基于阈值电压差原理的CMOS电压基准源

设计了一种新型的纯MOS结构电压基准源,提出了一个基于简单偏置电路的电流相加电路,利用该电路中具有与电源电压无关且与环境温度成反比特性的和式电流,改善了PMOS和NMOS阈值电压差电路输出电压的温度性能,提高了电压基准源的精度。     

0.5umCMOS新型电流反馈放大器的分析与设计

设计了一种CMOS电流反馈运算放大器,通过在输出端采用电阻反馈,增强带负载能力,利用MOS管实现串联电阻以消除补偿电容带来的低频零点,通过高输出阻抗镜像电流镜增大了电路的增益,并用共源共栅电流源为电路提供偏置电流以减小电源电压的变化对偏置电流影响.使用BSM3 0.5um CMOS工艺参数,PSPICE模拟结果获得了与增益关系不大的带宽,电路参数为:84.2dB增益,447MHz的单位增益带宽,62度的相位裕度,138dB共模抑制比以及在Ⅳ电源电压仅产生0.7mw的功耗.     

一款应用于物联网芯片的皮安级CMOS电压基准源

设计了一种应用于物联网芯片的极低功耗电压基准源。由于漏致势垒降低(Drain-Induced Barrier Lowering,DIBL)效应,栅致漏极泄漏(Gate-Induced Drain Leakage, GIDL)效应及栅-漏电容馈通效应的影响,传统的基于MOS管漏电流的皮安级电压基准源虽然可以实现较低的温度系数,但是线性调整率及电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)过低,大大限制了其在具有高电源噪声的物联网芯片中的应用。在传统的双MOS管电压基准源基础上,基于0.18μm CMOS工艺,设计了一种新型的自稳压五MOS管电压基准源。Spectre仿真结果显示,0～120℃范围内,该自稳压五MOS管电压基准源的平均温度系数为39.2 ppm/℃;电源电压1.0～2.0 V范围内,该电压基准源的线性调整率为33.4 ppm/V;负载电容3 pF情况下,该电压基准的PSRR性能为-9 dB@0.01 Hz及-62 dB@100 Hz。另外,在该0.18μm CMOS工艺下,该电压基准的电流消耗仅为59 pA@27℃,版图面积仅为5 400μm~2。     

低功耗高性能的全MOS电压基准源设计

设计了一种基于亚阈值技术的全MOS电压基准源,采用共源共栅结构来增大PSRR,使用MOS管代替电阻,优化温度特性,使电路中大部分MOS管工作于亚阈值区。基于0.18μm CMOS工艺进行设计、版图绘制、和前、后仿真,在后仿真中得出相关参数值。对各参数做出详细分析,包括:一定温度范围内的温度系数;常温下基准输出电压;不同电源电压条件下的线性调整率、基准源静态电流及功耗,并对不同频率下的电源电压抑制比进行了对比。实验结果表明达到了低功耗高性能的设计目标。     

高精度、低功耗带隙基准源及其电流源设计

提出一种适用于红外焦平面阵列传感器的高精度BiCMOS电压基准和电流基准设计方案。该方案采用新型电压基准输出级降低Brokaw带隙基准源中的厄尔利效应使电流镜电流完全匹配,同时减小电压基准的输出阻抗;接着利用共源共栅结构的偏置电流提高带隙基准的电源抑制PSR(Power Supply Rejection)特性;最后通过4个MOSFET管将基准电压和电阻电压钳制相等,进而得到一个高精度、低温度系数的电流基准;而以单个二极管连接的MOSFET作为电流基准启动电路的方式,可更进一步降低电路复杂性。系统采用CSMC 0.5μm BiCMOS工艺,利用Cadence Spectre工具对电路进行仿真。结果表明,在电源电压5 V,-40℃到125℃温度范围内,基准电压和基准电流的温度系数分别为13×10-6/℃和31×10-6/℃,输出电流波动低于0.5%,整体电路的PSR为-86.83 dB,解决了恒定跨导基准源精度低的缺陷,符合红外焦平面阵列对基准源高精度、高PSR和低功耗的要求。     

应用于无源RFID标签的CMOS温度传感器

针对无源RFID标签功耗受限、芯片面积小的特点,采用SMIC 0.18 μm RF CMOS工艺设计了一种温度传感器.利用MOS管沟道电流的温度特性,设计了两种带有偏置电流源的延迟单元,通过其相互补偿产生脉冲与温度相关以提取温度信息.设计了后续电路将提取的温度信息转换成数字信号供RFID标签数字控制模块使用.仿真结果表明,当温度范围为-20～80 ℃时,温度传感器精度为0.8 ℃;标签芯片供电电压为1.8 V时,传感器芯片总的工作电流为440 nA,标签芯片模拟前端电路总工作电流为5 μA.     

一种工作在亚阈值区的CMOS基准电压源设计

提出了一种在低电源电压下工作的CMOS电压基准源,其基准电路采用工作在亚阈值区的nMOS晶体管和自偏置的共源共栅晶体管组合,该电路基准电流产生部分采用两个负反馈回路,确保了基准电流的稳定性.该电路采用标准的0.5 μm CMOS工艺,用Cadence中的Spectre仿真.在fs工艺角下,27℃时基准电压为1.52 V,在120℃范围内(-20℃～100℃)的温度系数可低至31.33 ppm/℃.     

