0.13μm CMOS低功耗带隙基准电路设计：4.6ppm/℃温漂与820nW功耗

本文主要探讨了0.13微米CMOS工艺下一种新型的电流模式高精度基准源设计，其目标是提高基准源的精度并降低功耗。设计的核心是一种带曲率补偿的低功耗带隙基准电路，它利用MOS管的亚阈值区特性来补偿PNP型晶体管发射结电压的高阶温度特性。相较于传统的基于一阶补偿的低压带隙基准电路，这种新型设计仅增加了两股镜像电流，能够实现更低的温漂系数，这对于需要高性能系统芯片的应用场景非常关键。 在设计中，电路的关键原理是通过两个工作在亚阈值区的厚栅、低阈值电压NMOS管，其中一个管子产生的电流与绝对温度成正比（I1），另一个管子作为补偿电流（I2）。电路结构巧妙地利用了这两个电流的差值来抵消基极发射极电压（VEB）随温度变化的非线性项，使得基准电压在参考温度附近保持恒定，从而显著降低温度漂移（温漂系数为4.6 ppm/℃）。这种补偿策略在保持电路稳定的同时，有效地减少了电路的温度敏感性。 此外，该设计基于中芯国际130纳米CMOS工艺，经过仿真验证，即使在-20℃至80℃的宽温范围下，基准电路依然表现出良好的稳定性，具有60分贝的电源抑制比，输出基准电压稳定在610毫伏。整体而言，整个电路的功耗控制得非常低，仅为820纳瓦特，这在追求低功耗的现代电子设备中显得尤为重要。 总结来说，本文提供了一种创新的解决方案，利用MOS管的亚阈值特性以及精心设计的补偿机制，成功优化了基准源的性能，对于推动可穿戴设备和便携式电源等领域的芯片设计有着显著的实际价值。