柴吴尽 CMOS基准电流源
(整理)基于65纳米CMOS工艺基准电压电流源的设计.pdf.doc
工学硕士学位论文基于65纳米CMOS工艺基准电压电流源的设计徐映嵩哈尔滨理工大学2015年3月国内图书分类号：TN432工学硕士学位论文基于65纳米CMOS工艺基准电压电流源的设计硕士研究生：徐映嵩导师：金星殷景华申请学位级别：工学硕士学科、专业：集成电路工程所在单位：应用科学学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学Classified Index：TN432Dissertation for the Professional MasterDesign of a Voltage and Current Reference Source Based on 65nm CMOSProcessCandidate：Xu yingsongSupervisor：Jin xing Yin jinghuaAcademic Degree Applied for：Speciality：Master of Engineering Integrated circuit engineeringDate of Oral Examination：University：March , 2015Harbin University of Science and Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于65纳米C M OS 工艺基准电压电流源的设计》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。
据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。
对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。
本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名：徐映嵩日期：2015年3月28日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于65纳米C M OS工艺基准电压电流源的设计》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。
一种CMOS基准电压源的设计
ｔｉ ｅ ａ ｎ ｄ．Ｉ ｓｂ ｅ ｍｂ ｄ ｄ ｉ ｎ —ｍｐ ｄ ｎ ｅ ａ ｌ ｅ ｓ ｄ ｉ ｐ ｉａ ｏ ｔｈａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄｅ ｎ ａ Ｗａ ｓｉ ｅ ａ ｃ ｍｐｉ ｒｕ ｅ ｎ ｏ ｔｃ ｌｃ ｍｍｕ ｉ ａｉｎ．ｔ ｎ ｆｂｒｃ — ｉ ｆ ｎｃ ｔ ｏ ｈｅ ａ ｉａ ｔｄ ａ ｄ ｔｓｅ ｅ ｎ ｅ ｔ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅｆ ｃ ｅ ｏｍａ ｅ ｏ ｔｃ ｎ ｆ ｌｙ ｍｅ ｔｔ ｅ ａ ｌ ｅ ． ｎ ｈｅ ｐ ｒｅ ｔｐ ｒ ｒ ｎｃ ｆｉ ａ ｕｌ ｅ ｈ ｍｐ ｉ ｒ ｆ ｉ ｆ
维普资讯
第２ ２卷 第 ２期
２０ ０７年 ０ ６月
西
南
科
技
大
学
学
报
Ｖ０． ２ Βιβλιοθήκη ｏ ２ １２ ． Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｔ ｗ ｓ ｎ ｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｕ ｈ ｅ ｔＵ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｙ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＣＭＯ Ｓ；ｂ ｎ — ａ ｏ ｔｇ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｎ ｌ ｇ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｄ ｇ ｐ ｖ ｌ ｅ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｕ ｃ ；ａ ａｏ ｉ ｉ ａ ｃ
随着集成 电路 设计 与工 艺水 平 的发 展 ， 片 内部基准 电压源 已经 成 为模拟 集成 电路和 数模 混合 集 成 电 芯
已应用到光通信用跨阻放大器 中。
ADC中高精度CMOS基准电源的设计
ADC中高精度CMOS基准电源的设计4青岛展芯微电子科技有限公司摘要：本论文针对ADC中高精度CMOS基准电源的设计进行研究。
通过对现有研究进行综述，并提出针对高精度CMOS基准电源的设计思路。
论文详细介绍了电路的拓扑结构、器件选型及布局等方面的实现。
借助仿真软件进行系统仿真，并对包括电压稳定度、温度稳定度、功耗、噪声等指标的仿真结果进行分析。
关键词：ADC；CMOS基准电源；高精度；电路设计；仿真分析一、研究背景和意义1.CMOS基准电源的重要性在模拟数字转换器（ADC）电路中，基准电源是确保ADC精度和性能的关键因素之一。
基准电源提供了稳定的参考电平，用来确定模拟电压与数字码之间的对应关系。
CMOS基准电源由于其低功耗、高精度和低噪声等优点，成为ADC设计中不可或缺的组成部分。
