《电子技术应用》
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基于CMOS阈值电压设计的电压基准源
2023年电子技术应用第1期
徐晴昊,奚冬杰
中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡 214035
摘要: 基于TSMC 0.18 µm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。
中图分类号:TN433
文献标志码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222872
中文引用格式: 徐晴昊,奚冬杰. 基于CMOS阈值电压设计的电压基准源[J]. 电子技术应用,2023,49(1):32-35.
英文引用格式: Xu Qinghao,Xi Dongjie. Voltage reference based on CMOS threshold voltage[J]. Application of Electronic Technique,2023,49(1):32-35.
Voltage reference based on CMOS threshold voltage
Xu Qinghao,Xi Dongjie
No. 58 Research Institue of China Electronics Technology Group Corporation, Wuxi 214035, China
Abstract: A novel low temperature coefficient voltage referece without resistors is presented in this brief, which is compatible with standard TSMC 0.18 µm CMOS technology. Threshold voltage (Vth) and proportional to absolute temperature voltage (VPTAT) form the basic linear temperature components. By weighting the sum of the two through asymmetric differential operational amplifier, the nonlinearity in the voltage reference is cancled and the precision of the output voltage is improved. The Vth is achieved by resistorless circuit and the VPTAT is achieved by asymmetric differential operational amplifier. The experimental results show that in the temperature range of -55 ℃ to 125 ℃, the voltage reference is 1.23 V with a temperature coefficient of 4.5 ppm/℃, and the power supply rejection ratio is lower than -93 dB while without filtering capacitor.
Key words : voltage reference;threshold voltage;temperature coefficient;PSRR

0 引言

    电压基准源作为一个基础单元模块被广泛应用于诸如数据传输、随机存储器和射频电路等电子系统。高精度的电压基准源应具有与工艺无关的低温度和低电源电压敏感性,其输出电压精度将限制所在系统的性能上限,因此研究如何设计高精度电压基准源具有重要意义[1-4]

    传统电压基准源基于三极管带隙电压进行设计,采取一阶补偿方案,输出为三极管基极与发射极间压差(VBE)和热电压(VT)的加权和。由于VBE的展开式中存在温度的非线性高阶分量,因此传统电压基准源如需提升输出精度则需采取高阶曲率补偿方案。针对一阶补偿因固有缺陷所导致基准输出电压精度受限问题,业内提出了电阻温度系数补偿、亚阈值区MOS补偿、指数型电流补偿和分段线性曲率补偿等高阶温度补偿方案,但综合考虑功耗、面积、噪声、模型精度、良率和工艺兼容性等问题上述方案应用场景受限[5-7]




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作者信息:

徐晴昊,奚冬杰

(中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡 214035)




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