【摘 要】
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物联网的发展催生多种新型应用,其中无线微型传感器是应用最为广泛的物联网核心器件,而能量采集供电是此类器件增长续航能力的可行解决方案之一。电压基准源作为模拟电路的关键模块,能量采集供电对其提出了纳瓦级功耗的性能要求。本课题聚焦研究面向能量采集传感器的纳瓦级低电压基准源设计。本文对纳瓦级低电压基准源文献进行调研,发现现有亚阈值CMOS电压基准源因受到漏端引入势垒降低效应（Drain Induced B
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（61974053）；
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物联网的发展催生多种新型应用,其中无线微型传感器是应用最为广泛的物联网核心器件,而能量采集供电是此类器件增长续航能力的可行解决方案之一。电压基准源作为模拟电路的关键模块,能量采集供电对其提出了纳瓦级功耗的性能要求。本课题聚焦研究面向能量采集传感器的纳瓦级低电压基准源设计。本文对纳瓦级低电压基准源文献进行调研,发现现有亚阈值CMOS电压基准源因受到漏端引入势垒降低效应（Drain Induced Barrier Lowering,DIBL）影响,线性敏感度（Line Sensitivity,LS）性能明显降低。因此,本文先后从理论和仿真分析亚阈值MOS管的基本电学特性以及其受DIBL效应的影响。本文基于self-biased self-cascode结构电压基准源提出了一种全新的基于电流相减的DIBL效应补偿电路,利用受DIBL效应影响的2-T基准电压控制亚阈值MOS管栅极来产生具有可调电源电压系数的补偿电流,以抵消原基准源电路偏置电流所受DIBL效应的影响,获得稳定的偏置电流,从而降低基准输出的线性敏感度,有效提高稳定性。该电压基准源中的基准放大模块对基准电压放大,并获得多个可调基准输出,所采取的抗工艺角设计也使得基准输出电压具有更好的工艺鲁棒性。运用于能量采集系统的电压检测模块用于检测输入电源电压是否达到传感器开启阈值,输出使能信号。本文采用HHGrace 110 nm工艺对所提电路进行实现与仿真,版图后仿结果表明:所设计电压基准源可在0.5～1.5 V范围内工作,输出电压180.2 m V,消耗147.8 p
[email protected],线性敏感度LS为0.0195%/V,明显优于经典self-biased self-cascode结构基准电路的0.625%/V。温度系数为29.72 ppm/℃（0～125℃）,低频PSRR为-50.0 d B。因此,本文所设计电路达到能量采集系统对基准源的要求,且DIBL效应补偿具有创新性。
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