Ultra Low Power Bandgap Strom- und Spannungsquellen in CMOS-Technologie für integrierte drahtlose Systeme

Abstract. In modernen drahtlosen Systemen sind niedriger Stromverbrauch und das Betreiben bei niedriger Spannung (Low Voltage Operation) von entscheidender Bedeutung. Dabei ist für viele elektronische Anwendungen eine genaue Spannungs- bzw. Stromreferenz notwendig. Aus diesem Grund werden an eine Referenzquelle hohe Anforderungen bezüglich ihrer Temperatur- und Langzeitstabilität gestellt, was gleichzeitig schwierig mit den "Low-Power" Anforderungen zu vereinbaren ist.

Besonders für die auf passiven Transpondern basierenden RFID-Systeme, bei denen die Energieversorgung der Schaltung aus dem Hochfrequenzträgersignal gewonnen wird, stellt die Erzeugung einer genauen Spannungsreferenz ein Problem dar. Vor allem die Spannungsstabilität und die Unabhängigkeit von Temperatur- und Prozessschwankungen bereiten große Schwierigkeiten.

In diesem Artikel wird das Design einer CMOS Bandgap Strom- und Spannungsreferenz, realisiert in einer 0,25 μm CMOS-Prozess-Technologie, mit 2,5 V Versorgungsspannung vorgestellt. Die entwickelte Schaltung hat eine Stromaufnahme von 50 μA bei einer Genauigkeit von 1% im Temperaturbereich von –40°C bis 125°C. Ein Testchip wurde in die Fertigung eingespeist. Ausgehend von einem Überblick über bekannte Realisierungen von Bandgap-Schaltungen wird die Besonderheit der neu entwickelten Low-Power Schaltung vergleichend gegenübergestellt.