專利名稱：一種穩定的微功耗cmos電壓積分器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬集成電路、無線通信技術領域，特別是電源波動影響弱、低溫飄、微功耗(＜2μW)的CMOS電壓型積分器電路。
背景技術：
在無線標簽(RFID)一類電路中，無源RF(射頻)接收芯片電路的工作能量來自于無線電高頻電磁波。其間，出于對人體安全的考慮，發射源的發射功率不能太大，必須滿足國際標準；而接收電路的吸收功率又與距離的平方成反比，這使得無線收發距離遠時，要求接收電路的功耗很小，一般為幾十個μW。此外，來自于無線電波能量的接收電路的供電電壓受到發射環境、接收距離等因素的影響，會產生擺動，要求電路對電源電壓的波動有強的抑制能力。這種環境下工作的電路除了低功耗要求外，尚需滿足電源波動影響弱的條件。
積分電路是信號處理中常用的重要功能電路，亦是無源RF接收芯片中的關鍵電路。傳統實現方法中，使用如圖1所示運算放大器放結合電阻、電容來實現。這種方法要求運放的增益高，然而，在微功耗的電路中，小電流會導致MOSFETs進入線性區，或者截止區，所以在RF電路中，傳統方法實現微功耗積分電路是困難的。
本文中提出的積分電路結構適用于微功耗、低溫飄、電源波動影響弱要求的工作環境；特別適用于無源射頻接收芯片的解調電路。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種電源波動影響弱(＞80dB)、低溫飄(＜120ppm/K)、微功耗(＜2μW)的CMOS電壓型積分器電路。應用于無線標簽一類的無源射頻電路中，是脈寬調制的核心電路。
一種穩定的微功耗CMOS電壓積分器，由恒流源電路，MOS開關，單級放大器，反向器組成，其特征在于，恒流源電路與MOS開關串聯，MOS開關連接于反向器，反向器連接于單級放大器。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M13、M14組成MOS開關。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M15、M16、M17、M18組成反向器。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M23和I2組成單級放大器。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M13、M14使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為4um/0.8um。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M15、M17使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M16、M18使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為0.8um/0.8um。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M23使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比為8um/8um。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，恒流源電路包括啟動電路和自偏置的級聯電路。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M0、M1、C1組成啟動電路，M3-M10、R1組成自偏置的級聯電路。
所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M0、M1使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M0的寬長比為0.6um/18um、M1的寬長比為0.6um/6um，C1的電容值為500fF，M3-M6使用pmos_3p3_1vt類型的MOSFETs，寬長比均為0.6um/6um；M7、M8使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為24um/48um；M9、M10使用nmos_3p3類型的MOSFETs，寬長比分別為26.4um/2.4um、24um/2.4um；電阻R1阻值為30KΩ。
本實用新型具有以下特點1.低功耗。采用上述方法電流源產生的電流為95.93nA，電源電壓最小為2.5V。通過軟件對電路的模擬，最大功耗小于2uW，平均功耗小于1uW。
2.高電源抑制比。自偏置的恒流源，內部采用Cascode結構，圖3中的M7、M8采用雙井工藝的14V高壓NMOSFETs，所以可以實現襯底與源極相連的連接方法；這些都有效的提高了電源抑制比。
3.低溫漂。在工藝提供的8種不同的電阻中，選取溫度系數最能抵消其他電路器件溫度系數的一種。實際的模擬結果得出，積分電路的溫度系數為110ppm。
4.本實用新型的CMOS電壓型積分器電路具有電源波動影響弱、低溫飄、微功耗的優點。
圖1是傳統使用的積分電路。
圖2是本實用新型的CMOS電壓型積分器電路結構框圖。
圖3是本實用新型的小恒流源模塊電路圖。
圖4是本實用新型的CMOS電壓型積分器電路圖。
具體實施方式
本實用新型的目的是通過下述措施實現的1.新的電路結構本實用新型的電路結構如圖2所示，共3個部分，包括小電流恒流源、充放電控制電路、充放電電容。
