新型低功耗高精度CMOS带隙基准源设计：0.022mm²芯片面积与82dB抑制比

本文主要介绍了一种新型的高精度CMOS带隙基准源的设计，该技术采用标准CMOS工艺，特别强调了其在低压、低功耗环境下的性能。工作电压范围为5~10V，核心设计利用了饱和态MOS管的等效电阻特性，对PTAT基准电流进行了动态电流反馈补偿，实现了输出电压的精确控制。这种带隙基准电路的输出电压固定在1.3V，具有显著的优点，即其基准电压温度系数在-25℃至+120℃的宽温区间内仅有7.427 ppm/℃的变化，这意味着在实际应用中的稳定性极高。 在27℃时，基准源展现出强大的电源电压抑制比，达到了82 dB，这在需要高精度线性性能的领域如低压差线性稳压器中具有重要意义。此外，设计者们巧妙地利用了弱反型区晶体管的栅源电压随温度变化的特性，通过调整晶体管工作状态，有效地降低了基准源的温度敏感性。 带隙基准源的基本原理基于PN结二极管的特性，它产生的VBE电压和热电压VT（与绝对温度成正比）相结合，通过调整比例权重，使得最终输出电压在温度变化时保持相对稳定。具体来说，文中提到的负温度系数电压是通过双极晶体管的基极-发射极电压或者PN结二极管的正向电压来实现，其温度系数具有负值。 设计中，通过精确计算和补偿VBE和VT的温度系数，确保了基准源在不同温度下的稳定性能。值得注意的是，尽管采用了0.13μm工艺的低阈值电压NMOS管和衬底调整的PMOS管，但核心电路设计仍然遵循传统的带隙基准源架构，优化了对PTAT电流动态的补偿，使得芯片版图面积减小到仅为0.022 mm2，有利于集成度和小型化。 这篇论文提供了一种创新的解决方案，旨在提高CMOS工艺下的基准源性能，特别是在对温度敏感的应用中，如信号处理和数据转换设备，其设计具有较高的实用价值和广阔的技术应用前景。