Design of Temperature-Compensated Power-Up Detector

온도 변화에 무관한 출력 특성을 갖는 파워-업 검출기의 설계

  • Ko, Tai-Young (Department of Electronics and Electrical Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Jun, Young-Hyun (Semiconductor Division, Samsung Electronics) ;
  • Kong, Bai-Sun (Department of Electronics and Electrical Engineering, Sungkyunkwan University)
  • 고태영 (성균관대학교 전자전기공학과) ;
  • 전영현 (삼성전자(주) 반도체 총괄) ;
  • 공배선 (성균관대학교 전자전기공학과)
  • Received : 2009.06.16
  • Published : 2009.10.25

Abstract

In this paper, a temperature variation-insensitive power-up detector for use in analog and digital integrated systems has been proposed. To provide temperature-insensitive characteristic, nMOS and pMOS voltage dividers in the proposed power-up detector are made to have zero temperature coefficient by exploiting the fact that the effective gate-source voltage of a MOS transistor can result in mutual compensation of mobility and threshold voltage for temperature independency. Comparison results using a 68-nm CMOS process indicate that the proposed power-up detector achieves as small as 4 mV voltage variation at 1.0 V power-up voltage over a temperature range of $-30^{\circ}C$ to $90^{\circ}C$, resulting in 92.6% reduction on power-up voltage variations over conventional power-up detectors.

본 논문에서는 아날로그 및 디지털 집적시스템에서 사용될 수 있는 온도변화에 무관한 파워-업 검출기 회로를 제안하였다. 제안된 파워-업 검출기는 트랜지스터의 문턱전압과 이동도의 상호 온도보상 기술을 이용하여 nMOS 분압기와 pMOS 분압기의 출력 전압이 온도에 무관한 특성을 갖도록 하여 온도 변화에 따른 파워-업 전압의 변화량을 최소화하였다. 68-nm CMOS 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, 제안된 파워-업 검출기는 파워-업 전압 1.0V 기준으로 $-30^{\circ}C$에서 $90^{\circ}C$의 온도변화 조건에서 4 mV의 매우 작은 파워-업 감지 전압 변화량을 갖는 출력 특성을 보였고, 기존 회로에 비해 92.6%의 파워-업 감지 전압 변화량 감소를 확인하였다.

Keywords

References

  1. S. Mutoh, S. Shigematsu, Y. Matsuya, 'A 1 Vmulti-threshold voltage CMOS DSP with an efficient power management technique for mobile phone applications,' in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., Vol. 39, pp. 168-169, Feb 1996
  2. T. Kuroda, T. Fujita, S. Mita, 'A 0.9 V 150 MHz 10 mW 4 mm2 2-D discrete cosinetransform core processor with variable-threshold voltage scheme,' in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., pp. 166-167, Feb 1996
  3. International Technology Roadmap for Semiconductors(ITRS). Makuhari Messe, Japan,2007
  4. N. Kokubo and K. Ikeda, 'Voltage level detecting circuit,' U.S. Patent 5 378 936, Jan.1995
  5. C. J. Chevallier, 'Power level detection circuit,'U.S. Patent 5 581 206, Dec. 1996
  6. S. Tanimoto, 'Power on reset circuit with accurate detection at low voltages,' U.S. Patent 5 485 111, Jan. 1996
  7. I. M. Filanovsky and A. Allam, 'Mutual temperature effects with applications in CMOS circuits,'IEEE Trans. Circuits Syst. I, Fundam. Theory Appl., vol. 48, no.7, pp. 876-883, Jul.2001 https://doi.org/10.1109/81.933328
  8. A. Bendali and Y. Audet, 'A 1-V CMOS current reference with temperature and process compensation, IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 54, no.7, pp. 1424.1429, Jul. 2007 https://doi.org/10.1109/TCSI.2007.900176