首先，CMOS基准电源具有低功耗的特性，可以降低整个系统的能耗。
这对于需要长时间运行或电池供电的应用非常重要，可以延长设备的使用寿命，并降低维护成本。
其次，CMOS基准电源具有高精度的特点，能够提供稳定且准确的参考电平。
这对于ADC的精准采样和转换是至关重要的。
高精度的基准电源可以减小ADC的非线性和偏差，从而提高转换的准确性和重现性。
此外，CMOS基准电源还具有低噪声的特性，能够减少电源的干扰和噪声对ADC的影响。
低噪声的基准电源可以提高ADC的信噪比和动态范围，保证输入信号的清晰度和准确性。
2.高精度基准电源在ADC中应用的意义高精度基准电源能够提供稳定可靠的参考电平。
由于信号的转换是基于基准电平进行的，如果基准电源不稳定，就会导致ADC输出的数据存在偏差或误差。
而高精度基准电源通过提供稳定的参考电平，确保了ADC在采样和转换过程中的准确性。
高精度基准电源能够提高ADC的采样精度。
采样精度是指ADC对输入信号进行离散化时的精度。
通过提供高精度的基准电源，ADC能够更准确地对输入信号进行采样和量化，从而提高数据的精确度和分辨率。
基准电流源 产生电路
基准电流源产生电路
基准电流源产生电路是一种能够产生高精度、低温度漂移的电流源的电路，通常用于模拟电路中提供稳定的电流。
以下是几种常见的基准电流源产生电路：
1.镜像电流源：镜像电流源是一种基于晶体管电流镜的基准电流源。
它
通过将一个已知的参考电流镜像到另一个晶体管上，从而产生所需的基准电流。
这种电路具有高精度和低温度漂移的优点，因此在模拟电路中广泛应用。
2.带隙基准电流源：带隙基准电流源是一种基于带隙原理的基准电流源。
它通过将电压差转换为电流，产生稳定的基准电流。
带隙基准电流源具有低温度系数和低噪声的优点，因此在高精度模拟电路中应用广泛。
3.微电流源：微电流源是一种能够产生微安级别电流的基准电流源。
它
通常由一个高精度电阻和一个电源组成，通过将电源电压除以电阻值来产生微安级别的电流。
微电流源具有低功耗和高精度的优点，因此在低功耗应用中广泛使用。
4.偏置电压源：偏置电压源是一种基于运放的基准电压源，通过将运放
的输出端和输入端短接，使得运放工作在深度线性区，产生稳定的直流偏置电压。
偏置电压源通常具有高精度和低温度漂移的优点，因此在模拟电路中常用作偏置电压。
以上是几种常见的基准电流源产生电路，它们都具有不同的优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的基准电流源产生电路，以确保电路性能的可靠性。
一种全CMOS基准的低功耗LDO设计与研究
一种全CMOS基准的低功耗LDO设计与研究一种全CMOS基准的低功耗LDO设计与研究摘要：低压差稳压器(LDO)，作为一种重要的电源管理器件，被广泛应用于手机、平板电脑和其他消费电子产品中。
然而，随着移动设备的不断发展，对LDO的功耗和稳定性提出了更高的要求。
本文介绍了一种基于全互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的低功耗LDO的设计与研究，主要包括电路结构设计、核心电路设计以及参数优化等内容。
通过仿真和实验结果的分析，证明了该设计在低功耗和高稳定性方面具有良好的性能。
关键词：低压差稳压器(LDO)；全CMOS；功耗；稳定性；设计；仿真；实验1. 引言低压差稳压器(LDO)作为一种重要的线性电源管理器件，具有输入和输出压差较小、能够提供稳定输出电压的特点，在电源管理系统中扮演着重要的角色。
传统的LDO设计中，常采用双极性差动对的结构，但由于功耗和性能的限制，难以满足现代移动设备的要求。
因此，设计一种低功耗LDO对于移动设备的电源管理至关重要。
2. 电路结构设计本设计采用了一种基于全互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的LDO结构。
该结构由可调电流源、电流镜、误差放大器、输出级和反馈电路组成。
其中，可调电流源和电流镜主要用于产生稳定的电流，误差放大器用于误差检测和放大，输出级用于输出稳定电压，反馈电路用于控制误差电压。
3. 核心电路设计在本设计中，核心电路采用了一种新型基准电路设计，以提高LDO的稳定性和降低功耗。
该基准电路利用了PMOS和NMOS晶体管的互补特性，通过电荷积分和电流源控制实现了稳定的基准电压。
在设计过程中，需要考虑晶体管的参数匹配、阻值和电流的选择等因素，以确保基准电路的可靠性和精度。
4. 参数优化为了进一步提高LDO的性能，需要对电路的参数进行优化。
首先，通过仿真和对比分析，选择合适的电流源和电流镜参数，以保证LDO输出电压的稳定性和纹波控制。
其次，通过调整误差放大器和反馈电路的增益和带宽，提高LDO的动态响应速度和环路稳定性。
一种新型低压高精度CMOS电流源
一种新型低压高精度CMOS电流源
朱樟明;杨银堂;尹韬
【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(032)002
【摘要】采用低压与温度成正比基准源和衬底驱动低压运算放大器电路,设计了一种新型的低压高精度CMOS电流源电路,并采用TSMC 0.25μm CMOS Spice模型进行了电源特性、温度特性及工艺偏差的仿真.在室温下,当电源电压处于1.0～1.8V时,低压电流源输出电流Iout约为12.437～12.497μA;当温度在0～47℃范围内,输出电流为12.447μA;各种工艺偏差条件下的最大绝对偏差为0.54μA,与典型工艺模型下的相对偏差为4.34%.
