摘要提出了在标准0.18-μmCMOS技术中制造的超低功率子带电压参考电路。利用V BE和V Th的负温度特性,使用寄生BJT和MOSFET的组合的新型自偏的电路构型用于实现纳米瓦特功率派遣的温度补偿的子频带电压参考。测量结果表明,提议的电路提供的平均参考电压为261.6 mV,变化系数为0.86%。线调节(LR)为0.26%/V,在27°时的电源电压范围为0.9 V至1.8 V,电源排斥比(PSRR)为-49 dB时为-100 Hz。在一次性修剪的情况下,在一组18个样品中执行的测量结果显示,温度系数的平均温度系数为25.9 ppm/℃,温度范围为-20至100°。功率耗散为1.8 NW,电源电压为0.9 V时为27℃。芯片面积为0.0038毫米2。关键词:超低功率,子频率电压参考,CMOS,温度系数,芯片区域分类:集成电路(内存,逻辑,模拟,RF,传感器)
11/11—修订版C 至修订版D 将 PSRR 更改为 PSR ......................................................... 通用 将表 4 中的无铅温度从 245°C 更改为 260°C ..5 更改图 8 和图 9 .................................................................... 8 增加“备用 PCB 焊盘图案”部分 ............................................. 9 更改表 6 中的温湿度偏差(THB)说明 ............................................. 12 8/11—修订版B至修订版C 更改表1中的时钟频率和电源电压参数..................................................................................... 3 更改表3和表4 ........................................................................................ 5 删除“节能特性”部分........................................................................ 8 更改图9 ........................................................................................ 8 增加“应用信息”部分........................................................................ 9 增加“支持文档”、“评估板用户指南”、“电路笔记”和“应用笔记”部分............................................................. 9 更改“与模拟设备编解码器接口”部分............................................................. 9 移动“休眠模式”部分和“在多麦克风应用中禁用一个麦克风时的节能效果”部分......................................................................... 9 更改图10 ........................................................................................ 9 更改“贴片设备”部分............................................................................................ 10 删除“评估板”部分............................................................................................ 10 删除图10和图11;按顺序重新编号......................................................................................... 10重新按顺序编号................................................. 10 删除图 12.............................................................................. 11 更改表 6 中的温度循环描述.............................................. 11 更改订购指南.............................................................................. 12
摘要 干电极的使用正在迅速增加。由于干电极的阻抗很高,因此在电极和放大器之间的连接节点处有一个高阻抗节点。这会导致吸收电力线信号,而高 CMRR 放大器对于消除这种情况至关重要。在本文中,我们提出了一种具有高 CMRR 的低功耗低噪声斩波稳定放大器。为了最大限度地降低输入参考噪声,采用了基于反相器的差分放大器。同时,设计了一个直流伺服环路来抑制电极的直流偏移。由于所有级都需要共模反馈,因此每个放大器都使用了合适的电路。此外,在最后一级实施了斩波尖峰滤波器以衰减斩波器的尖峰。最后,为了消除失配和后期布局造成的偏移效应,采用了直流偏移抑制技术。设计的电路采用标准 180 nm CMOS 技术进行仿真。设计的斩波放大器在 1.2 V 电源下仅消耗 1.1 l W。中频带增益为 40 dB,带宽为 0.5 至 200 Hz。其带宽内的总输入参考噪声为 1 l V rms。因此,设计电路的 NEF 和 PEF 分别为 2.7 和 9.7。为了分析所提出的斩波放大器在工艺和失配变化下的性能,进行了蒙特卡罗模拟。根据 200 次蒙特卡罗模拟,CMRR 和 PSRR 分别为 124 dB(标准偏差为 6.9 dB)和 107 dB(标准偏差为 7.7 dB)。最终,总面积消耗为 0.1 mm 2(不含焊盘)。
摘要 — 现代神经调节系统通常提供大量的记录和刺激通道,这降低了每个通道的可用功率和面积预算。为了在面积限制越来越严格的情况下保持必要的输入参考噪声性能,斩波神经前端通常是首选方式,因为斩波稳定可以同时改善(1/f)噪声和面积消耗。现有技术中,通过基于输入电压缓冲器的阻抗增强器解决了输入阻抗大幅降低的问题。这些缓冲器对大型输入电容器进行预充电,减少从电极吸取的电荷并有效提高输入阻抗。这些缓冲器上的偏移直接转化为电荷转移到电极,这会加速电极老化。为了解决这个问题,提出了一种具有超低时间平均偏移的电压缓冲器,它通过定期重新配置来消除偏移,从而最大限度地减少意外的电荷转移。本文详细介绍了背景和电路设计,并介绍了在 180 nm HV CMOS 工艺中实现的原型的测量结果。测量结果证实,发生了与信号无关的缓冲器偏移引起的电荷转移,并且可以通过所提出的缓冲器重新配置来缓解这种电荷转移,而不会对输入阻抗增强器的操作产生不利影响。所提出的神经记录器前端实现了最先进的性能,面积消耗为 0.036 mm2,输入参考噪声为 1.32 µV rms(1 Hz 至 200 Hz)和 3.36 µV rms(0.2 kHz 至 10 kHz),功耗为 13.7 µW(1.8 V 电源),以及 50 Hz 时的 CMRR 和 PSRR ≥ 83 dB。
