基于准浮栅技术的超低压运放及滤波器设计

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摘要:基于准浮栅M 0S晶体管的工作原理、电气特性及等效电路的系统分析,采用TSM C 0. 25pm 2P5M CM 0S工艺的CM OS准浮栅技术,提出了0.8V运算放大器,最大直流开环增益可以达到76.3 dB,相位裕度为75?,单位增益频率为1.05M Hz。设计了0.8V一阶CM 0S开关电容高通滤波器,滤波器输入输出电压范围为0~0.8 V，截止频率为100 KH z。
关键词:CM os;准浮栅;超低电压;运放;模拟开关;滤波器
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) O0 V5 Q) p5 _1 U随着集成电路技术向超深亚微米技术的发展，以及便携式电子信息产品应用的不断发展,促使集成电路的电源电压越来越低,并在今后的两三年内.将出现电源电压小于1 V的应用系统及片上系统(SOC)芯片,所以研究超低电压的高性能模拟集成电路设计方法及关键技术是非常必要的。目前实现超低压模拟集成电路的关键技术可分为三种:亚阈值、衬底驱动和浮栅技术”。
基于M OSFET亚阈值特性设计实现的模拟电路,可以在低电源电压下正常工作,并保证较大的输出信号幅值和较低的功耗,但是由于亚阈值电路的驱动电流能力较小，且不能保证设计精度和良好的特性,所以只适合部分电路设计。衬底驱动技术通过改变衬底电压，改变MOS管的阈值电压,从而实现具有较高性能的模拟电路,如运放等，但是衬底驱动技术实
现的模拟电路的跨导较低,运放的频率特性较差,而且对于N (P)阱工艺,只能实现衬底驱动P (N )M 0S管,严重限制了其应用。浮栅技术原来主要应用于EPROM 和EEPROM 等不挥发存储器中，近年来对基于浮栅和准浮栅技术的模拟电路进行了报道,如高速数/模转换器及放大器~ 3等,其中基于浮栅原理准浮栅模拟电路与标准CM 0S工艺兼容,并不损失电路性能,但是浮栅技术与标准CM oS工艺不兼容,实现成本太高,所以不能大规模的应用。基于浮栅技术的设计原理,基于标准CMOS工艺的准.浮栅技术将是超低压模拟集成电路计的新方向
9 }! B" m5 i# d* K! w" w2 D本文基于准浮栅M OS晶体管的工作原理、电气特性及等效电路的分析,提出了0.8V运算放大器,并采用TSM C 0.25μm2P5MCM0S工艺的BSIM 3V 3模型完成了特性仿真。第三部分基于0.8V运算放大器,结合准浮栅Rail-toRail 模拟开关，实现了一阶CM 0S开关电容高通滤波器,并采用TSMC0.25um2P5MCM0S工艺的Bsim3V3模型完成了仿真验证。

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基于准浮栅技术的超低压运放及滤波器设计