基于55nm工艺的高精度带隙基准源设计.pdfVIP

摘要

在集成电路中，带隙基准是不可或缺的模块之一。然而，随着工艺尺寸的不断缩小，对

带隙基准源性能的要求也在逐步提高。其高精度、低功耗和高电源抑制比等性能，直接影响

整个系统的精度和性能。因此，研究低功耗、高精度的带隙基准源对于提高系统性能具有至

关重要的意义。本设计为基于55nm工艺的高精度带隙基准，用于温度传感器项目中。

论文首先介绍了纳米级工艺的发展现状，分析了纳米级工艺下高精度带隙基准源研究的

背景和意义、近年来的研究方向以及结合温度传感器项目的要求拟定了设计方案。

接着，论文对电压基准源进行了概述。分析比较了带隙基准，混合基准与CMOS基准，

然后描述了带隙基准的主要性能指标和工作原理，最后结合具体的典型电路介绍分析了目前

主流的几种高阶补偿。

然后，为满足低电源电压的理念和二阶补偿电路的需要，选择采用电流模结构带隙电路；

V

为了降低功耗，选用了亚阈值运放；分析了的非线性与电阻的选用，并采用二阶补偿电

BE

路，实现了高精度。同时为了实现更低功耗并保持较高精度，利用MOS管的截止漏电流，

本论文设计了一款新颖的电流修调电路。并将两种模式的电路进行结合，可根据实际情况进

行选择。

最后，采用CadenceADE，基于SMIC55nm工艺库对两种高精度基准电路完成仿真和

版图设计，在−40℃~125℃的工作温度范围内，采用二阶补偿的带隙基准电路温度系数仅为

1.185ppm/℃0.5mVtt−43dB@1

，不同工艺角下的偏差只有。在工艺角下其电源抑制比可达到

KHz,2.82ppm/℃1.235V1sigma2.29

蒙特卡洛仿真平均温度系数为，平均输出参考电压为，为

mV，后仿的温度系数为1.73ppm/℃；采用电流修调的带隙基准电路可稳定输出1.2V电压，

5.7ppm/℃tt−51dB@1KHz

温度系数也仅为。在工艺角下其电源抑制比可高达，蒙特卡洛

仿真平均温度系数为6.23ppm/℃，平均输出参考电压为1.2V，1sigma为2.1mV，电流有效

值为50μA左右，后仿的温度系数为6.4ppm/℃。该高精度带隙基准源达到了设计指标的要

求。

关键词：带隙基准，高精度，亚阈值区，二阶补偿，电流修调

I

Abstract

Bandgapreferenceisoneoftheindispensablemodulesinintegratedcircuits.However,asthe

processsizecontinuestoshrink,therequirementsfortheperformanceofbandgapreferencesources

aregraduallyincreasing.Itsperformancesuchashighprecision,lowpowerconsumptionandhigh

powerrejectionratiodirectlyaffectstheaccuracyandperformanceofthewholesystem.Therefore,

thestudyoflow-power,high-precisionbandgapreferencesourcesisofvitalimportancetoimprove

systemperforma