集成于无源UHF RFID标签的新结构CMOS温度传感器

设计了一种集成于无源UHF RFID标签芯片的新结构温度传感器.利用高PSRR共源共栅结构的电流镜偏置电路产生两路温度系数相反的电流,实现了偏置电流对电源电压和温度补偿.与温度相关的脉冲信号由类似差分的结构产生,有效的克服了工艺偏差导致的误差.计数时钟信号由标签内部振荡器提供,振荡器频率受偏置电流控制近似与电源电压和温...     

红外焦平面阵列传感器中带隙基准源的设计

本文提出一种适用于红外焦平面阵列传感器的高精度BiCMOS电压基准和电流基准设计方案。该方案采用新型电压基准输出级降低Brokaw带隙基准源中的厄尔利效应使电流镜电流完全匹配,同时减小电压基准的输出阻抗;接着利用共源共栅结构的偏置电流提高带隙基准的电源抑制（Power Supply Rejection,PSR）特性;最后通过四个MOSFET管将基准电压和电阻电压钳制相等,进而得到一个高精度、低温度系数的电流基准;而以单个二极管连接的MOSFET作为电流基准启动电路的方式,可更进一步降低电路复杂性。系统采用CSMC 0.5um BiCMOS工艺,利用Cadence Spectre工具对电路进行仿真。结果表明,在电源电压5V,-40°C到125°C温度范围内,基准电压和基准电流的温度系数分别为13.11ppm/°C和31.18ppm/°C,输出电流波动低于0.5%,整体电路的PSR为-86.83dB,解决了恒定跨导基准源精度低的缺陷,符合红外焦平面阵列对基准源高精度、高PSR和低功耗的要求。     

MOS器件中的电荷泵

如图1所示,在增强型MOS晶体管中,把源和漏接在一起并反偏置(V_R<0),当未加栅脉冲时,I_B只是结的反偏电流。当栅上加负脉冲时,I_B就反过来变成正向电流。这个电流随栅脉冲频率f增加而线性增大,并大致正比于栅面积。由于结是反偏置的,而I_B是正向流动,这就意味着功率从栅脉冲源转换到电池。这种现象就是MOS器件中的电荷泵效应。这个“泵电流”(“pumped current”)现象与每个周期存储在栅电极下面的电荷有关,其中部分电荷在周期结束时与衬底的多数载流子复合形成泵电流I_B。为解释电流的产生,讨论一下反型层的建立与消失过程就清楚了。     

一种消除失调电压的低温度系数带隙基准电路

提出了一种利用多晶硅电阻的温度系数补偿负温度系数电压实现低温度系数的带隙基准电路,并且引入由二分频时钟控制的CMOS开关,使产生的失调电压正负交替做周期性变化相互抵消。采用BiCMOS 0.35μm工艺设计。仿真结果表明,此方法能够使MOS管在失配10%的情况下降低97%的失配,温度系数可达5.2 ppm/℃。工作电压为1.5 V～3.3 V、工作温度为-40℃～+70℃且工作在1.8 V常温下时,电路的工作电压为1.144 3 V,总电流为29.13μA,低频处的电源抑制比为-70 dB。     

An accurate analytical I-V model for sub-90-nm MOSFETs and its application to read static noise margin modeling

We propose an accurate model to describe the I-V characteristics of a sub-90-nm metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET) in the linear and saturation regions for fast analytical calculation of the current.The model is based on the BSIM3v3 model.Instead of using constant threshold voltage and early voltage,as is assumed in the BSIM3v3 model,we define these voltages as functions of the gate-source voltage.The accuracy of the model is verified by comparison with HSPICE for the 90-,65-,45-,and 32-nm CMOS technologies.The model shows better accuracy than the nth-power and BSIM3v3 models.Then,we use the proposed I-V model to calculate the read static noise margin(SNM) of nano-scale conventional 6T static random-access memory(SRAM) cells with high accuracy.We calculate the read SNM by approximating the inverter transfer voltage characteristic of the cell in the regions where vertices of the maximum square of the butterfly curves are placed.The results for the SNM are also in excellent agreement with those of the HSPICE simulation for 90-,65-,45-,and 32-nm technologies.Verification in the presence of process variations and negative bias temperature instability(NBTI) shows that the model can accurately predict the minimum supply voltage required for a target yield.     

