【正文】 s2v和nmos2v，除了MS2和M3，它們是高閾值MOSFETs，即工藝庫中的nmos3v。 基準(zhǔn)電壓源電路原理圖 器件參數(shù)的確定將(49)帶入到(48)中，可以得到下式： (410)從(410)我們可以發(fā)現(xiàn)Vref0的大小主要取決于ΔVTH(T0)。當(dāng)基準(zhǔn)輸出電壓Vref達(dá)到零溫度系數(shù)時(shí)，電流I0可以寫作： (411)由式(411)可以看出，靜態(tài)電流的大小取決于M2管的寬長比，為了盡量減少功耗損失，我們令M2采用一個(gè)很小的寬長比(KN2=1 um/10 um)因?yàn)楣╇婋妷罕仨殱M足： (412)為了盡量減小供電電壓，則因此M1的寬長比應(yīng)該設(shè)置偏大一些，使得VGS1值盡量小。在設(shè)計(jì)中我們大概將KN1設(shè)為100um/5um， um/5 um。由于M4和M5要構(gòu)成一個(gè)等比率的電流鏡，因此M4和M5應(yīng)該選擇相同參數(shù)的PMOS管，即KN4=KN5。電路中唯一的電容C0通過下一節(jié)中的仿真取得最優(yōu)值。下表為最后確定的器件參數(shù)：器件 寬長比（電容值）MS0、MSMS3 50 um/5 um MS2 um/5 um MM5 100 um/5 um M1 100 um/5 um M3 um/5 um M2 1 um/10 um C0 1pF 器件參數(shù)表 仿真及分析為了對電路的性能進(jìn)行評估，利用Cadence Spectre軟件基于TSMC μm的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝對電路進(jìn)行一系列的仿真測試。在電源的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓VDD= V，室溫T=27℃下， mV。 基準(zhǔn)電壓與供電電壓在[05V]的供電電壓范圍內(nèi)。直觀上看，其值達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定狀態(tài)。基準(zhǔn)電壓輸出值隨供電電壓的增加，變化越來越快。根據(jù)仿真得到的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出： ~， mV/V ~， mV/V ~， mV/V ~， mV/V ~， mV/V ~， mV/V ~， mV/V由以上計(jì)算結(jié)果可得，電路在供電電壓取[ V~ V]內(nèi)工作穩(wěn)定，由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為低壓、低功耗基準(zhǔn)源，因此取[ V~ V]為該基準(zhǔn)源的正常工作電壓區(qū)間，為了達(dá)到功耗的最小化， V為標(biāo)準(zhǔn)工作供電電壓?？梢杂?jì)算得出輸出基準(zhǔn)電壓的電源調(diào)制率約為： (413) 線靈敏度(Line Sensitivity)為： (414) 輸出基準(zhǔn)電壓與輸入電壓的關(guān)系 基準(zhǔn)源的瞬態(tài)特性 V時(shí)。仿真結(jié)果顯示， ms的時(shí)候建立，具有較好的瞬態(tài)特性，建立時(shí)間較長，可能與電路中采用的電容原件有關(guān)。 基準(zhǔn)源的瞬態(tài)特性圖 基準(zhǔn)源的溫度特性對工作在標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓，即VDD= V的基準(zhǔn)電路在20℃~80℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，其中Vref（20℃）= mV，Vref（80℃）= mV。由此可知基準(zhǔn)在20℃~80℃ mV，可以計(jì)算出其溫度系數(shù)為： (415) 標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下基準(zhǔn)輸出隨溫度變化曲線 對[ V~ V] V取一個(gè)值，進(jìn)行關(guān)于溫度的DC仿真， V, V, V, V, V。由圖可知， V, V, V, V, mV, mV, mV, mV, mV。 不同供電電壓的基準(zhǔn)輸出與溫度變化曲線 基準(zhǔn)源的電源抑制比為了進(jìn)行電路電源抑制比的仿真， V的交流小信號電壓源，在1Hz~1GHz的頻率范圍內(nèi)對基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行交流分析。由圖可以看到，。由仿真波形可知，電路的電壓抑制比顯然偏低，電路可能不能夠很好地抑制電源噪聲。 