[發明專利]使用光伏源極的晶體管的反向本體偏置

在審

• 申請號: 202011331613.5
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112838856A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: F·卡克林
• 申請（專利權）人: 意法半導體(RD)有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 羅利娜

本公開的實施例涉及一種使用光伏源極的晶體管的反向本體偏置。金屬氧化物半導體(MOS)晶體管具有源極端子、漏極端子、柵極端子和本體端子。源極端子被連接以接收電源電壓，并且本體端子被連接以接收反向本體偏置電壓。光伏電路具有被連接到MOS晶體管的源極端子的第一端子以及被連接到MOS晶體管的本體端子的第二端子。光伏電路將從環境接收的光子轉換以生成反向本體偏置電壓。

技術領域

本發明涉及在數字電路中的晶體管的本體偏置，并且具體涉及數字電路晶體管的反向本體偏置的實現方式，其中反向本體偏置電壓是使用能量收集源(諸如光伏電路)生成的。

背景技術

在本領域中眾所周知的是，將本體偏置應用于金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的阱(本體)區域，以便影響晶體管溝道的特性。例如，被應用于阱的正向本體偏置(FBB)通過降低晶體管的閾值電壓(Vt)來很好地影響設備的操作。由于以增加漏電流為代價地增加溝道電流，這導致更快的操作設備。相反，被應用于阱的反向本體偏置(RBB)通過增加晶體管的閾值電壓(Vt)來很好地影響設備的操作。以降低速度為代價，這導致設備存在較低的漏電流。因此很清楚的是，電路設計者可以使用本體偏置選擇來調制晶體管的閾值電壓，從而在電路操作的功率與速度之間權衡。

存在對在超低電壓電平處操作的電路逐漸增加的興趣。例如，用于數字電路的等于或小于0.5V的電壓電平現在在許多應用中變得常見，諸如面向物聯網(IoT)的設備。對于數字電路，以暫停操作模式(諸如睡眠或深度睡眠)操作是很常見的，并且當處于這種模式時，降低在數字電路中的晶體管的漏電流是很重要的。

為了解決這個問題，電路設計者可以選擇使用應用于晶體管阱(本體)的反向本體偏置(RBB)。在這些方案中，p溝道晶體管(pMOS)的本體被連接到產生電壓(例如，Vdds)大于(即，更正)在晶體管電源處的電源電壓(例如Vdd)的電壓源，并且n溝道晶體管(nMOS)的本體被連接到產生電壓(例如，Gnds)小于(即，更負)在晶體管電源處的電源電壓(例如Gnd)的電壓源。

如在圖1中所示出的，使用具有串聯耦合的pMOS晶體管12和nMOS晶體管14作為數字電路裝置的CMOS數字邏輯反相器門10的示例，n阱偏置生成器電路16被用于生成反向本體偏置電壓Vdds以應用于pMOS晶體管12的阱，該pMOS晶體管12的源極被連接給電源電壓Vdd(其中VddsVdd)，并且p阱偏置生成器電路18被用于生成反向本體偏置電壓Gnds以應用于nMOS晶體管14的阱，該nMOS晶體管14的源極被連接給接地電壓Gnd(其中GndsGnd)。n阱偏置生成器電路16通常是正電荷泵電路，并且p阱偏置生成器電路18通常是負電荷泵電路。該實現方式具有的問題是偏置生成器電路16和18的電荷泵電路會消耗來自電源電壓Vdd的一定數量的功率開銷。

本領域需要解決現有技術的反向本體偏置方案的缺點。

發明內容

在實施例中，電路包括：金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，具有源極端子、漏極端子、柵極端子和本體端子；其中源極端子被連接以接收電源電壓；以及光伏電路，具有被連接到MOS晶體管的源極端子的第一端子以及被連接到MOS晶體管的本體端子的第二端子，其中光伏電路轉換接收到的光子以生成應用于MOS晶體管的本體端子的反向本體偏置電壓。

在實施例中，電路包括：金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，具有源極端子、漏極端子、柵極端子和本體端子；其中源極端子被連接以接收電源電壓；以及能量收集電路，具有被連接到MOS晶體管的源極端子的第一端子以及被連接到MOS晶體管的本體端子的第二端子，其中能量收集電路收集能量以生成應用于MOS晶體管的本體端子的反向本體偏置電壓。

附圖說明

為了更好地理解實施例，現在將僅通過示例的方式參考附圖，其中：

圖1是使用電荷泵電路的具有晶體管阱的反向本體偏置的數字電路的框圖；

圖2是使用光伏電路的具有晶體管阱的反向本體偏置的數字電路的框圖；