Referencia de tensão CMOS com correção de curvatura
Wellington Avelino do Amaral
TESE
Português
T/UNICAMP Am13r
[CMOS Voltage Reference with curvature correction]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
74 f. : il.
Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Resumo: Este trabalho teve como finalidade o projeto e prototipagem de uma referência de tensão CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) baseada na tensão de limiar do transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). A inovação apresentada neste trabalho é a utilização de uma arquitetura original e...
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Resumo: Este trabalho teve como finalidade o projeto e prototipagem de uma referência de tensão CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) baseada na tensão de limiar do transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). A inovação apresentada neste trabalho é a utilização de uma arquitetura original e com alto desempenho. Nas medidas realizadas em laboratório o circuito apresentou uma variação de 11ppm/0C. Desempenho este comparável às referências do tipo bandgap. Também foi projetado um sensor de temperatura com coeficiente térmico igual a 1mV/0C. Portanto, dois circuitos foram enviados para fabricação (o circuito ceinv35 e o circuito ceinv66). O circuito ceinv35, utilizando suas estruturas de trimmer, pode operar como referência de tensão ou como sensor de temperatura. O circuito ceinv66 foi a principal configuração estudada. Ele utiliza um circuito extrator de Vth, um circuito de start-up e um amplificador operacional. O circuito extrator de Vth utiliza uma topologia inovadora. Nos dois circuitos (ceinv35 e ceinv66) foram utilizadas estruturas de trimmer para possibilitar ajustes externos. No capítulo de introdução é apresentado um "overview" dos circuitos utilizados como referência de tensão. São analisadas algumas referências do tipo bandgap e algumas técnicas usualmente utilizada para o projeto de referências de tensão CMOS. No capítulo 2 são analisados o princípio de funcionamento e todo o equacionamento do circuito proposto.
No capítulo 3 são apresentados os resultados de simulação. O circuito ceinv35 apresentou um coeficiente térmico igual a 1mV/0C, funcionando ele como sensor de temperatura. Já operando como referência de tensão, a variação apresentada foi de 4:06ppm/0C. O circuito ceinv66 apresentou uma variação de apenas 3:14ppm/0C. O capítulo 4 cobre o projeto dos layouts dos circuitos. Eles foram projetados utilizando a tecnologia da AMS (Austria Microsystems) de comprimento mínimo de canal igual a 0:35_m. No capítulo 5 são apresentados os resultados da extração de parasitas dos circuitos. Após esta análise foi verificada a necessidade de reajuste dos circuitos, utilizando as estruturas de trimmer. No capítulo 6 são fornecidos os resultados experimentais dos dois circuitos. No capítulo 7 é apresentada uma alternativa para o projeto da referência de tensão sem a necessidade da utilização do circuito de start-up. Neste mesmo capítulo também é apresentada uma proposta de metodologia para projeto dos trimmers do circuito. No capítulo 8 são discutidas as inovações propostas neste trabalho e algumas conclusões sobre o projeto apresentado. Ver menos
No capítulo 3 são apresentados os resultados de simulação. O circuito ceinv35 apresentou um coeficiente térmico igual a 1mV/0C, funcionando ele como sensor de temperatura. Já operando como referência de tensão, a variação apresentada foi de 4:06ppm/0C. O circuito ceinv66 apresentou uma variação de apenas 3:14ppm/0C. O capítulo 4 cobre o projeto dos layouts dos circuitos. Eles foram projetados utilizando a tecnologia da AMS (Austria Microsystems) de comprimento mínimo de canal igual a 0:35_m. No capítulo 5 são apresentados os resultados da extração de parasitas dos circuitos. Após esta análise foi verificada a necessidade de reajuste dos circuitos, utilizando as estruturas de trimmer. No capítulo 6 são fornecidos os resultados experimentais dos dois circuitos. No capítulo 7 é apresentada uma alternativa para o projeto da referência de tensão sem a necessidade da utilização do circuito de start-up. Neste mesmo capítulo também é apresentada uma proposta de metodologia para projeto dos trimmers do circuito. No capítulo 8 são discutidas as inovações propostas neste trabalho e algumas conclusões sobre o projeto apresentado. Ver menos
Abstract: The objective of this work is to design and prototype a CMOS voltage reference based on the threshold voltage of the MOS transistor. The innovation presented in this work is the use of an original architecture with high performance. In the laboratory measurements the circuit presented...
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Abstract: The objective of this work is to design and prototype a CMOS voltage reference based on the threshold voltage of the MOS transistor. The innovation presented in this work is the use of an original architecture with high performance. In the laboratory measurements the circuit presented 11ppm/0C of variation. This performance is comparable to the bandgap references. A temperature sensor was also designed and presented a temperature coefficient of 1mV/0C. Therefore, two circuits were prototyped (the ceinv35 circuit and the ceinv66 circuit). The circuit ceinv35, using the trimmer structures, can operate as a voltage reference or a temperature sensor. The circuit ceinv66 was the main topology studied. It uses a Vth extractor circuit, a start-up circuit and an operational amplifier. The Vth extractor circuit uses an original topology. In both circuits (ceinv35 and ceinv66) were used trimmer structures to make possible off-chip adjusts. In the introduction chapter is presented an overview of the circuits used as voltage references. Some bandgap references and some techniques used to design CMOS voltage references are analyzed. In chapter 2 are shown the operation principles and the equations extracted of the proposed circuit. In chapter 3 are shown the simulation results. The circuit ceinv35 presented a temperature coefficient of 1mV/0C, working as a temperature sensor. On the other side, working as a voltage reference, the variation presented was 4:06ppm/0C. The circuit ceinv66 presented a variation of just 3:14ppm/0C. The chapter 4 covers the layout design of the circuits. The AMS (Austria Microsystems) technology with a minimum channel length of 0:35_m was used. In chapter 5 are presented the parasitic extraction simulations. After this analyses new adjusts were made in the circuits. The trimmers structures were used for this adjusts. In chapter 6 are provided the experimental results of both circuits. In chapter 7 is presented an alternative for the voltage reference design without using a start-up circuit. In this chapter is also presented a methodology for the trimmers design. In chapter 8 are discussed the proposed innovations and some conclusions about the design presented.
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Dias, Jose Antonio Siqueira, 1954-
Orientador
Leite, Rogerio Lara
Avaliador
Finco, Saulo, 1965-
Avaliador
Moraes, Wilmar Bueno de, 1939-
Avaliador
Ferreira, Elnatan Chagas, 1955-
Avaliador
Referencia de tensão CMOS com correção de curvatura
Wellington Avelino do Amaral
Referencia de tensão CMOS com correção de curvatura
Wellington Avelino do Amaral
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