【摘 要】
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论文课题来源于模拟前端电容/电压转换电路工程项目,具体要求为研究并设计一款稳定的低温度系数带隙基准源。电容/电压转换电路将电容信号转换为电压信号,广泛应用于陀螺仪、加速度计等电容式传感器电路系统中。基准源电路作为基准模块单元,为电容/电压转换电路提供稳定的共模电压和偏置电流,在整个电路系统中发挥着重要作用。在本论文课题中,基准源的设计工作包括电路前端设计、版图绘制、寄生参数提取、仿真验证、芯片测试
【基金项目】
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模拟前端电容/电压转换电路工程项目；
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论文课题来源于模拟前端电容/电压转换电路工程项目,具体要求为研究并设计一款稳定的低温度系数带隙基准源。电容/电压转换电路将电容信号转换为电压信号,广泛应用于陀螺仪、加速度计等电容式传感器电路系统中。基准源电路作为基准模块单元,为电容/电压转换电路提供稳定的共模电压和偏置电流,在整个电路系统中发挥着重要作用。在本论文课题中,基准源的设计工作包括电路前端设计、版图绘制、寄生参数提取、仿真验证、芯片测试板设计、流片测试以及数据分析等。论文的具体工作内容为:论文首先引入基准源的指标参数,介绍基准源的基础理论,分析失调电压的影响与优化,介绍高阶温度补偿理论。其次,论文介绍基准源的设计目标,分析基准源的系统架构和理论依据,介绍各个电路模块的模块功能和电路结构。基于SMIC 0.18μm标准CMOS工艺,论文创新性地提出了一种基于分段补偿的基准电压源,利用正温度系数电流与基准电流形成分段补偿电流,作用于反馈电阻上形成补偿电压,从而对基准电压分段补偿,得到三段式基准电压。在基准电压源基础上,论文提出了一种基于电流求和的新型基准电流源,利用电压电流转换电路将负温度系数电压转换为负温度系数电流,并与正温度系数电流相互补偿,得到低温度系数基准电流。论文介绍了版图设计的优化策略,分析版图匹配性、衬底噪声、寄生参数以及天线效应的影响与优化,引入基准源版图设计方案以及电路系统流片版图结构。论文提取版图寄生参数并进行后仿真:在-45℃至125℃的温度范围内,tt工艺角下,基准电压的温度系数约为1.2 ppm/℃,基准电流的温度系数约为72.2 ppm/℃。室温条件下,基准源在低频范围内的电源抑制比约为-68 d B,而在3.0 V至3.6 V电源电压范围内对基准电压温度扫描,基准电压温度系数最大约为18.5 ppm/℃。蒙特卡洛仿真结果则表明基准电压与基准电流的统计结果误差较小,基准源电路设计一致性良好。论文将电路设计交由中芯国际完成流片,设计芯片测试板,并测试基准源芯片的性能参数:在-45℃至125℃温度范围内,以10℃为温度梯度,利用温箱测试四组芯片样本的基准电压,性能最佳的芯片样本温度系数约为20.19 ppm/℃。在室温条件下,电源电压在3.0 V至3.6 V范围内变化时,测试四组芯片样本基准电压的变化量,其最小变化约为10 m V。在室温条件下,选取20组样本测试基准电压,基准电压均值为1.204 V,标准差约为16 m V。综合仿真与测试结果,并与相关文献对比,论文基准源设计具有不错的性能指标,基本符合电路系统的设计要求。
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