面向 0.11-μm 批量和 22-nm FD-SOI 的亚 100-ppm/°C 低峰值面积高效电流参考器——采用前向体偏置

近年来，物联网（IoT）的发展促使寻找受限于小面积且对工艺、电压和温度变化鲁棒的 nA 范围电流参考器。然而，这类参考器仍然难以实现，因现有体系结构在最小化硅面积的同时无法实现低温度系数（TC）。本文我们提出一种 nA 范围恒温（CWT）峰值电流参考器，其中通过弱反相中两个晶体管的阈值电压差来偏置电阻。该偏置电压低于传统体系结构，以缩小电阻占用的硅面积，通过前向体偏置其中一个晶体管以实现超低功耗电压参考，从而降低其阈值电压。此外，所提出的参考器包括抑制高温下寄生二极管泄漏的电路，以及用于参考电流和 TC 的两个简单修剪机制。由于所提出的设计依赖于体效应，已在 0.11-μm 批量和 22-nm 完全漂空硅绝缘体上进行验证，以示范不同技术类型的可行性。在后布局仿真中，0.11-μm 设计产生 5 nA 电流，TC 为 65 ppm/°C，线灵敏度（LS）为 2.84%/V；而在测量中，22-nm 设计实现 1.5 nA 电流，TC 为 89 ppm/°C，LS 为 0.51%/V。由于低电阻偏置电压，所提出的参考器在 0.11 μm 下占用 0.00954 mm²（分别为 22 nm 下的 0.00214 mm²），至少小 1.8 倍（分别小 8.2 倍），但 TC 提升 6.1 倍（分别提升 4.4 倍）。