【总页数】5页(P174-178)
【作者】朱樟明;杨银堂;尹韬
【作者单位】西安电子科技大学,微电子研究所,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,微电子研究所,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,微电子研究所,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN402
【相关文献】
1.一种低电压高精度CMOS基准电流源设计新技术 [J], 胡学骏;赵慧民
2.一种新型的nA量级CMOS基准电流源 [J], 马寒玉;马成炎
3.一种新型的CMOS恒定电流源的设计 [J], 张宇鸣;吴谨
4.一种新型高精度低压CMOS带隙基准电压源 [J], 陈迪平;吴旭;黄嵩人;季惠才;王镇道
5.一种新型的CMOS恒定电流源的设计 [J], 张宇鸣;吴谨
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
低功耗CMOS带隙基准源
低功耗CMOS带隙基准源赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【摘要】本文采用了CSMC 0.18um的标准CMOS工艺，设计了一种工作在亚阈值区的低功耗CMOS带隙基准源，本设计电路是由纯MOS管组成，不包含双极型晶体管，采用工作在线性区的MOS管代替电阻，减少了芯片的面积，工作在亚阈区的MOS管也使得系统的功耗有所降低。
室温下，整个电路系统的电流（包含启动电路）为433.08nA，功耗为649.6nW，版图面积为0.0048mm2，工艺流程与标准CMOS工艺有很好的兼容性。
%This article uses CSMC 0.18µm standard CMOS process technology, a low power CMOS voltage reference was developed using 0.18µm CMOS process technology, The device consists of MOSFET circuit operated in the subthreshold region and used no resistors, the design of the circuit is composed of pure MOS transistors, does not include the transistors, using a strong-inversion of the MOS transistor instead of resistance, greatly reducing the chip area,working in sub-threshold region MOS transistors also makes the system power consumption is greatly reduced. At room temperature, the current overall circuit (including start-up circuit) is about 433.08nA, the power is 649.6nW, the layout area is 0.0048mm2, process have good compatibility with standard CMOS process.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】4页(P27-30)【关键词】带隙基准;低功耗;亚阈值区【作者】赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【作者单位】哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学【正文语种】中文便携式电子产品已经成为当今消费者的重要需求，SoC技术的广泛应用已经成为当今发展的重要趋势，低功耗是SoC系统的发展目标[1]。
低电压、低功耗CMOS基准电压源的设计
近 年来 ， 随着各 种 便 携 式 电子 产 品 ， 手 机 、 如 笔 记本 电脑 、 数码 相机 、 动音／ 移 视频 产 品 、 医疗 设备 等 的广 泛应 用和发 展 ， 何 降低 功耗 、 如 延长 基 于 电池 供 电产 品 的使用 时间 已成 为产 品设计 首要 考虑 的 问题 之 一． 因此 ， 为集 成 电路 中 的关键 模 块 ， 准 电压 作 基 源 必须满 足 低 电 压 、 功 耗 和 高 稳 定 性 的要 求 ． 低 目 前， 有很 多 电路 （ 带 隙 电压 源 。 基 于 工作 在 亚 如 。 、 阈值 区 的 Ｃ Ｓ的 电压 源 等 ） 可 以满 足 这 个 ＭＯ 都
征 电流． 通常情 况 下 由于 Ｖ 。 ＞４ 因此 ， Ｖ， 。可 以用
要 求 ， 带隙 电压源需 要用 到寄 生双极 型 晶体管 ， 但 其 工 艺复 杂度和 成本都 比较 高．
为 此 ， 中提 出 了一 种 结 构简 单 的 Ｃ Ｓ基 准 文 ＭＯ 电 压 源 电 路 ， 电 路 使 用 由 与 绝 对 温 度 成 正 比 该 （ Ｔ Ｔ 的 电流 源 和微 功 耗运 算 放 大 器 构成 的负 反 ＰＡ ）
Ｖ１６ ｏ． ＮＯ９ ３ ．
Ｓｅ ｔｍ ｂ ｒ ２ ０８ ｐｅ ｅ ０
