Projeto de referência de tensão subbandgap

• Autor(a) principal: Duarte, João Vítor Cabrera
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/245885
• topic: Circuitos eletrônicos; Referência de tensão; Bandgap; Voltage reference; Variability; Analog circuits; CMOS integrated circuits

A referência de tensão é um circuito muito relevante por fornecer sua tensão de saída para diversos circuitos analógicos, sinais mistos e digitais, além de ter sido um importante tópico de estudo em circuitos integrados por mais de 50 anos. Uma referência de tensão deve providenciar uma tensão estável com baixa sensibilidade à variações na temperatura, tensão de alimentação, características de processo de fabricação e estresses no encapsulamento, além de outros parâmetros específicos de cada aplicação. Esse tipo de circuito funciona com o cancelamento da dependência térmica entre duas grandezas elétricas, normalmente implementados pela soma ponderada de dois efeitos físicos independentes com dependências térmicas opostas. Circuitos denominados bandgap empregam a deriva térmica negativa de uma junção semicondutora para gerar a grandeza elétrica com dependência complementar à temperatura absoluta, enquanto o potencial térmico, advindo da constante de Boltzmann e da carga do elétron, normalmente é utilizado para gerar a grandeza elétrica com dependência proporcional à temperatura absoluta. Considerando que essas grandezas também dependem do processo de fabricação, o desempenho de referência é muito impactado pela variabilidade de fabricação. Um projeto que apresente robustez à variabilidade é mandatório para aumentar a precisão do circuito. Consequentemente, este trabalho apresenta o projeto de uma referência de tensão subbandgap de baixa variabilidade comportamental. Foi implementada uma fonte de corrente ISQ para a polarização de todos os blocos do circuito com uma corrente que apresenta baixa variabilidade comportamental. Foram implementados Self-Cascode MOSFET (SCM) e Pares Diferenciais Desbalanceados para a geração de tensões proporcionais à temperatura absoluta. As topologias empregadas são descritas analiticamente e o modelo ACM foi utilizado durante o projeto. O circuito é formando somente por transistores no processo de fabricação de 180 nm CMOS da XFAB. As simulações realizadas em schematic view resultaram em uma tensão de referência de 738 mV apresentando TC médio de 37,6 ppm/ C, consumindo 8,809 μV em uma tensão de alimentação de 1,8 V. Simulações Monte Carlo foram conduzidas para avaliar o comportamento do circuito frente à variabilidade comportamental, apresentando resultados comparáveis à artigos publicados em convenções internacionais.