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作者及机构
本文的主要作者是Fanyang Li，来自福州大学（Fuzhou University）。该研究发表于《Journal of Semiconductors》2018年10月刊。
学术背景
本研究属于集成电路设计领域，重点关注电压参考源（voltage reference）的性能优化。电压参考源是许多电子设备中的关键组件，尤其是在无线医疗设备和传感器等超低功耗系统中，其电源抑制比（PSRR, Power Supply Rejection Ratio）性能至关重要。然而，传统电压参考源在高频噪声环境下容易受到电源耦合噪声的影响，导致PSRR性能下降。为了解决这一问题，本研究提出了一种基于宽频带级联电流模式微分器（wide-band cascaded current mode differentiator）的新型电压参考源设计，旨在提高高频范围内的PSRR性能，同时保持超低功耗和低电源电压。
研究流程
1. 问题分析与传统方法评估
研究首先分析了传统电压参考源的局限性。传统方法主要通过两种方式改善PSRR：一是设计内部级联稳压器（internal cascaded regulator），二是实现前馈电流模式补偿路径（feed forward current mode compensation path）。然而，这些方法存在功耗高、电源电压需求大等问题，不适用于超低功耗系统。
新型电压参考源设计
本研究提出了一种新型电压参考源设计，其核心是宽频带级联电流模式微分器。该微分器由两级级联电路组成：第一级用于感应高频电源噪声，第二级通过生成零点（zero）来抵消第一级的主导极点（dominant pole），从而实现宽频带微分特性。此外，设计中还提出了一种零跨导运算放大器（zero OTA gm），以优化高频PSRR性能。
电路实现与模型分析
研究详细描述了新型电压参考源的电路实现，包括电流参考生成器、误差放大器和电压参考生成器的拓扑结构。通过建立数学模型，分析了电源噪声信号在电路中的传递函数，并推导了PSRR性能的优化条件。
实验验证
该设计采用0.18微米CMOS工艺制造，并在0.9V电源电压下进行了测试。实验结果表明，在20MHz频率下，PSRR达到-54dB，功耗仅为19μW。此外，研究还验证了输出电压的温度无关性（temperature irrelevant output voltage），其变化范围在9ppm/°C以内。
主要结果
1. PSRR性能优化
实验数据显示，新型电压参考源在高频范围内的PSRR性能显著优于传统设计。在20MHz频率下，PSRR达到-54dB，证明了宽频带级联电流模式微分器的有效性。
功耗与电源电压优化
该设计的功耗仅为19μW，最低电源电压需求为0.9V，满足超低功耗系统的要求。
温度无关性
输出电压在-20°C至80°C温度范围内的变化小于9ppm/°C，显示了设计的稳定性。
结论
本研究提出了一种基于宽频带级联电流模式微分器的新型电压参考源设计，成功实现了在高频范围内的PSRR性能优化，同时保持了超低功耗和低电源电压。该设计在无线医疗设备和传感器等超低功耗系统中具有广泛的应用前景。
研究亮点
1. 宽频带级联电流模式微分器
该设计通过两级级联电路和零点生成技术，实现了宽频带微分特性，显著提高了高频PSRR性能。
零跨导运算放大器
提出的零跨导运算放大器进一步优化了高频PSRR性能，是设计的核心创新点。
超低功耗与低电源电压
该设计在0.9V电源电压下仅消耗19μW，适用于超低功耗系统。
实验验证
通过0.18微米CMOS工艺制造和测试，验证了设计的可行性和优越性能。
其他有价值的内容
研究还详细分析了传统方法的局限性，并通过数学模型推导了新型设计的优化条件，为后续研究提供了理论依据。此外，研究还对比了其他相关工作的性能参数，进一步证明了本设计的优越性。
以上是基于文档内容生成的学术报告，详细介绍了研究的背景、流程、结果、结论及亮点。