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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-24072014-165540
Document
Author
Full name
Eder Issao Ishibe
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Soares Júnior, João Navarro (President)
Pimenta, Tales Cleber
Vale Neto, José Vieira do
Title in Portuguese
Projeto de uma fonte de tensão de referência
Keywords in Portuguese
Circuitos analógicos
CMOS
Fontes de referência de tensão
Metaheurísticas
Abstract in Portuguese
Neste trabalho é apresentado o projeto de uma fonte de tensão de referência, um circuito capaz de prover uma tensão invariante com a temperatura, a tensão de alimentação e o processo de fabricação. São apresentadas: as equações de funcionamento, os passos para a elaboração da uma topologia final, o dimensionamento dos parâmetros de projeto com o uso de algoritmos metaheurísticos, o desenho do layout e os resultados e análises finais. O projeto emprega a tecnologia CMOS de 0,35 μm com quatro camadas de metal da Austria Micro Systems, em que os VTH0's dos transistores NMOS e PMOS, modelo típico, são, respectivamente, 0,5 V e -0,7 V. O circuito de fonte de referência é do tipo bandgap e faz a soma ponderada de correntes proporcionais a temperatura para atingir uma tensão de referência. Obteve-se um circuito típico com 0,5 V de tensão de referência, coeficiente de temperatura de 15 ppm/ºC em intervalo de temperatura de -10 a 90ºC em 1,0 V de tensão de alimentação, regulação de linha de 263 ppm/V em um intervalo de variação de 1,0 V a 2,5 V em 27ºC, 2,7 μA de corrente consumida e área de 0,11 mm². A introdução de um bloco de ajuste de coeficiente de temperatura, com ajuste digital, permite que mais que 90% dos circuitos produzidos tenham um coeficiente de temperatura de até 30 ppm/ºC. As medidas realizadas no trabalho são provenientes de simulações elétricas realizadas com o ELDO e modelos BSIM3v3.
Title in English
A voltage reference source design
Keywords in English
Analog circuits
CMOS
Metaheuristics
Voltage reference
Abstract in English
In this work is presented a design of a reference voltage source, circuits capable to provide an invariant voltage regardless of the temperature, power supply and fabrication process. It's presented: the operation equations, the steps to elaborate a final topology, the project parameter sizing using a metaheuristic algorithm, the drawing of the layout, and the final results and its analysis. The design employs an AMS-CMOS 0.35 μm technology with four metal levels, whose NMOS and PMOS VTH0's for a typical circuit is 0.5 V and -0.7 V. The reference voltage circuit is bandgap and performs a weighted summation of proportional temperature currents to achieve the voltage reference. A typical circuit was obtained with 0.5 V reference voltage, 15 ppm/ºC temperature coefficient in the temperature range of -10 to 90ºC under 1.0 V power supply, 263 ppm/V line regulation in the range of 1.0 V to 2.5 V under 27ºC, 2.7 μA power consumption in a 0.11 mm² area. For a projected circuit its also possible to ensure a temperate coefficient under 30 ppm/ºC, for more than 95% of the produced circuits, employing an adjustment block which ought to be digitally calibrated for each circuit.
 
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Eder.pdf (4.29 Mbytes)
Publishing Date
2014-07-28
 
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