一种二阶温度补偿的CMOS带隙基准电路

提出了一种可用于标准CMOS工艺下且具有二阶温度补偿电路的带隙基准源。所采用的PTAT2电流电路是利用了饱和区MOSFET的电流特性产生的,具有完全可以与标准CMOS工艺兼容的优点。针对在该工艺和电源电压下传统的启动电路难以启动的问题,引入了一个电阻,使其可以正常启动。基准核心电路中的共源共栅结构和串联BJT管有效地提高了电源抑制比,降低了温度系数。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺运用HSPICE软件进行了仿真验证。仿真结果表明,在3.3V供电电压下,输出基准电压为1.2254V,温度系数为2.91×10-6V/℃,低频的电源抑制比高达96dB,启动时间为7μs。     

基于电流控制模式的低压、高PSRR基准源

基于可调电流控制模式设计出一种低压、高电源抑制比的带隙基准电压源电路。采用电流控制模式和多反馈环路,提高电路的整体电源抑制比;通过电阻分压的方式,使电路达到低压,同时提供偏压,简化偏置电路。采用0.5μmCMOS N阱工艺,电路可在电源电压为1.5V时正常工作。使用Cadence Spectre进行仿真结果表明,低频时电源抑制比(PSRR)高达107dB。-10℃～125℃温度范围内,平均温度系数约7.17ppm/℃,功耗仅为0.525mW。此电路能有效地抑制制程变异。     

Fabrication of semiconducting YBaCuO surface-micromachinedbolometer arrays

Thermal infrared detectors require thermal isolation to permit the infrared-sensitive material to integrate the incident photon energy and thereby obtain high responsivity and detectivity. This paper describes the fabrication of semiconducting YBaCuO microbolometer arrays into thermal isolation structures by employing Si surface-micromachining techniques. An isotropic HF:HNO₃ etch was used to remove the underlying Si substrate from the front-side of the wafer and suspend SiO ₂ membranes into 1×10 pixel-array structures. The infrared-sensitive material, YBaCuO, was subsequently deposited onto the thermal isolation structures and patterned to form the detector arrays. The high-temperature coefficient of resistance and low noise of semiconducting YBaCuO at room temperature is attractive for uncooled infrared detection. The fabrication process was conducted entirely at room temperature. In this manner, infrared detectors are fabricated in a process that is compatible with CMOS technology to allow for the integration with on-chip signal processing circuitry. The end result is low-cost infrared-detector arrays for night vision in a variety of applications including transportation and security. Preliminary results show a temperature coefficient of resistance above 3%, voltage responsivity close to 10⁴ V/W, and detectivity over 10⁷ cm·Hz^1/2/W at a bias current of 0.79 μA     

基于BiCMOS工艺可修调的高精度低温度系数带隙基准源设计

设计了一种利用电阻比值校正一阶温度系数带隙基准电路的非线性温度特性来实现低温度系数的高精度低温度系数带隙基准源;同时设置了修调电路提高基准电压的输出精度.该带隙基准源采用0.8μm BiCMOS(Bipolar-CMOS)工艺进行流片,带隙基准电路所占面积大小为0.04 mm2.测试结果表明:在5 V电源电压下,在温度-40℃～125℃范围内,基准电压的温度系数为1.2×10-5/℃,基准电流的温度系数为3.77×10-4/℃;电源电压在4.0 V～7.0 V之间变化时,基准电压的变化量为0.4 mV,电源调整率为0.13 mV/V;基准电流的变化量为变化量约为0.02μA,电源调整率为6.7 nA/V.     

高精度电流偏置电路的设计

提出了一款应用于RF无线收发芯片的高精度电流偏置电路。综合考虑功耗、面积和失调电压对基准电压的影响,设计了一款符合实际应用的带隙基准电路。并以带隙基准电路作基准电流源的偏置,采用电压电流转换器结构设计了具有高电源电压抑制比（PSRR）的基准电流源。电流镜采用辅助运放的设计方法来提高电流镜的输出阻抗,减小沟道调制效应对输出的基准电流的影响,从而提高输出基准电流的精度。采用0．35μzmCMOS工艺设计芯片版图,版图面积为0．18mm^2。提取寄生参数（PEX）仿真结果表明,该电路在-55℃～＋90℃范围内的温度系数为15．5ppm／℃,室温下基准电压为1．2035V;在低频段电流源的电源抑制比为90dB;在外接电阻从1kΩ～400kΩ变化时,输出基准电流误差范围是0．0001μA。     

一种1．03ppm／℃的高阶补偿带隙基准源

在曲率补偿方面。采用一种基于电阻匹配的核心电路结构。采用第二个运放产生一个负温度系数的电流来增强曲率补偿．同时把该负温度系数电流与核心基准源电路产生的正温度系数电流求和得到一个与温度无关的电流给运放提供偏置电流。这将提高运放和基准源的鲁棒性。该电路采用0．35umCMOS工艺实现,典型条件下仿真结果表明,在-40-125℃范围内温度系数为1．03ppm／℃电源电压只需大于1．25V便得到1．205V的稳定输出电压。     

一种低压低功耗的亚阈型CMOS基准电压源

介绍一种低压、低功耗和低温度系数CMOS基准电压源,该基准电压源的核心MOSFET工作在亚阈值区,采用亚阈值型MOSFET低于某个特定偏置点时,具有负温度系数的特点.电路用标准的0.35 μm CMOS工艺设计,在-40℃～+110℃范围的温度系数为262.6 ppm/ ℃时,基准的输出电压为345.36 mV.本文也...