A 0.12–0.4 V, Versatile 3-Transistor CMOS Voltage Reference for Ultra-Low Power Systems

晶体管 NMOS逻辑 CMOS芯片 电压基准 低压 电气工程 材料科学 电压 带隙基准 MOSFET 过驱动电压 偏压 阈值电压 光电子学 灵敏度(控制系统) 电子工程 跌落电压 工程类
作者
Arthur Campos de Oliveira,David Cordova,Hamilton Klimach,Sérgio Bampi
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:65 (11): 3790-3799 被引量:48
标识
DOI:10.1109/tcsi.2018.2859341
摘要

In this paper, we propose an ultra-low power compact 3-transistor voltage reference capable of operating at ultra-low supply voltages. The proposed circuit is based on the self-cascode MOSFET (SCM), which provides a reference voltage proportional to the threshold voltage (VT) difference of the two NMOS transistors that compose it. Reverse short-channel and narrow-width effects are explored to obtain such VT difference while using the same type of transistor. Ultra-low power operation and low line sensitivity is achieved by biasing the SCM with a zero-VT (native) transistor, also leading to an area efficient design. To show its versatility, three versions of the proposed circuit were fabricated in a standard 0.13-μm CMOS process. Measurement performed over five samples showed an average temperature coefficient of 150-1500 ppm/°C. Minimum supply voltages of 0.12-0.4 V was observed while providing reference voltages around tens of mV. The proposed circuits consume 0.33-50 pW at room temperature and minimum supply voltage. The occupied area for any version is less than 0.0012 mm2.

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