2T Bandgap设计:超低功耗电压参考器

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本文档关注的是"JSSC 2-T Bandgap",这是一项针对超低功耗电子系统设计的关键元件——2-Transistor Picowatt Temperature-compensated Voltage Reference(简称2T电压参考)。该研究发表在2012年的IEEE Journal of Solid-State Circuits上,特别关注于那些对功耗有着极严格限制的应用场景,如生物医疗植入、基础设施监控系统以及军事侦查设备,这些系统在待机状态下需消耗微弱至皮瓦特级别的功率,而在工作模式下则需达到纳瓦特水平。 文章的核心创新是介绍了一种能在0.5伏特以下提供稳定电压支持的新型设计,即2T电压参考。这种设计采用了三个不同的CMOS技术进行了原型验证,展示了出色的性能。在0.13微米工艺下,该电路的温度系数最低可达16.9 ppm/°C,这是在如此低功耗下获得的优异稳定性。此外,它的线性度也相当出色,具有0.033%的每伏特变化率,这意味着即使在电压微小变化时也能保持高度精度。 值得注意的是,尽管这种2T电压参考的功率消耗仅为2.22皮瓦,在1350微米²的芯片面积上实现,但它相较于其他纳米瓦特级电压参考设计,能够在保证能源效率方面提高2到3个数量级。这意味着在有限的电路面积内,它能提供更优的功耗与性能比,这对于追求极致节能的超低功耗系统设计至关重要。 这项研究为设计者提供了一个在极端条件下仍能保持高精度和低功耗的电压参考解决方案,对于推动低功耗电子系统的微型化和便携化发展具有重要意义。在未来的设计中,这种2T电压参考可能被广泛应用在需要长时间运行且对能耗极其敏感的设备中,如可穿戴设备、无线传感器网络以及嵌入式系统等。