[发明专利]一种高性能高可靠度的低压CMOS基准电压源

说明书

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路以及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种高性能高可靠度的低压CMOS基准电压源。

背景技术

基准电压源广泛应用于模拟、混合信号集成电路与系统级芯片中，用于提供适当的偏置电压或参考电压，其性能好坏直接影响着系统的性能。如运算放大器(Op-Amp)、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、低压降线性稳压器(LDO)、压控振荡器(VCO)和锁相环(PLL)及时钟数据恢复(CDR)等电路，都需要输出不随温度、电源电压变化的精确而稳定的基准电压。在集成电路中，有三种常用的基准电压源：掩埋齐纳(Zener)基准电压源、XFET基准电压源和带隙(Bandgap)基准电压源。

随着片上系统(SOC)的快速发展，系统要求模拟集成模块能够兼容标准CMOS工艺；在SOC上，数字集成模块的噪声容易通过电源和地耦合到模拟集成模块，这就要求模拟集成模块具有良好的电源噪声抑制能力。随着IC设计不断向深亚微米工艺发展，要求模拟集成电路的电源电压能够降至1V甚至更低电压，同时移动电子设备的逐渐增多，需要模拟集成模块具有较低的功耗。

尽管掩埋齐纳基准电压源和XFET基准电压源的温度稳定性非常好，但是它们的制造流程都不能兼容标准CMOS工艺，而且掩埋齐纳基准电压源的输出一般大于5V。相比之下，目前最常用的是带隙基准电压源。

图1所示是传统带隙基准电压源，由CMOS运算放大器、二极管和电阻构成，特点是没有使用BJT管，可以兼容CMOS工艺。当二极管的正向偏压远大于热电压时，二极管的I-V关系可以写成：

I=Is·(eq·Vf/k·T-1)≈Is·eq·Vf/k·T=Is·eVf/VT---(1)]]>

其中，I是流过二极管上的电流，I_s是饱和电流，q是单位电荷，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，V_T＝k·T/q表示热电压；V_f是二极管的正向偏压，可以根据式(1)表示成：