注释 1 V A 和 V B 表示检测到的正弦波的平均偏差 (MAD)。注意,为了使此传递函数线性表示正位移,LVDT 的 V A 和 V B 之和必须与行程长度保持不变。请参见“工作原理”。另请参见图 7 和图 12 中的 R2。 2 从 T MIN 到 T MAX ,仅由 AD598 引起的总误差由增益误差、增益漂移和失调漂移相结合决定。例如,AD598AD 从 T MIN 到 T MAX 的最坏情况总误差计算如下:总误差 = +25 ° C 时的增益误差(± 1% 满量程)+ –40 ° C 至 +25 ° C 之间的增益漂移(FS 的 50 ppm/ ° C × +65 ° C)+ –40 ° C 至 +25 ° C 之间的失调漂移(FS 的 50 ppm/ ° C × +65 ° C)= ± 1.65% 满量程。请注意,满量程的 1000 ppm 等于满量程的 0.1%。满量程定义为最大正输出和最大负输出之间的电压差。3 仅 AD598 的非线性,以满量程的 ppm 为单位。非线性定义为 AD598 输出电压与直线的最大测量偏差。直线由产生的最大满量程负电压与产生的最大满量程正电压连接而成。4 参见传递函数。5 该偏移指的是 (V A –V B )/(V A +V B ) 输入,跨越满量程范围 ± 1。[要使 (V A –V B )/(V A +V B ) 等于 +1,V B 必须等于零伏;相应地,要使 (V A –V B )/(V A +V B ) 等于
表 1. 参数 最小值典型值最大值 单位 测试条件/注释 温度传感器和 ADC 精度1 −0.05 ±0.4 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 3.0 V ±0.44 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 2.7 V 至 3.3 V ±0.5 °CTA = −40°C 至 +125°C, V DD = 3.0 V ±0.5 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 2.7 V 至 3.6 V ±0.7 °CTA = −40°C 至 +150°C, V DD = 2.7 V 至 3.6 V ±0.8 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 4.5 V 至 5.5 V ±1.0 °CTA = −40°C 至 +150°C,V DD = 2.7 V 至 5.5 V ADC 分辨率 13 位 符号位加上 12 个 ADC 位的二进制补码温度值(上电默认分辨率) 16 位 符号位加上 15 个 ADC 位的二进制补码温度值(配置寄存器中的位 7 = 1) 温度分辨率 13 位 0.0625 °C 13 位分辨率(符号 + 12 位) 16 位 0.0078 °C 16 位分辨率(符号 + 15 位) 温度转换时间 240 ms 连续转换和单次转换模式 快速温度转换时间 6 ms 仅在上电时进行第一次转换 1 SPS 转换时间 60 ms 1 SPS 模式的转换时间 温度迟滞 ±0.002 °C 温度循环 = 25°C 至 125°C 并返回到 25°C 重复性 ±0.015 °CTA = 25°C DC PSRR 0.1 °C/VTA = 25°C 数字输出 (CT, INT),漏极开路
表 1. 参数 最小值典型值最大值 单位 测试条件/注释 温度传感器和 ADC 精度 1 0.0017 ±0.20 2 °CTA = −10°C 至 +85°C, V DD = 3.0 V ±0.25 °CTA = −20°C 至 +105°C, V DD = 2.7 V 至 3.3 V ±0.31 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 3.0 V ±0.35 °CTA = −40°C 至 +105°C, V DD = 2.7 V 至 3.3 V ±0.50 °CTA = −40°C 至 +125°C, V DD = 2.7 V 至 3.3 V ±0.50 3 °CTA = −10°C 至 +105°C, V DD = 4.5 V至 5.5 V ±0.66 °CTA = −40°C 至 +125°C,V DD = 4.5 V 至 5.5 V −0.85 °CTA = +150°C,V DD = 4.5 V 至 5.5 V −1.0 °CTA = +150°C,V DD = 2.7 V 至 3.3 V ADC 分辨率 13 位 符号位加上 12 个 ADC 位的二进制补码温度值(上电默认分辨率) 16 位 符号位加上 15 个 ADC 位的二进制补码温度值(配置寄存器中的位 7 = 1) 温度分辨率 13 位 0.0625 °C 13 位分辨率(符号 + 12 位) 16 位 0.0078 °C 16 位分辨率(符号 + 15 位) 温度转换时间 240 ms 连续转换和单次转换模式 快速温度转换时间6 ms 仅在上电时进行第一次转换 1 SPS 转换时间 60 ms 1 SPS 模式的转换时间 温度迟滞4 ±0.002 °C 温度循环 = 25°C 至 125°C 并返回 25°C 重复性5 ±0.015 °CTA = 25°C 漂移6 0.0073 °C 在 150°C 下进行 500 小时压力测试,V DD = 5.0 V DC PSRR 0.1 °C/VTA = 25°C 数字输出(CT、INT),开漏 高输出漏电流,I OH 0.1 5 µA CT 和 INT 引脚上拉至 5.5 V 输出低电压,V OL 0.4 VI OL = 3 mA (5.5 V),I OL = 1 mA (3.3 V) 输出高电压,V OH 0.7 × V DD V 输出电容,C OUT 2 pF 数字输入(DIN、SCLK、CS) 输入电流 ±1 µA V IN = 0 V 至 V DD 输入低电压,V IL 0.4 V 输入高电压,V IH 0.7 × V DD V 引脚电容 5 10 pF 数字输出(DOUT) 输出高电压,V OH V DD − 0.3 VI SOURCE = I SINK = 200 µA 输出低电压,V OL 0.4 VI OL = 200 µA 输出电容,C OUT 50 pF 电源要求 电源电压 2.7 5.5 V 电源电流 转换时的峰值电流,SPI接口无效 3.3 V时 210 265 µA 5.5 V时 250 300 µA 1 SPS电流 1 SPS模式,TA = 25°C 3.3 V 时 46 µA VDD = 3.3 V 5.5 V 时 65 µA VDD = 5.5 V