西安交大科研人员发明新型全CMOS亚阈值电压基准源学术资讯

来源：交大新闻网

近年来，物联网、生物医疗和人工智能等行业快速发展，对工作在1V以下的超低功耗集成电路需求越来越迫切。如何在低电源电压下产生不随工艺、电源电压、温度变化的电压基准是低压集成电路设计需要解决的一个重要问题。传统MOSFET亚阈值电压基准的偏置电路和核心电路分开，再加上阈值MOSFET本身受工艺波动影响较大，模型准确度较低，使得现有的电压基准电路的线性调整率、电源抑制比都表现不佳，对工艺变化的敏感度较高，自身的功耗也很大。

为解决上述问题，同时实现超低功耗和低电压的性能，西安交通大学微电子学院创新性地发明了一种自偏置高阈值管漏端输出（SBHTDO）的亚阈值基准电压源，能够在0.5V的电压下工作，功耗仅为650pW。该基准源利用亚阈值区MOSFET的∆V_TH补偿热电势的温度系数，结合自偏置技术并选取合适的偏置电流提高了基准的线性调整率、电源抑制比，并显著降低基准对工艺变化的敏感度。该设计通过了流片和测试，可工作的电源电压范围为0.5-2.2V，温度范围为-40℃-125℃。未修调时25℃下的平均基准电压为211.46mV，标准差仅为0.64mV；修调前基准的平均温度系数为152.8ppm/℃，修调后平均温度系数达到11.4 ppm/℃。基准电压线性调整率度为0.031%，低频PSRR为-61.5dB，核心电路面积为0.0012mm²。

该项研究工作以“A 0.5 V, 650 pW, 0.031%/V Line Regulation Subthreshold Voltage Reference with Low Sensitivity to Process Variations”为题，被集成电路设计领域的国际顶级会议IEEE European Solid-State Circuits Conference（ESSCIRC）录用。作为ISSCC的姊妹会议，ESSCIRC在全球集成电路设计领域具有极高的声誉。这也是近年来西安交通大学首篇入选ESSCIRC的论文。该论文第一作者王玉伟为微电子学院二年级硕士生，通信作者为其导师张鸿副教授，合作者还包括张瑞智副教授和博士生孙权。王玉伟本科、硕士均就读于西安交通大学微电子学院，曾获第六届大学生集成电路设计大赛一等奖，并获得2017度研究生国家奖学金。

该工作得到了国家自然科学基金的支持。

【延伸阅读】

近年来，西安交通大学微电子学院在耿莉教授等多名教师的带领下，在数模混合集成电路设计领域取得了一系列的研究成果，获国家发明专利授权近30项，一系列创新相继成果发表在 IEEE TPE,IEEE TCAS-I,IEEE TCAS-II,IEEE TBioCAS,IEEE TVLSI,IEEE PTL,IEEE TCAD,IEEE TPDS,ESSCIRC,CICC,ASSCC,ISCAS,DAC 等集成电路领域的国际顶级期刊和会议上，获得了一定的国际知名度和声誉。