我们提出了一种无运放、无双极晶体管，且结构简单的CMOS 电压基准
源。利用工作在饱和区和亚阈值区的MOS 晶体管迁移率和阈值电压温度特性；二极管反相偏置电流的温度特性来改进电路的高温段的特性；以及当二极管连接MOS 晶体管（工作在饱和区）的偏置电流与温度成正比时，该晶体管的栅源电压与温度无关的特性，得到了电源电压可以低至1V 以下、功耗只有几百纳瓦的基准电压源。
晶体管迁移率和阈值电压温度特性进行补偿，此外还利用二极管反相偏置电流的温度特性来改进电路的高温段的特性。使用HSPICE 进行模拟，结果表明在电源电压为0.9V，温度在−20℃至120℃之间变化时，输出的基准电压为525mV，温度系数为11ppm/℃，功耗只有736nW。
该电路电源电压可低至0.7V。电源噪声频率为1kHz 时的电源抑制比为 −48dB。
关键词：补偿；低功耗；低压；高精度；电压源高精度的基准电压源由于受温度、电源电压、工艺过程等因素的影响较小，被广泛的应用于各种模拟和混合信号电路系统中。传统的带隙基准电压源利用寄生双极晶体管效应[1，2]，输出电压接近硅的带隙（1.25V），因此电源电压至少需要1.4V[3]。另外，传统带隙基准源中都采用运算放大器结构，这种结构不仅限制了电源电压的降低，而且运算放大器失调也会降低电路的特性。目前，集成电路的设计正朝着低功耗的深亚微米（DSM）方向发展，传统的带隙基准电压源即使采用最新的工艺参数也很难达到上述的参数水平。
因此，在本文中我们提出了一种无运放、无双极晶体管，且结构简单的CMOS 电压基准
源。利用工作在饱和区和亚阈值区的MOS 晶体管迁移率和阈值电压温度特性；二极管反相偏置电流的温度特性来改进电路的高温段的特性；以及当二极管连接MOS 晶体管（工作在饱和区）的偏置电流与温度成正比时，该晶体管的栅源电压与温度无关的特性，得到了电源电压可以低至1V 以下、功耗只有几百纳瓦的基准电压源。
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