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主要作者与机构

本研究的主要作者为Anass Slamti和Zakia Lakhliai，他们来自摩洛哥费兹的USMBA大学计算机与跨学科物理实验室（L.I.P.I.）。该研究发表在2018年的第一届国际计算机科学与可再生能源会议（ICCSRE 2018）上，DOI为10.5220/0009772701850193，ISBN为978-989-758-431-2。

学术背景

本研究的科学领域为模拟集成电路设计，具体聚焦于低电压带隙基准电压源（Bandgap Voltage Reference, BGVR）的设计。带隙基准电压源是模拟集成电路中的重要子电路，用于生成与电源电压、温度和工艺变化无关的固定参考电压。随着CMOS工艺技术的进步，电源电压逐渐降低至0.6-1.2V，而传统带隙基准电压源设计在低电源电压下难以正常工作。因此，本研究旨在设计一种适用于低电源电压的高性能带隙基准电压源，具有高电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）和低温漂系数（Temperature Coefficient, TC）。

研究流程

1. 研究目标与方案设计
   本研究提出了一种改进的PSRR方案，通过隔离误差放大器和带隙基准电压源核心的电源电压，实现高PSRR。研究采用0.18μm CMOS工艺进行设计和仿真，目标输出电压为0.6346V，温度范围为-40°C至140°C。

2. 电路设计与分析

   • 传统电路分析：研究首先分析了传统低电压带隙基准电压源的设计，指出其在低电源电压下性能受限，尤其是PSRR较低的问题。
     
   • 改进电路设计：提出了一种基于电流模式调节器的新设计，通过隔离电源电压噪声，显著提升了PSRR。误差放大器采用自偏置共源共栅电流镜负载，以提高增益和稳定性。
     
   • 核心电路分析：详细推导了输出电压的表达式，并通过优化电阻网络和晶体管参数，实现了低温漂系数和高PSRR。

3. 仿真与验证
   研究使用Cadence Virtuoso Spectre仿真器对电路进行了仿真验证。仿真结果显示，在1.8V电源电压下，输出电压为0.6346V，温度漂移系数为22.3ppm/°C，PSRR在10kHz时为-93dB，在1MHz时为-71dB，线性调节率为104μV/V。

4. 版图设计与面积优化
   电路的版图面积为0.0337 mm²，优化了面积和性能。

主要结果

1. 输出电压与温度漂移
   仿真结果显示，输出电压在27°C时为0.6346V，温度漂移系数为22.3ppm/°C，在-40°C至140°C范围内表现稳定。

2. PSRR性能
   改进的PSRR方案显著提升了电路的电源抑制比，在10kHz时为-93dB，在1MHz时为-71dB，优于现有设计。

3. 线性调节率
   电路的线性调节率为104μV/V，在1.2V至1.8V电源电压范围内表现良好。

4. 版图面积
   版图面积为0.0337 mm²，实现了面积和性能的优化。

结论

本研究提出了一种适用于低电源电压的高性能带隙基准电压源设计，具有高PSRR、低温漂系数和良好的线性调节率。改进的PSRR方案通过隔离电源电压噪声，显著提升了电路性能。该设计适用于低功耗LDO稳压器和开关稳压器，具有重要的应用价值。

研究亮点

1. 高性能设计：在低电源电压下实现了高PSRR和低温漂系数。
   
2. 改进的PSRR方案：通过电流模式调节器隔离电源噪声，提升了电路性能。
   
3. 优化版图面积：版图面积为0.0337 mm²，实现了面积和性能的平衡。
   
4. 广泛适用性：适用于低功耗LDO稳压器和开关稳压器，具有重要的应用前景。

其他有价值的内容

本研究还详细分析了电路的频率响应和稳定性，推导了PSRR的传递函数，并通过仿真验证了其收敛性和稳定性。这些分析为电路设计提供了理论支持，并为后续研究奠定了基础。

本研究在低电压带隙基准电压源设计领域取得了重要进展，为模拟集成电路设计提供了新的解决方案。