湖南大学半导体学院陈卓俊教授团队成功研制出一款亚ppm级高精度电压基准芯片

高精度电压基准源是智能电表、工业传感器等精密测量系统的核心器件，这类系统通常要求电压基准在工业级温度范围（−40℃ 至 85℃）内具有低于1ppm/℃的超低温度系数。然而，传统的带隙基准受限于双极性晶体管基极-发射极电压的固有非线性曲率，其温漂性能难以突破1ppm/℃的瓶颈。

针对上述难题，我校半导体学院陈卓俊教授团队创新性提出了一种电学和热学相结合的混合补偿技术，基于65nm CMOS工艺成功设计并流片了一款采高精度电压基准芯片。在高温区（10℃ 至 85℃）采用二阶曲率校正技术，抵消了双极性晶体管高阶非线性项。在低温区（−40℃ 至 10℃），构建了分段芯片自加热技术与温度锁定环路。通过温度锁定环路的闭环负反馈，将芯片温度锁定在10℃，比全段自加热技术降低了49.7%的最大加热功耗。芯片测试结果显示，该芯片在−40℃ 至 85℃的工业级温度范围内，平均温度系数仅为0.5 ppm/℃。芯片核心面积仅为0.12 mm2。与同期先进工作相比，该芯片在温漂性能、面积效率等方面达到了最优水平。

相关研究成果以“A 0.5-ppm/°C Voltage Reference With Sub-Ranging On-Chip Self-Heating and Second-Order Compensation in 65-nm CMOS”为题发表在国际集成电路领域权威期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》。论文第一作者为吕文召博士，通讯作者为陈卓俊和廖蕾教授。

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》是国际集成电路领域重要期刊之一，旨在发布集成电路领域的最新技术进展和纪录性成果。

高精度电压基准电路结构及显微图（上图），面积、功耗与平均温度系数性能对比（下图）。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11301859

来源：半导体学院

责任编辑：卜瀚韬