圖3中，M0、M1、C1組成啟動電路。M0、M1使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M0的寬長比為0.6um/18um、M1的寬長比為0.6um/6um。C1的電容值為500fF。M3-M10及R1組成恒流源的核心電路。M3-M6使用pmos_3p3_1vt類型的MOSFETs，寬長比均為0.6um/6um；M7、M8使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為24um/48um；M9、M10使用nmos_3p3類型的MOSFETs，寬長比分別為26.4um/2.4um、24um/2.4um；電阻R1阻值為30KΩ。
小電流恒流源采用自偏置的級聯結構，連接關系如圖3所示。其中M0、M1、C1組成啟動電路；M3-M10、R1是自偏置級聯結構的核心電路。
圖4中，M13、M14使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為4um/0.8um；M15、M17使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M16、M18使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為0.8um/0.8um；M23使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比為8um/8um；包含小電流恒流源電路在內的完整積分電路如圖4所示。其中小電流恒流源用電流源符號表示-I1、I2代表圖3的小恒流源電路。
控制充放電電路由電流源為負載的共源級類型的單級放大器(M23和I2)，反向器(M15、M16、M17、M18)組成。電容C2為充放電電容。M13、M14為MOS開關。
2.新的電路特征M3-M6使用低閾值的PMOSFETs，閾值電壓Vth＝0.446V；M7、M8采用雙井工藝的14V高壓的NMOSFETs，所以襯底與源極可以連接在一起，消除襯底偏置效應；R采用工藝提供的bnplus_u14p0類型電阻。M9、M10被偏置在亞閾值區。
3.新的器件尺寸M0的寬長比W/L(M0)＝0.6um/18umW/L(M1)＝0.6um/6umM3-M6的寬長比均為W/L＝0.6um/6umM7、M8寬長比均為 W/L＝24um/48umW/L(M9)＝26.4um/2.4umW/L(M10)＝24um/2.4umM13、M14寬長比均為 W/L＝4um/0.8umM15-M18寬長比均為W/L＝0.8um/0.8umW/L(M23)＝8um/8um；C1的電容值C(C1)＝605fF電阻R1阻值R(R1)＝30KΩ
權利要求1.一種穩定的微功耗CMOS電壓積分器，由恒流源電路，MOS開關，單級放大器，反向器組成，其特征在于，恒流源電路與MOS開關串聯，MOS開關連接于反向器，反向器連接于單級放大器。
2.根據權利要求1所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M13、M14組成MOS開關。
3.根據權利要求1所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M15、M16、M17、M18組成反向器。
4.根據權利要求1所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M23和I2組成單級放大器。
5.根據權利要求2所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M13、M14使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為4um/0.8um。
6.根據權利要求3所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M15、M17使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M16、M18使用nmos_14pO類型的MOSFETs，寬長比均為0.8um/0.8um。
7.根據權利要求4所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M23使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比為8um/8um。
8.根據權利要求1所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，恒流源電路包括啟動電路和自偏置的級聯電路。
9.根據權利要求7所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M0、M1、C1組成啟動電路，M3-M10、R1組成自偏置的級聯電路。
10.根據權利要求8所述的CMOS電壓積分器，其特征在于，M0、M1使用pmos_14p0類型的MOSFETs，M0的寬長比為0.6um/18um、M1的寬長比為0.6um/6um，C1的電容值為500fF，M3-M6使用pmos_3p3_lvt類型的MOSFETs，寬長比均為0.6um/6um；M7、M8使用nmos_14p0類型的MOSFETs，寬長比均為24um/48um；M9、M10使用nmos_3p3類型的MOSFETs，寬長比分別為26.4um/2.4um、24um/2.4um；電阻R1阻值為30KΩ。
專利摘要本實用新型涉及模擬集成電路、無線通信技術領域，特別是一種電源波動影響弱、低溫漂、微功耗的CMOS電壓型積分器電路。CMOS電壓積分器，由恒流源電路，MOS開關，單級放大器，反向器組成。電壓積分器中的恒流源電路包括啟動電路和自偏置的級聯電路。
文檔編號H03K9/00GK2777853SQ20042011218
公開日2006年5月3日 申請日期2004年11月1日 優先權日2004年11月1日
發明者吳杰 申請人:中國科學院半導體研究所