مدارات مرجع با منبع 1.2ولت (مقاله ترجمه شده)

چکیدهاین مقاله منبع بندگپ و مدارات sub-BGR برای LSIهای نانووات را نشان می‌دهد. مدارات شامل یک مدار جریان مرجع نانوآمپری، یک ترانزیستور دوقطبی و ژنراتورهای ولتاژ متناسب با دمای خالص می‌باشند. مدارات پیشنهادی از استفاده از مقاومت‌ها اجتناب کرده و شامل تنها MOSFET و یک ترانزیستور دوقطبی است. به دلیل اینکه مدار sub-BGR ولتاژ خروجی ترانزیستور دوقطبی را بدون استفاده از مقاومت تقسیم می‌کند، می‌تواند با منبع زیر 1ولت کار کند. نتایج تجربی به دست آمده در تکنولوژی CMOS 0.18 میکرومتر نشان می‌دهند که مدار BGRمی‌تواند ولتاژ مرجع 1.09ولت و مدار sub-BGR ولتاژ مرجع 0.548 را تولید کند. اتلاف توان مدارات BGR و sub-BGR به ترتیب 100 و 52.5 نانووات می‌باشد. مقدمهانتظار می‌رود که پیشرفت LSIهای نانووات منجر به گسترش نسل بعدی اپلیکیشن‌هایی با قابلیت نظارت توان، مثل وسیله‌های پزشکی مرتبط با عمر و کمک کننده به زندگی، سنسورهای محیطی و شبکه سنسورهای بی‌سیم شود. ما نیاز داریم که LSIهایی طراحی کنیم که با اتلاف توان بسیار پایین کار کنند زیرا آن‌ها باید برای مدت طولانی با منبع انرژی کمتر از حد ایده‌آل که از میکروباتری‌ها یا از انرژی طبیعی محیطی گرفته می‌شوند، عمل کنند. برای پیشرفت چنین LSIهایی، ما در ابتدا باید مدارات ولتاژ مرجع را توسعه دهیم زیرا از جمله مدارات سازنده آنالوگی پایه‌ای هستند. در اینجا مدارت ولتاژ مرج مقاوم به تغییرات پروسه، ولتاژ و دما را که می‌تواند در ده‌ها نانووات یا کمتر عمل کند، توصیف می‌کنیم.مدارات BGR به طور گسترده در LSIهای مردن استفاده می‌شوند تا ولتاژ مرجع را درون چیپ‌ها تولید کنند. ولتاژ تولید شده برای پردازش سیگنال آنالوگ متنوعی استفاده می‌شود. با وجود اینکه BGRهای مختلفی توسعه داده شده‌اند، اتلاف توان اکثر آن‌ها از توان نانووات بشتر بوده و کاهش آن چشمگیر نبوده است. یکی از دلایل آن استفاده از مقاومت‌هاست. مقاومت‌ها در اکثر مدارات مرجع برای تولید جریان و یا ولتاژ برای کنترل ویژگی‌های دمایی ولتاژ مرجع خروجی استفاده می‌شود. وقتی از یک مقدار میانه برای مقاومت استفاده می‌شود جریان کافی برای مقاومت‌ها نیاز بوده و لذا اتلاف توان نمی‌تواند کاهش یابد. در صورتی که برای کاهش جریان مقاومت بزرگتر در نظر گرفته شود مساحت سطح سیلیکون افزایش می‌یابد.معماریویژگی‌های جریان subthresholdعملکرد در subthreshold به توان بسیار پایین منجر می‌شود زیرا جریان در ان در حد نانوآمپر است.مدار جریان مرجع نانوآمپری، جریان 10نانوآمپر را تولید می‌کند و جاهای دیگر را تامین می‌کند. شکل 3 شماتیکی از مدار جریان مرجع نانوآمپری (مدار start up نشان داده نشده است )مورد استفاده است. مدار شامل یک مدار بایاس ولتاژ، ژنراتور ولتآژ PTAT و یک مدار منبع جریان می‌باشد. همه ماسفت‌ها به جز ماسفت MR که در ناحیه معکوس قوی و نواحی خطی عمیق عمل میکند، در ناحیه subthresholdهستند.طول گیت L و عرض گیت W برای ماسفت MR و MB مشابه بوده و در یک جریان بایاس شده‌اند. ژنراتور ولتاژ PTAT ولتاژی به ولتاژ گیت سورس MB به منظور افزایش ولتاژ MR اضافه می‌کند. اختلاف در ولتاژ گیت-سورس آن‌ها به مقاومت ماسفت MR که در ناحیه معکوس قوی و نواحی خطی عمیق عمل می‌کند، اعمال می‌شود. نتایج تجربیپیاده‌ سازی مداریک چیپ ساخته‌شده در تکنولوژی 0.18میکرومتر 1پلی 6متال CMOS با N-well عمیق درنظرگرفته شده‌است. شکل 5 و 6 شماتیکی برای مدار BGRو sub-BGRرا پیشنهادی نشان می‌دهد. یک ساختار کسکود در مدار استفاده شده تا وابستگی با ولتاژ منبع را کاهش دهد. همه ابعاد ترانزیستورها در شکل 5 و 6 آورده شده‌اند. ابعاد ترانزیستورها بر اساس نتایج شبیه‌سازی‌های منت-کارلو با فرض تغییرات die-to-die (D2D)(یک dieبه dieدیگر) و within-die (WID) (داخل یک die) در پارامترهای ترانزیستورها به دست می‌آید.نتیجه‌ گیریمدارات BGRو sub-BGR برای LSIهای با اتلاف توان بسیار پایین هستند. این‌ها شامل یک مدار مرجع جریان نانوآمپری، یک ترانزیستور دوقطبی و ژنراتورهای ولتاژ PTAT هستند چون مدارات تنها شامل MOSFET و یک ترانزیستور دوقطبی هستند، ولتاژهای مرجعی بدون مقاومت تولید می‌کنند. چون مدار sub-BGR خروجی ولتاژ ترانزیستور دوقطبی را تقسیم می‌کند، می‌تواند در ولتاژ منبع زیر 1ولت عمل کند. نتایج تجربی نشان داد که مدار BGR می‌تواند ولتاژ مرجع 1.09ولت و مدار sub-BGR ولتاژ مرجع 0.548 را تولید کند. اتلاف توان مدار BGR 100نانووات و اتلاف توان مدار sub-BGR 52.5نانووات بود.این مقاله ISI در سال 2013 در نشریه آی تریپل ای و در مجله مدارهای حالت جامد، توسط گروه مهندسی برق و الکترونیک منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله مدارات مرجع با منبع 1.2ولت در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.