第一章概述 第一章概述 1.1研究动机 近年来无线通信技术的发展呈爆炸式增长，以iOS和Android等为代表的智能 手机的蓬勃发展，2G、3G、4G、Bluetooth、WLAN、GPS、WiMax和Digital TV 等通信技术普遍而深入的应用在人们的日常生活和工作中。 同时，工艺可以量产的晶体管特征尺寸已达到22n,晶圆的最大尺寸也在 不断增加，单片上已经能集成完整功能的大规模的系统。片上系统(System on Chip,SoC)技术也应运而生，其原理就是将一个完整的系统集成于一块芯片上。 这种技术一方面能提高芯片的性能，另一方面能有效的减少了芯片流片、封装和 测试的费用，使产品更具竞争力。因此，片上系统技术已成为集成电路发展的重 要方向之一。 通信技术的蓬勃发展促使射频接收机芯片的需求也呈现爆炸性增加，同时射 频接收机作为片上系统技术应用的一个典型范例，拥有了片上系统技术的优势。 因此，对射频接收机的研究具有光明的前景。 目前，数字电视正逐步取代模拟电视成为主流电视接收方式。本文的应用背 景是射频接收机中的数字电视调谐芯片，研究了在射频接收机应用中基准源和温 度检测模块的指标要求，设计了数字电路调谐芯片中的基准源和温度检测模块。 基准源是模拟电路的基本模块之一，包括基准电压源和基准电流源。基准电 压源和基准电流源分别为整个系统提供基准电压和基准电流，其性能的好坏影响 整个系统的性能。与传统电路不同，射频接收机是包含射频、模拟和数字电路的 片上系统。由于不同类型电路对基准性能要求各不相同，这对基准源的设计提出 了更高要求。数字电路对基准源要求最低，射频电路要求很高，主要是输出噪声 方面。由于数字电路的电源电压波动可能通过耦合方式影响基准电压和电流的稳 定性，这就需要基准源具有高的电源抑制能力。传统的带隙基准电压源，一般要 求对工作温度、电源电压和工艺变化不敏感。因为，本文设计还需要考虑噪声对 射频模块的影响，所以对电源电压的稳定性提出了更高的要求。因此，只有设计 出更高性能的基准源才能满足上述要求。本设计的基准电压源通过带隙基准电压 源来实现，基准电流源则采用基准电压源得到的输出参考电压转换得到。为了得 到高的集成度，基准电流源不使用传统的片外电阻提高电流精度的方法，而是使 用片内可调电阻阵列的方法。由于片内电阻存在20%~30%工艺误差的原因，通 过校正电路来得到数字校正控制信号来保证稳定的精确电流。 温度检测模块在片上系统中扮演重要的角色。随着芯片集成度提高，器件密 度和能耗密度增大，热量散发到周围环境的速度变慢，芯片温度升高显著。有研 究表明，芯片温度平均每升高1℃，MOS管的驱动能力将下降约4%，连线延迟 5第一章 概述 5 第一章 概述 1.1 研究动机 近年来无线通信技术的发展呈爆炸式增长，以iOS和Android等为代表的智能 手机的蓬勃发展，2G、3G、4G、Bluetooth、WLAN、GPS、WiMax和Digital TV 等通信技术普遍而深入的应用在人们的日常生活和工作中。 同时，工艺可以量产的晶体管特征尺寸已达到22 nm，晶圆的最大尺寸也在 不断增加，单片上已经能集成完整功能的大规模的系统。片上系统(System on Chip，SoC)技术也应运而生，其原理就是将一个完整的系统集成于一块芯片上。 这种技术一方面能提高芯片的性能，另一方面能有效的减少了芯片流片、封装和 测试的费用，使产品更具竞争力。因此，片上系统技术已成为集成电路发展的重 要方向之一。 通信技术的蓬勃发展促使射频接收机芯片的需求也呈现爆炸性增加，同时射 频接收机作为片上系统技术应用的一个典型范例，拥有了片上系统技术的优势。 因此，对射频接收机的研究具有光明的前景。 目前，数字电视正逐步取代模拟电视成为主流电视接收方式。本文的应用背 景是射频接收机中的数字电视调谐芯片，研究了在射频接收机应用中基准源和温 度检测模块的指标要求，设计了数字电路调谐芯片中的基准源和温度检测模块。 基准源是模拟电路的基本模块之一，包括基准电压源和基准电流源。基准电 压源和基准电流源分别为整个系统提供基准电压和基准电流，其性能的好坏影响 整个系统的性能。与传统电路不同，射频接收机是包含射频、模拟和数字电路的 片上系统。由于不同类型电路对基准性能要求各不相同，这对基准源的设计提出 了更高要求。数字电路对基准源要求最低，射频电路要求很高，主要是输出噪声 方面。由于数字电路的电源电压波动可能通过耦合方式影响基准电压和电流的稳 定性，这就需要基准源具有高的电源抑制能力。传统的带隙基准电压源，一般要 求对工作温度、电源电压和工艺变化不敏感。因为，本文设计还需要考虑噪声对 射频模块的影响，所以对电源电压的稳定性提出了更高的要求。因此，只有设计 出更高性能的基准源才能满足上述要求。本设计的基准电压源通过带隙基准电压 源来实现，基准电流源则采用基准电压源得到的输出参考电压转换得到。为了得 到高的集成度，基准电流源不使用传统的片外电阻提高电流精度的方法，而是使 用片内可调电阻阵列的方法。由于片内电阻存在20%~30%工艺误差的原因，通 过校正电路来得到数字校正控制信号来保证稳定的精确电流。 温度检测模块在片上系统中扮演重要的角色。随着芯片集成度提高，器件密 度和能耗密度增大，热量散发到周围环境的速度变慢，芯片温度升高显著。有研 究表明，芯片温度平均每升高1 ℃，MOS管的驱动能力将下降约4%，连线延迟