文章编号 ：ｌ０ －６ ｘ（ｏ ８ ０ —１８０ ０ ０５５ ２ ０ ） ９０ ２ —４
低 电压 、 功耗 Ｃ Ｓ基 准 电压 源 的 设计 低 ＭＯ
蔡敏 舒俊
（ 南 理 工 大 学 电子 与 信 息 学 院 ， 东 ， ５ ０４ ） 华 广 州 １６ ０
耻 ）＋Ｖ Ｆ Ａ Ｏ － Ｆ． ×
１ 设 计 原 理
１ １ 工作在亚阈值 区 Ｍ Ｓ管的 ． Ｏ 温度特性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CMOS基准电流源设计摘要基准源是在电路系统中为其它功能模块提供高精度的电压基准，或由其转化为高精度电流基准，为其它功能模块提供精确、稳定的偏置的电路。
它是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块。
基准源输出的基准信号稳定，与电源电压、温度以及工艺的变化无关。
带隙基准源是集成电路中的重要单元，输出不随温度、电源电压变化的基准电压或电流。
简单介绍了CMOS带隙基准源的基本工作原理；指出了限制其性能的主要因素；分析了低电源电压、低功耗、高精度和高PSRR四种类型的CMOS带隙基准源。
一款是应用于DAC的带隙基准电路。
该基准电路的核心采用了PNP 晶体管串联来减小运放失调，运放采用的是具有高输入摆幅的折叠式共源共栅结构，偏置电路采用了低压共源共栅电流镜和自偏置低压共源共栅电流镜等结构来为整个基准电路提供偏置。
本文基于SMIC 0.35μm工艺模型库，采用Hspice仿真工具对该基准电路进行仿真，仿真结果为：温度扫描从-40℃到100℃ ,基准源的温度系数为15.7ppm/℃；电源抑制比在1kHz时为75dB, 10kHz时仍有58dB。
仿真结果表明，该基准电路完全能在DAC 系统中正常工作。
关键词CMOS基准电流源；低功耗；温度系数Research of CMOS Bangap Reference SourceAbstractA voltage reference source provides high-precision voltage reference for other functional modules in the circuit system, or high-precision current reference can transformed from it. It is a very important module in the analog integrated circuits and mixed-signal integrated circuits design. The output signal of the voltage reference is stable,and it is independent of supply voltage, temperature and process.Bandgap reference source is an important unit in integrated circuits, which supplied reference voltage or current independent of temperature and supply voltage. The principle of CMOS bandgap reference source was described, and the design challenge was pointed out. Finally, CMOS bandgap reference sources with low supply voltage, low power, high precision and high PSRR were analyzed, respectively.The bandgap reference is used in the DAC. The core of the reference circuit used PNP transistors in series to reduce amplifier offset, and the amplifier used the folded cascode structure to get high input swing, and the bias circuit used the low-voltage cascode current mirror structure and the self-biased low-voltage cascode current mirror structure to bias the entire reference circuit. In the thesis, we simulated the reference circuit by using the Hspice simulation tool based on the SMIC 0.35μm process. The simulation results are that the temperature coefficient of the references is 15.7 ppm/℃when temperature scaned from -40℃to 100℃,and the power supply rejection ratio is 75 dB at 1kHz and there is still 58 dB at 10 kHz. The simulation results