[發明專利]一種低功耗低溫度系數的電壓基準源電路

有效

• 申請號: 201710016488.0
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106547300B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 段志奎;陳建文;吳江旭;王興波;譚海曙;朱珍;于昕梅;樊耘;楊發權;肖永豪;周月霞
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 佛山市永裕信專利代理有限公司44206
• 代理人: 楊啟成

技術領域

本發明涉及芯片的電壓基準源技術領域，尤其涉及一種低功耗低溫度系數的電壓基準源電路。

背景技術

基準電壓源是集成電路中極為重要的模塊，廣泛應用于模擬、數字、模數混合電路中，特別是在數模轉化器和模數轉換器等系統中。對模擬系統而言，基準電壓源的性能直接影響整個系統的精度，而基準電壓源的性能主要受溫度的影響，因此需要設計出一種輸出與溫度無關的基準電壓源。

傳統的基準電壓源采用帶隙基準技術設計，這些設計中，都是利用雙極型晶體管的基極—發射極電壓具有負溫度特性，而工作在不同電流密度下的基極—發射極電壓之差則具有正溫度特性，兩者相互補償可得到與溫度無關的輸出電壓。

采用帶隙基準技術設計的基準電壓源的輸出電壓大于1V，其典型值是1.25V，而當今由于移動電子設備的增多，要求模擬集成電路的電源電壓能夠降至1V左右，功耗在 uW 量級上，降低功耗的一個重要方法就是降低電源電壓，因此帶隙基準難以達到低功耗要求。與此同時，隨著CMOS工藝發展到深亞微米，一些標準CMOS工藝未提供三極管器件，帶隙基準不再適用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，本發明提供了一種輸出的基準電壓源低于1V，室溫下功耗低于1uW的低功耗低溫度系數的電壓基準源電路。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種低功耗低溫度系數基準電壓源電路，包括PTAT電流產生電路和負載電路；PTAT電流產生電路與負載電路一端相連，基準電壓源由所述負載電路輸出，所述PTAT電流產生電路由PM0、PM1、PM2、PM3、NM0、NM1、NM2、NM3、NM5和NM6組成，PM0、PM1、PM2、PM3為PMOS管，NM0、NM1、NM2、NM3、NM5和NM6為NMOS管，PM0漏極d與NM3漏極d連接，PM0柵極g與PM2柵極d連接，PM0源極s與電源VDD連接，PM0襯底與電源VDD相連；PM1漏極d與其柵極g連接，PM1源極s與電源VDD連接，PM1襯底接電源VDD；PM2漏極d與其柵極g連接，PM2源極s與電源VDD連接，PM2襯底與電源VDD連接；PM3漏極d與NM1漏極d連接，PM3柵極g與PM1柵極g連接，PM3源極s與電源VDD連接，PM3襯底與電源VDD連接；NM0漏極d與PM1漏極d連接，NM0柵極g與NM3柵極g連接，NM0源極s與NM6漏極d連接，NM0襯底接地GND；NM1漏極d與其柵極g連接，NM1源極s接地GND，NM1襯底接地GND；NM2漏極d與PM2漏極d連接，NM2柵極g與NM1柵極g連接，NM2源極s與NM5漏極d連接，NM2襯底接地GND；NM3漏極d與其柵極g連接，NM3源極s接地GND，襯底接地GND；NM5漏極d與NM2源極s連接，NM5柵極g與NM1柵極g連接，NM5源極s接地GND，接地GND襯底接地GND；NM6漏極d與NM2源極s連接，NM6柵極g與NM3柵極g連接，NM6源極s接地GND，NM6襯底與地GND連接,所述負載電路由PM4和NM4組成,PM4漏極d與NM4漏極d連接，PM4柵極g與PM3柵極g連接，PM4源極s與電源VDD連接，PM4襯底與電源VDD連接，NM4漏極d與其柵極g連接，NM4源極s接地GND，NM4襯底與地GND連接,所述基準電壓由NM4漏極d輸出，NM0、NM1、NM2、NM3的NMOS管的物理性能是這樣的，NM3、NM1與NM2、NM0的V_th(閥值電壓)均不相同，而且，V_th3-V_th0= V_th1-V_th2，NM0的漏極電流I₀等于NM2的漏極電流I₂，NM1的漏極電流I₁等于NM3的漏極電流I₃。

在本發明實施例中， PM0、PM1、PM2、PM3、NM0、NM1、NM2、NM3、NM5和NM6構成PTAT電流產生電路，PTAT電流產生電路用來給負載電路中提供電流，這種電流與絕對溫度成正比，且與電源VDD無關；負載電路由PM4、NM4構成，PM4與PTAT電流產生電路中的PM1組成電流鏡，將PTAT電路中產生的電流復制到負載電路中，這樣從NM4漏極得到的基準電壓可以達到零溫度系數。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：避免了使用三極管帶來的與標準CMOS工藝不兼容的問題，避免使用電阻，大大減小了芯片面積，本發明得到的基準電壓源電壓低于1V，符合當今電子設備低電源電壓和低功耗的發展趨勢。