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随着科技水平的日新月异,近年来,各种便携式电子设备层出不穷。然而小型化、便携化的电子设备也随之带来了一些问题,其中设备的续航能力成为了制约电子设备应用的一个瓶颈。如何降低设备的功耗成为了目前集成电路设计与发展的一个重要的趋势,在电路设计中对各个电路模块降低功耗成为了重点和难点。电压基准源是LDO、ADC等电子器件不可或缺的一个重要模块,能为后级电路提供稳定的基准电压,同时低功耗的电压基准源能够降低整个电路系统的能耗。本文从CMOS器件的理论特性出发,利用MOSFET的亚阈值性质,研究并设计了一款纳瓦级低功耗全MOS电压基准源。在前人的工作基础上,创新和拓展了以下部分:整体电路全部采用NMOSFET和PMOSFET实现功能,不采用电阻、电容、电感;在偏置电流产生电路的设计中,引入栅压控制电路使MOSFET工作在深线性区,取代了传统的扩散电阻结构,使偏置电流在纳安级别,从而显著控制了整体电路的功耗在纳瓦级别;改进了启动电路的结构,在启动电路的设计中引入预调节电路模块,大幅度改善了电路在低频下的电源抑制比,使之能够在宽电压下正常工作,输出基准电压几乎不受影响;在PTAT电压补偿电路中,采用类差分一阶多步补偿结构,改善了传统自偏置共源共栅结构中由于串接导致累积的衬偏效应而影响MOS管的阈值电压。为验证上述设计,本文基于0.18μm CMOS工艺,在Cadence平台对所设计的电路原理图进行了前仿真,使用Virtuoso对所设计的电路图进行版图设计与绘制,通过了DRC和LVS检验,并提取寄生参数进行后仿真验证,完成了从前端到后端的设计流程,综合前仿后仿的结果如下:电压基准源可以在-20℃-80℃环境下正常工作,温度系数为41.55ppm/℃;在27℃下,能够在电源电压为1V-3.6V范围内,稳定输出525mV的基准电压,低频电源抑制比小于-63dB,线性调整率仅为0.011%,整体电路的静态电流约为57.5nA,电路功耗低于70nW,芯片总面积仅为0.046平方毫米。与近年来已发表文献相比,本文所设计的纳瓦级低功耗CMOS电压基准源的部分参数具有一定的优势。