成功研制出一款亞ppm級高精度電壓基準(zhǔn)芯片
2026-01-26 10:28高精度電壓基準(zhǔn)源是智能電表、工業(yè)傳感器等精密測量系統(tǒng)的核心器件，這類系統(tǒng)通常要求電壓基準(zhǔn)在工業(yè)級溫度范圍（−40℃ 至 85℃）內(nèi)具有低于1ppm/℃的超低溫度系數(shù)。然而，傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)受限于雙極性晶體管基極-發(fā)射極電壓的固有非線性曲率，其溫漂性能難以突破1ppm/℃的瓶頸。
針對上述難題，我校半導(dǎo)體學(xué)院陳卓俊教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了一種電學(xué)和熱學(xué)相結(jié)合的混合補(bǔ)償技術(shù)，基于65nm CMOS工藝成功設(shè)計并流片了一款采高精度電壓基準(zhǔn)芯片。在高溫區(qū)（10℃ 至 85℃）采用二階曲率校正技術(shù)，抵消了雙極性晶體管高階非線性項(xiàng)。在低溫區(qū)（−40℃ 至 10℃），構(gòu)建了分段芯片自加熱技術(shù)與溫度鎖定環(huán)路。通過溫度鎖定環(huán)路的閉環(huán)負(fù)反饋，將芯片溫度鎖定在10℃，比全段自加熱技術(shù)降低了49.7%的最大加熱功耗。芯片測試結(jié)果顯示，該芯片在−40℃ 至 85℃的工業(yè)級溫度范圍內(nèi)，平均溫度系數(shù)僅為0.5 ppm/℃。芯片核心面積僅為0.12 mm2。與同期先進(jìn)工作相比，該芯片在溫漂性能、面積效率等方面達(dá)到了最優(yōu)水平。
相關(guān)研究成果以“A 0.5-ppm/°C Voltage Reference With Sub-Ranging On-Chip Self-Heating and Second-Order Compensation in 65-nm CMOS”為題發(fā)表在國際集成電路領(lǐng)域權(quán)威期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》。論文第一作者為呂文召博士，通訊作者為陳卓俊和廖蕾教授。
《IEEE Journal of Solid-State Circuits》是國際集成電路領(lǐng)域重要期刊之一，旨在發(fā)布集成電路領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展和紀(jì)錄性成果。
高精度電壓基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)及顯微圖（上圖），面積、功耗與平均溫度系數(shù)性能對比（下圖）。
來源：半導(dǎo)體學(xué)院
