温度传感器广泛应用于高性能处理器片上功耗控制系统的温度检测。随着高性能处理器所采用的数字工艺不断进步，已经由平面硅工艺进入了立体Fin-FET纳米工艺时代。纳米晶体管尺寸过小带来的工艺偏差以及由于立体栅的二次刻蚀引入的相邻晶体管的偏差使得模拟前端的的电流镜偏差过大，这直接影响到模拟前端探测到的代表温度的待测电压值即随温度线性变化的三极管VBE电压值。
胡伟武研究员领导的龙芯课题组致力于自主龙芯CPU设计，高性能CPU采用了模拟温度传感器进行片内功耗管理的多点温度检测。新一代龙芯CPU已经采用12 nm Fin-FET工艺，为抵抗由于纳米级数字工艺带来的模拟电路偏差问题，实现片内多点温度的精准测量，本文设计了新的4级折叠级联结构的电流偏执结构，用于产生可以抵抗纳米级Fin-FET CMOS工艺偏差的精准的温度传感器模拟前端的探测电压。
图1. 模拟前端与新型折叠电流单元。
图2. 测试芯片照片。
该电流偏执电路的设计方法可以广泛应用在纳米级立体栅工艺下的各类高精度模拟电路设计中，有限级数的折叠级联结构在实现了平面大尺寸晶体管才可以达到的设计精度的同时于版图面积和功耗基本没有额外开销。本文的设计方法为高性能大规模纳米级集成电路中的高精度模拟电路的实现提供了低开销高性能的拓扑结构设计实现方法。
A 1.2 V, 3.1% 3σ-accuracy thermal sensor analog front-end circuit in 12 nm CMOS process
Liqiong Yang, Linfeng Wang, Junhua Xiao, Longbing Zhang, Jian Wang
J. Semicond. 2021, 42(3): 032401
doi: 10.1088/1674-4926/42/3/032401
Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/3/032401?pageType=en
