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随着生物医用植入式芯片、穿戴式微型传感器和无线传感网络的发展,研究设计高精度、低功耗、高集成度的电源芯片具有重要的意义。带隙基准源作为核心模块已被广泛应用于各种电源管理类芯片、模数转换器、压控振荡器等电路中,但是随着集成电路工艺的发展,电源电压越来越低,这将制约受PN结导通电压限制的传统带隙基准源在低压条件下的应用。因此,设计低功耗、高精度、高集成度的带隙基准源芯片面临挑战。本文基于0.18μm标准CMOS工艺,设计实现了一款具有高阶曲率补偿的低压开关电容式带隙基准源,该芯片主要由开关电容式钳位电路、高阶曲率补偿电路和线性组合电路组成。为了适应较低的供电电压,同时降低电路的静态功耗,本设计采用开关电容式电荷泵对输入电压进行升压,从而以较低的输入电压驱动PNP三极管,经过采样电路,无需运放即可获得负温度系数电压(CTAT电压),并通过两路CTAT电压获得正温度系数电压(PTAT电压)。为了获得较低的温度系数,本设计采用MOS管的正二阶温度特性对PNP管的负二阶温度特性进行曲率补偿。通过开关电容式钳位电路获得弱反型区MOS管的正二阶温度特性电压,并通过设置开关电容单元的数目调节PTAT电压的比例系数,经过开关切换,对MOS管的正二阶温度特性电压、PTAT电压和CTAT电压进行线性运算,从而获得低温度系数的带隙基准源输出电压。为了提高带隙基准源的精度,以适应PVT(Process Voltage and Temperature)的波动,本设计通过控制并联分压电容阵列的数量,改变线性组合电路的比例系数。同时,采用低泄漏电流传输门作为开关电容线性组合电路的开关,进一步提高了带隙基准源的精度。芯片核心版图面积为380μm×280μm。后仿真结果显示,在-30℃~100℃温度范围内,基准源输出电压变化了1.5mV,温度系数仅为27.1ppm/℃;电源电压由0.45V变化到3V时,输出电压变化了65.2mV,线性调整率为2.5%;在0.5V电源电压下,基准源输出纹波仅为15μV,功耗仅为66.5nW。与近年来国内外相关文献对比,最小供电电压达到0.45V,温度系数减少了30%,符合低功耗、高精度系统的设计要求。