基準(zhǔn)源電源抑制比仿真曲線 基準(zhǔn)源啟動電路電容的確定 V下，溫度恒為室溫T=27℃，電路中只有電容為變量，以得出最佳的電容取值。， pF后都可以保持恒定， pF即可，在本設(shè)計(jì)中選取1 pF電容。 啟動電路中電容取值的確定 基準(zhǔn)源的靜態(tài)電流及功耗首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的靜態(tài)電流的仿真，常溫下， nA。接著設(shè)置供電電壓為參數(shù)，進(jìn)行靜態(tài)電流的仿真， V, V, V, V, V。由圖可知，常溫下，在工作電壓范圍[ V~ V]內(nèi)， nA。 基準(zhǔn)源靜態(tài)電流隨溫度的變化曲線 不同供電電壓的靜態(tài)電流與溫度變化曲線，所得圖形即基準(zhǔn)電路的功耗波形，曲線由上往下依次是：Vref曲線，靜態(tài)電流曲線，功耗曲線。由圖可知，在常溫下， pW。接著設(shè)置供電電壓（ V~ V）為參數(shù)，進(jìn)行功耗的仿真，由圖可知，基準(zhǔn)源電路在正常工作電壓范圍內(nèi)，功耗最多僅為301 pW。 基準(zhǔn)源功耗隨溫度變化曲線 基準(zhǔn)源的功耗隨輸入電壓變化曲線 5. 總結(jié)與展望 五．總結(jié)與展望隨著半導(dǎo)體工業(yè)的日新月異、深亞微米集成電路逐漸成為片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)主流、以及器件集成度的日益增高，低功耗越發(fā)成為電路最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)之一?；鶞?zhǔn)電壓源作為各種電路系統(tǒng)中必不可少的核心模塊，低功耗對其意義就是更長的運(yùn)行周期、更小的發(fā)熱以及更穩(wěn)定的運(yùn)作狀態(tài)。最小化功耗損耗是所有集成電路設(shè)計(jì)者所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。在低功耗基準(zhǔn)源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的電路模型是基于工作在亞閾值區(qū)的MOS管柵源電壓（Vgs）的負(fù)溫度特性，結(jié)合熱電壓的正溫度特性，構(gòu)造亞閾值區(qū)的帶隙基準(zhǔn)源。這種方案可以把輸出基準(zhǔn)電壓有效降低，功耗也可以降到 μW級。然而如果想進(jìn)一步得到更小功耗（nanopower）的電路，一種流行的設(shè)計(jì)方法原理是根據(jù)亞閾值區(qū)閾值電壓的溫度特性，可以將功耗降到nW級，本文采用的就是這種設(shè)計(jì)原理。 V電源電壓下， mV，采用Cadence Spectre仿真工具對基準(zhǔn)電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果為：溫度掃描從20 ℃到80 ℃， mV， ppm/℃。 V的電源電壓下，基準(zhǔn)源可以正常工作，% 。電源抑制比(PSRR) dB， dB， dB， dB。正常工作狀態(tài)下， nA， pW。仿真結(jié)果表明，性能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。通過仿真可知，本文設(shè)計(jì)的電路的電源抑制比較低，啟動時(shí)間過長，并且電路中容易出現(xiàn)電流鏡的匹配問題，這些都是電路今后的改進(jìn)的方向。由于便攜式電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及可穿戴式設(shè)備的迅猛發(fā)展，集成電路的工作電壓在未來一段時(shí)間還會一直降低，低壓、低功耗的基準(zhǔn)源依舊是集成電路今后的設(shè)計(jì)熱點(diǎn)。根據(jù)亞閾值區(qū)閾值電壓的溫度特性是目前為止比較理想的一種設(shè)計(jì)方案，預(yù)計(jì)今后一段時(shí)間內(nèi)仍是設(shè)計(jì)主流，也不排除會出現(xiàn)新的技術(shù)來獲得功耗更小、精度和穩(wěn)定性更高的基準(zhǔn)源電路。 【參考文獻(xiàn)】[1] Moore G E,Gramming more ponents onto integrated circuits, Electronics, 1965,38(8):567571.[2] Widlar R J, “New Developments in IC Voltage Regulators,”1971, IEEE Journal of SolidState Circuits, vol. 6, pp. 27. 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