[发明专利]基于互补电流场效应晶体管装置的参考产生器和电流源晶体管

说明书

现有的与绝对温度成比例(PTAT)/与绝对温度互补(CTAT)参考电压电路需要一种对准确度和对温度及湿度的不符合要求的灵敏度误差或变化进行匹配的较大组件计数和占地面积的精确装置。本发明涉及一种用于这种基于一对自偏置互补的n型和P型电流场效应晶体管的参考电压电路的新颖方法，所述方法提供轨道PTAT、轨道CTAT和模拟参考电压。

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年7月30日提交的第62/198960号美国临时申请及2015年12月17日提交的第62/268,983号美国临时申请的优先权，所述申请的内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

技术领域

本发明涉及基于新颖及创造性复合装置结构的参考产生器和电流源晶体管，所述复合装置结构实现基于电荷的利用亚阈值操作的方法，所述方法用于设计模拟CMOS电路。

相关技术的描述

随着新千年到来对连接的需求量正极快速地扩增。到2015年末，全球网络连接数量将超出世界人口的两倍，并且估计在2020年超过300亿个装置将无线地连接到云端形成物联网(或“IoT”)。实现这一新时代的是在过去二十年中已经出现的移动计算和无线通信的革命性发展。根据摩尔定律(Moore's Law)，开发高集成度且具成本效益的硅互补金属氧化物半导体(CMOS)装置允许将例如大型模/数转换器或收发器等数字和模拟系统元件合并成更具成本效益的单芯片解决方案。

然而，在过去几年里，虽然数字电路在很大程度上遵循了预测路径，并且从将CMOS技术扩展到超深亚微米(亚-μm)获益，但是模拟电路尚未实现遵循同样的趋势，并且在模拟设计没有范式转移的情况下可能永远无法实现。模拟和射频(或“RF”)设计人员仍在努力探索如何制造高性能集成电路(或“IC”)以实现超深亚-μm特征大小而不会损失缩小大小的优点；包含功率降低、覆盖面紧凑且可操作频率更高。要突破现有的模拟设计科学以满足新千年片上系统(SoC)的要求，需要真正的模式上的转变。

现有技术：

模拟电路的核心构建块是放大器。离散组件放大器自由使用电阻器、电容器、电感器、变压器和非线性元件以及各种类型的晶体管。通常可忽略各种组件之间不合需要的寄生效应。然而，为了在集成电路内构建放大器，无法轻易获得正常的模拟电路组件，且如果真要如此的话，通常采用特殊IC过程扩展以获得这些电路元件。由于集成电路放大器极为靠近且通过其所集成到的硅晶片耦合在一起，因此集成电路放大器上的寄生效应较严重。摩尔定律IC工艺进步集中于数字、微处理器和存储器工艺发展。由于需要一代(约18个月)或两代来扩展IC工艺以并入模拟组件，因此最新工艺单芯片系统上一般并未包含模拟功能。这些“混合模式”IC工艺不易获得、依赖于厂商且较贵以及高度受制于参数变化。需要大量工程改造以在变得特定于其IC厂商和工艺节点的任何IC上包含稀少的模拟功能。由于针对每个工艺节点谨慎且特别地设计或布置模拟电路，因此这类模拟电路极不便携带。由于排斥这种限制，模拟电路设计工程师变得稀少且慢慢退休而无足够替代。

运算放大器(或运放)是处理模拟信息所必要的基本IC模拟增益块。运放利用晶体管极高匹配对来在电压输入处形成晶体管差分对。匹配是在集成电路上易于获得的参数，但为了达到所需等级的匹配，会使用许多考虑因素：相同质心布局、多个大型装置、阱隔离度和物理布局技术，以及许多其它考虑因素。大面积匹配的晶体管组还用于电流镜和负载装置。运放需要电流源以用于偏置。运放另外需要电阻器和电容器(或RC)补偿极以防止振荡。电阻器对于“R”来说必不可少，且RC时间常数的值相对精确。电阻器的值过大将会使放大器过慢且过小，从而导致振荡。恒定的“偏置”电流增加了消耗的功率。一般来说，这些偏置电流想要大于全信号操作期间所需的峰值电流。