低压低功耗模拟集成电路设计的准浮栅技术研究

摘要

随着便携式消费类电子产品需求的日益增长及高性能VLSI技术的迅猛发展，低压低功耗设计已成为当今模拟集成电路设计的主流之一。本文讨论了低压模拟电路设计所面临的困难与挑战，以及目前国内外实现低压模拟电路设计的主要技术和其优缺点，重点研究了准浮栅技术在低压低功耗模拟集成电路设计中的应用情况。论文通过介绍多输入浮栅晶体管的低压应用原理，对准浮栅MOS晶体管的工作原理、等效电路及电气特性进行了系统分析。在此基础上完成了一系列基于准浮栅技术的低压模拟集成电路单元的设计，包括折叠差分运算放大器、全差分运算放大器、采样保持电路、积分器、二阶巴特沃斯低通滤波器、五阶切比雪夫低通滤波器、12位电容定标数模转换器等。论文分别基于CSMC 0.6um和TSMC0.25 um CMOS工艺的BSIM3V3模型，利用Cadence Spectre和Hspice等仿真工具对本文所设计的所有电路进行了模拟仿真。最后根据CSMC 0.6 um双多晶双层铝布线CMOS工艺的设计规则，对全差分运算放大器、二阶巴特沃斯低通滤波器、五阶切比雪夫低通滤波器以及12位数模转换器等电路进行了版图设计。

目录

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第一章绪论

1.1低压模拟电路设计的机遇与挑战

1.2低压模拟电路设计的主要技术

1.2.1亚阈值技术

1.2.2自共源共栅技术

1.2.3电平移动技术

1.2.4衬底驱动技术

1.3论文的主要工作

第二章准浮栅技术

2.1多输入浮栅MOS管

2.1.1浮栅MOS管的结构

2.1.2多输入浮栅MOS管

2.1.3 MIFG MOS在模拟集成电路中的应用

2.1.4 MIFG MOS管存在的一些问题

2.2准浮栅技术

2.2.1准浮栅MOS晶体管

2.2.2准浮栅差分对结构

2.3本章小结

第三章准浮栅运算放大器

3.1运算放大器基础

3.1.1运算放大器的设计方法

3.1.2运算放大器的性能参数

3.2准浮栅折叠运算放大器

3.2.1 QFG折叠差分结构

3.2.2 QFG折叠差分结构的大信号分析

3.2.3基于准浮栅技术的超低压折叠运算放大器设计

3.3准浮栅全差分运算放大器

3.3.1 CMFB电路

3.3.2准浮栅全差分运算放大器设计

3.3.3采样保持电路的应用

3.3.4全差分运放的版图实现

3.4本章小结

第四章准浮栅滤波器

4.1滤波器的基本原理及分类

4.1.1基本原理

4.1.2滤波器的分类

4.2滤波器的近似方法

4.2.1特沃斯近似

4.2.2切比雪夫近似

4.2.3椭圆函数近似

4.3二阶巴特沃斯全差分平衡结构低通滤波器

4.3.1全差分积分器实现

4.3.2二阶巴特沃斯低通滤波器理论分析

4.3.3二阶巴特沃斯低通滤波器仿真结果

4.3.4二阶巴特沃斯低通滤波器版图实现

4.4全差分平衡式五阶Chebyshev低通滤波器

4.4.1五阶Chebyshev低通滤波器理论分析

4.4.2五阶Chebyshev低通滤波器的仿真结果

4.4.3五阶Chebyshev低通滤波器的版图实现

4.5本章小结

第五章准浮栅数/模转换器

5.1 DAC的基本原理及性能参数

5.1.1基本原理

5.1.2 DAC的性能参数

5.2 DAC的基本结构

5.2.1电流定标型DAC

5.2.2电压定标型DAC

5.2.3电荷定标型DAC

5.3准浮栅(QFG)DAC

5.3.1 QFG DAC的工作原理

5.3.2 12位QFG DAC的电路结构

5.3.3 12位QFG DAC的仿真结果

5.3.4 12位QFG DAC的版图实现

5.4本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

研究成果