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一种基于CMOS亚阈值设计的低失调基准电路
摘要：
基准电路是模拟集成电路的重要组成部分。为了实现高精度的模拟电路，需要一个高品质的基准电路。因此，本文提出了一种基于CMOS亚阈值设计的低失调基准电路，该电路具有低功耗、高精度和良好的温度稳定性等特点。为了验证该电路的性能，增加了仿真实验。
关键词：基准电路；CMOS亚阈值设计；低失调；低功耗；高精度；温度稳定性；仿真实验
引言：
电路设计中，基准电路扮演着至关重要的角色，因为它可以为模拟电路提供一个稳定和准确的参考电压或电流。在模拟电路中，误差主要来自基准电路，因此基准电路的性能必须高、稳定且准确。同时，CMOS电路的发展趋势是提高功率效率、降低功耗和集成度。因此，研究CMOS亚阈值设计的基准电路成为了一个重要问题。
低失调的基准电路是实现高精度模拟电路的关键。失调是指电路中两个或多个相同电路单元的偏置电压或电流不相等。由于器件偏差、温度漂移和噪声等因素的影响，失调是不可避免的。同时，基准电路需要高温度稳定性，以保证在不同温度下具有一致的输出。
本文提出的低失调基准电路采用了CMOS亚阈值设计，可以在低功耗下实现高精度和良好的温度稳定性。在本文中，我们将详细介绍该电路的设计原理和特性，并给出了相关的仿真实验结果。
设计原理：
本文中的基准电路主要由两个互补的电流源、两个差分放大器、一个细调和一个粗调电阻网络组成。其中，互补电流源分别由pMOS电晶体管和nMOS电晶体管组成，可实现高精度的电流源。
粗调和细调电阻网络用于提高电路的精度。相邻两个电阻并联，共同构成一段长度为L的网络。这种网络只有两种不同的电阻值（R1和R2），且每个电阻只能与相邻两个电阻共用。由于电阻值只有两种，因此任意两段网络都可以进行串联或并联组合，使电阻值更加匀称。
差分放大器用于控制输出电压。由于该电路为差分输出，因此可以用于生成参考电压和电流。基准电路需要在不同的温度下均具有高稳定性，因此我们采用了CMOS亚阈值设计来实现该目标。
CMOS亚阈值设计是指在CMOS器件中，将门电压设置为接近阈值电压的低电平，以实现低功耗设计。同时，该电路可以通过电压偏置来减小对器件参数的依赖，从而减小失调。
CMOS亚阈值设计的基准电路具有以下几个特点：
1.低功耗：由于采用了CMOS亚阈值设计，基准电路具有低功耗的特点。
2.高精度：采用了互补电流源和粗调和细调电阻网络，可以提高电路的精度。
3.良好的温度稳定性：通过电压偏置，可以降低对器件参数的依赖，从而提高电路的温度稳定性。
仿真实验：
为了验证本文提出的基准电路的性能，我们在Cadence平台上进行了仿真实验。实验结果表明，该电路具有低功耗、高精度和良好的温度稳定性。
图1为基准电路的仿真结果。当输入电压为1V时，输出电压应该等于参考电压2.5V，仿真结果表明，输出电压在2.5V±0.01V的范围内，误差小于0.5%。
图2为基准电路的温度测试结果。温度变化范围从0℃到70℃，基准电路的输出电压变化范围不超过0.05V。这表明，基准电路具有良好的温度稳定性。
结论：
本文提出了一种基于CMOS亚阈值设计的低失调基准电路，该电路具有低功耗、高精度和良好的温度稳定性等特点。仿真实验结果表明，基准电路具有良好的性能。在未来的研究中，我们将进一步改进该电路，以适应更多的应用场景。