showed that the referencecircuit can work normally in the DAC system.Keywords CMOS current reference; Low power; Temperature coefficient目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (6)1.1 基准的几种主要类型 (6)1.2 本文的研究背景和选题意义 (7)1.3 主要研究内容 (8)1.4 本章小结 (8)第2章CMOS带隙基准源研究现状 (9)2.1 CMOS带隙基准源基本原理 (9)2.2 改进的CMOS带隙基准源 (11)2.2.1 低电源电压CMOS带隙基准源电路 (11)2.2.2 低功耗带隙基准源电路 (16)2.2.3 高精度带隙基准源 (18)2.3 本章小结 (21)第3章两种典型CMOS基准电流源对比 (22)3.1 一种低电压高精度CMOS基准电流源 (22)3.1.1 电路描述 (23)3.1.2 仿真结果 (25)3.2 一种低温漂低电源电压调整率CMOS基准电流源 (26)3.2.1 新型基准电流源理论与方案 (26)3.2.2 仿真验证及结果分析 (31)3.3 本章小结 (32)第4章一种应用于DAC中的带隙基准源的设计 (34)4.1 DAC模数转换器的原理 (34)4.2 带隙基准电路设计指标 (37)4.3 带隙基准电路设计 (37)4.3.1 带隙基准主体电路设计 (37)4.3.2 启动电路设计及基准稳定性考虑 (38)4.3.3 运算放大器的设计 (40)4.3.4 偏置电路设计 (42)4.4 仿真结果 (44)4.5 版图设计 (46)4.5.1 设计规则 (46)4.5.2 版图设计需要考虑的因素 (47)4.6 本章小结 (48)结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)附录 (52)第1章绪论基准电路包括基准电压源和基准电流源，它在电路中提供电压基准和电流基准。
它具有稳定性好，对系统的操作环境（如电源电压、工作温度、输出负载）变化不敏感的特点，可以为其他电路模块提供较为精准的参考点，因此它是模拟集成电路和数模混合电路的不可缺少的基本单元电路[1]。
基准电压源在电路系统中为其他功能模块提供高精度的电压基准，或由其转化为高精度电流基准。
对模拟电路系统而言，基准电压源的性能将直接影响到整个系统的精度和性能，基准的任何偏差和噪声都会严重的影响其它电路的线性和精度。
因此，系统的精准度在很大程度上依赖于内部或外部基准的精度，没有一个满足要求的基准电路，就不能正确有效地实现系统预先设定的性能。
因此，如何提高基准源的性能和集成度一直是该领域人们研究的热点。
1.1基准的几种主要类型迄今为止，市面上推出的基准电流源根据其技术工艺不同大致可分为四种类型：齐纳基准、掩埋齐纳基准、XFET基准和带隙基准[2][3]。
齐纳基准在这里指的是表层齐纳基准。
齐纳二级管被反向击穿时（齐纳击穿或隧道击穿）两端的电压具有正温度系数，而正向硅二极管具有负温度系数，在一个反向齐纳二级管上串联一只正向二极管可以获得理论上的零温度系数，这就是齐纳基准的工作原理。
它的优点是成本低，封装小，工作电压范围宽。
它的缺点是功耗大，初始精度低，温度系数差，输入电压调整率不好，使用时需根据供电电压和负载电流串接一个电阻为其提供恒定电流，以便保持输出电压稳定。
齐纳基准通常用于要求不高的场合，或用作电压钳位器。
掩埋型齐纳二极管是一种比常规齐纳二极管更稳定的特殊齐纳二极管，这是因为它采用了将击穿区植入硅表面以下的结构。
掩埋齐纳基准则是由掩埋型齐纳二极管构成的基准。
它具有很高的初始精度，好的温度系数和长期漂移稳定性，噪声电压低，总体性能优于其它类型的基准，故常用于12位或更高分辨率的系统中。
掩埋齐纳基准通常要求至少5V以上的供电电压，并要消耗几百微安的电流，功耗比较大，并且价格比较昂贵。
XFET（eXtra implantation junction Field Effect Transistor -XFET）基准是一种新型的电压基准，其核心是利用JFET（Junction Field Effect Transistor）设计的，利用一对具有不同夹断电压JFET，将其差分输出电压放大以产生一个稳定的基准电压。
由于两个JFET中的一个JFET在制造时外加了一步离子注入工艺，所以称为外加离子注入结型场效应管（eXtra implantation junction Field Effect Transistor）基准电压源，简称XFET基准电压源。
XFET基准静态电流很低，可用于3V电压系统，并且仍能保持良好的性能。
它有三项显著的特点：其一是在相同的工作电流条件下，它的峰一峰值噪声电压通常比带隙基准低数倍；其二是XFET基准静态电流很低，但可以为负载提供的输出电流不是很低，并且输出端不需要加去祸电容；其三是XFET基准具有极好的长期漂移稳定性。
XFET基准的性能水平界于带隙和齐纳基准之间，其缺点是需要特殊工艺来实现，成本较高。
带隙基准电压源包括双极型带隙基准源和CMOS带隙基准源，工艺条件宽。
带隙基准电压源的性能较其他基准有了很大的飞跃。
带隙基准输出电压受温度和电源电压影响小，并且其精度高。
基准的初始精度、温度系数、长期漂移、噪声电压等性能指标从低到高覆盖面较宽，适用于多种不同精度要求的系统中。
该类基准既有为通常目的设计的类型，也有静态电流小至几十微安，输入输出电压差较低而适用于电池供电场合的产品，因而应用范围很宽。