中国科学院低功耗10晶体管上电复位电路基于电流参考和电流比较器结构

近日，中科院微电子所感知中心低功耗智能技术与系统团队在低功耗集成电路设计领域取得新进展，设计出兼容近/亚阈值工作区，可广泛应用于小功率集成电路。消耗智能计算芯片。

功耗已成为制约集成电路发展的瓶颈。接近/亚阈值技术通过将芯片的工作电压降低到接近或低于晶体管的阈值电压，可以显着降低数字系统的功耗。近/亚阈值基础数字电路单元是低功耗智能计算芯片的基石，也是本研究要解决的关键问题。

研究首次提出领先的零冗余动态功率触发器、pW级宽范围电平移位器、nW级高精度上电复位电路，可广泛应用于低功耗-power智能计算芯片。针对传统主从触发器冗余操作造成的功耗浪费，研究人员提出了一种兼容近/亚阈值设计的低功耗保持TSPC触发器。触发器采用输入感知预充电策略，辅以浮动节点分析和晶体管级优化，有效降低了触发器的功耗。流片结果表明，与传统主从触发器相比，该触发器的功耗降低了73%。针对传统电平转换器转换范围窄、漏电大、不适合近/亚阈值设计的问题，提出了一种低延迟、低漏电的电平转换器。电平转换器基于电流镜结构用节点法分析电路，采用混合阈值电流镜技术有效解决切断直流通路后节点压降问题用节点法分析电路，采用超截断技术进一步优化漏电电平转换器。流片结果表明，该电平转换器支持0.12V-1.2V的电压转换，漏电流低至73.95pW。在数字系统中，在系统上电和断电时，还需要一个复位信号来将系统中的存储单元设置为某种状态。为保证数字系统在接近/亚阈值下稳定工作，需要一个触发阈值低、阈值偏差小、静态电流小的上电复位电路。针对上述问题，本研究提出了一种低功耗10晶体管上电复位电路。上电复位电路基于电流基准和电流比较器结构，仅用10个晶体管即可实现高精度、低功耗的上电复位电路。仿真结果表明，在不同工艺角度和温度条件下，上电复位电路的触发电压偏差仅为34mV，在0.5V的电源电压下静态功耗低至36nW。

相关研究成果发表在《IEEE Transactions on Very Large Scale Integrated Circuits and Systems》、《IEEE Transactions on Circuits and Systems II》、《2021 IEEE International Symposium on Circuits and Systems》上。该研究工作得到了中国科学院、国家重点研发计划、微电子研究所所长基金的资助。