互補式金氧半能隙參考電壓源以及與電容比值無關之類比/ 數位轉換器的設計

Abstract

本論文提出三種新的互補式金氧半能隙參考電壓（ＣＭＯＳ ｂａｎｄｇａｐ ｖｏ ｌｔａｇｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）電路設計，以及一個全新架構的與電容比值無關 的類比／數位轉換器。 此新的互補式金氧半能隙參考電壓電路採用多晶矽當電阻，用自然產生的垂直方向ｎ －ｐ－ｎ雙載子電晶體當做參考二極體。此電路能夠產生一個穩定的參考電壓， 約 １•１８５Ｖ，其溫度係數只有１０ｐｐｍ／Ｃ從－５５Ｃ到７５Ｃ，而其對電壓源 變化的敏感度只有０•１％從４•５Ｖ到１３Ｖ。這個電路不但能夠提供一個非常穩 定的參考電壓，而且其架構非常簡單，至於起動電路則只需要一個電容，所以起動電 路也與電壓源的變化無關。 至於新設計的與電容比值無關的類比／數位轉換器，則是使用關關電容（ＳＣ）的技 術以及新設計的電荷轉換法，來達成與電容比值及放大器抵補電壓（ｏｆｆｓｅｔ ｖｏｌｔａｇｅ）無關的設計。此外，此電路的架構簡單，只需要三個運算放大器， 一個比較器，七個電容以及一些ＣＭＯＳ開關，所以這個電路只需要很小的積體電路 面積。這個與電容比值無關的類比／數位轉換器只需要２ｎ個週期的時間來完成ｎ個 位元的輸出，這是目前在這個領域中最快的設計。在４０ＫＨｚ的工作頻率下，其解 析度可達１２位元。如果能提高運算放大器開路敦大率以及進一步消除開關所注射的 錯誤電荷，那麼就能將這個類比／數位轉換器的解析度提高到１２位元以上。 我們完成了ＳＰＩＣＥ電路模擬，並且用３•５ｕｍ互補式金氧半（ＣＭＯＳ）的技 術來製造。至於測量及更進一步的研究，則有待將來繼續的努力。