[發(fā)明專利]一種低功耗的基準(zhǔn)電壓源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710755026.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107368143B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洋;黃歆羨;張才志;安坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F3/26
• 分類號(hào): G05F3/26
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹(shù)平

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗的基準(zhǔn)電壓源。本發(fā)明采用無(wú)電阻設(shè)計(jì)，通過(guò)電壓?電流和電壓?電流轉(zhuǎn)換電路以消除MOS管的溫度影響；在進(jìn)行正溫度系數(shù)補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)達(dá)到高階溫度補(bǔ)償?shù)男Ч苊庠O(shè)計(jì)其他電路來(lái)進(jìn)行高階溫度補(bǔ)償，節(jié)省了版圖面積和功耗；同時(shí)，盡管電路采用了共源共柵結(jié)構(gòu)提高電源抑制比，但其電源電壓依然可以達(dá)到0.9V，這進(jìn)一步地減小了功耗，可以達(dá)到納瓦級(jí)別。綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低功耗，版圖面積小，且具有高階溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體為集成電路中的基準(zhǔn)電路，特別涉及一種低功耗的基準(zhǔn)電壓源。

背景技術(shù)

基準(zhǔn)電壓源作為集成電路中必不可少的一個(gè)模塊，它可以為其它模擬、數(shù)字模塊提供不隨溫度、電源電壓、工藝改變的精準(zhǔn)的輸出信號(hào)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、線性穩(wěn)壓器、開(kāi)關(guān)電源和數(shù)字存儲(chǔ)器中都有著廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)日新月異的發(fā)展，便攜式設(shè)備為了具有更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要更低的功耗和更長(zhǎng)的壽命，且在不同的溫度環(huán)境下，具有穩(wěn)定的電源電壓，因此設(shè)計(jì)出一種低功耗、近零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源成為必然。

在傳統(tǒng)的電流模形式基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)中，采用的是三極管基極-發(fā)射極電壓VBE的負(fù)溫度系數(shù)特性產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)的電流，兩個(gè)不同面積的三極管基極-發(fā)射極電壓之差產(chǎn)生與溫度正相關(guān)的電壓，通過(guò)電阻轉(zhuǎn)換成與溫度正相關(guān)的電流，將正、負(fù)溫度相關(guān)的電流相加得到近零溫度系數(shù)的電流。但是由于三極管基極-發(fā)射極電壓VBE的溫度系數(shù)近似為-2mV/℃，熱電勢(shì)VT的溫度系數(shù)近似為0.087mV/℃，電阻之比乘于三極管面積之比大約為23，這不可避免的增大了版圖的面積，且電阻之間的失配影響輸出電壓的精度，另外該設(shè)計(jì)方法只進(jìn)行了一階溫度補(bǔ)償，在不同的溫度范圍下，輸出基準(zhǔn)電壓隨溫度的變化比較大。因此設(shè)計(jì)出一種低功耗高階溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電路成為熱門領(lǐng)域。

為達(dá)到低功耗性能，需要將MOS管工作在亞閾值區(qū)，為防止MOS管工作在亞閾值區(qū)和飽和區(qū)的邊界，MOS管的柵源電壓應(yīng)小于閾值電壓，且漏源電壓至少大于0.1V；為達(dá)到高階補(bǔ)償效果，過(guò)去的研究大多數(shù)都是增加額外的電路，這不僅增大了電路功耗也增加了版圖面積，這對(duì)研究人員提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，為實(shí)現(xiàn)低功耗，版圖面積小，具有高階溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源，本發(fā)明提供了一種低功耗的基準(zhǔn)電壓源。

該低功耗的基準(zhǔn)電壓源，包括偏置電路、PTAT電流產(chǎn)生電路、CTAT電流產(chǎn)生電路、高溫調(diào)整電路、電流求和以及電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。

偏置電路產(chǎn)生偏置電壓為PTAT電流產(chǎn)生電路提供偏置。

PTAT電流產(chǎn)生電路通過(guò)加權(quán)熱電勢(shì)VT用來(lái)產(chǎn)生與溫度正相關(guān)的線性電流，該電流通過(guò)共柵共源電流鏡鏡像到電流求和電路。

所述CTAT電流產(chǎn)生電路包括7個(gè)PMOS管、2個(gè)NMOS管和1個(gè)PNP型三極管；CTAT電流產(chǎn)生電路通過(guò)調(diào)整不同類型MOS管的寬長(zhǎng)比的比值，在三極管基極-發(fā)射極電壓VBE的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)非線性電壓進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)與溫度負(fù)相關(guān)的線性電流，該電流通過(guò)共柵共源電流鏡鏡像到電流求和電路。

PMOS管：MP17、MP18、MP19、MP20、MP21、MP22、MP23；NMOS管：MN11、MN12；PNP型三極管Q1；其中MP17、MP18、MP19、MP20組成共源共柵電流鏡且襯底都接各自的源極，MP17的柵極接MP17的漏極、MP18的柵極和MN11的漏極，MP17的源極接MP19的漏極、MP19的柵極和MP20的柵極，MP18的漏極接MN12的柵極、MN12的漏極和MN11的柵極，MP18的源極接MP20的漏極，MP19和MP20的源極都接電源電壓VDD，MP21、MP22、MP23的襯底都接各自的源極，MP21、MP22、MP23的柵極都接地電位，MP21的漏極接MP22的源極，MP21的源極接MN11的源極，MP22的漏極接MP23的源極，MP23的漏極接地電位；PNP型三極管Q1的基極和集電極接地電位，發(fā)射極接MN12的源極，兩個(gè)NMOS管的襯底都接地電位。